[发明专利]一种土壤总氮含量检测系统和方法

说明书

本发明实施例提供一种土壤总氮含量检测系统和方法，系统包括：激光发射模块、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块和检测腔室；激光发射模块用于发射能量大于预设能量阈值的激光；光路切换模块包括反射镜，激光经反射镜反射后聚焦在第一检测位置；参考样品选择模块包括参考样品轮，其上分布有硅板和土壤样品压片，用于将硅板或第一土壤样品压片旋转至第一检测位置；检测腔室位于第二检测位置，用于放置待测土壤；信号接收模块用于接收硅板、第一土壤样品压片和待测土壤的诱导击穿光谱数据；数据处理模块用于根据上述光谱数据和第一土壤样品压片的总氮含量，得到待测土壤的总氮含量，该系统方便快捷、准确度高。

技术领域

本发明实施例涉及土壤检测技术领域，尤其涉及一种土壤总氮含量检测系统和方法。

背景技术

土壤中氮素含量直接关系到土壤肥力的大小，能够直接影响到作物的生长和产量。土壤中氮素分为无机态氮和有机态氮，无机态氮一般是可溶性氮，是能够被植物直接吸收的，而有机态氮是不能被植物直接利用的，需要经过氧化分解为无机态氮才能被利用。

土壤氮的主要分析项目有土壤总氮量和有效氮量。总氮量通常用于衡量土壤氮素的基础肥力。土壤中氮素的快速测量一般是针对不同的形态分别测量，而总氮的测量需要对土壤进行采样后，拿到实验室进行预处理，检测方法一般主要可分为：干烧法、湿烧法、分光光度法和近红外光谱法。

干烧法又称杜氏法，其基本过程是把样本放在燃烧管中，以600℃以上的高温与氧化铜一起燃烧，燃烧时通以净化的CO2气，燃烧过程中产生的氧化亚氮(主要是N2O)气体通过灼热的铜还原为氮气(N2)，产生的CO则通过氧化铜转化为CO2，使N2和CO2的混合气体通过浓的氢氧化钾溶液，以除去CO2，然后在氮素计中测定氮气体积，计算样本中的氮量。

湿烧法又称凯氏定氮法，具体方法是，首先在有催化剂的条件下，用浓硫酸消化样本将有机态氮都转变成氨态氮，然后在碱性条件下将铵盐转化为氨，随水蒸气蒸馏出来并为过量的硼酸液吸收，再以标准盐酸滴定，就可计算出样本中的氮量。

分光光度法是通过测定被测物质在特定波长处或者一定波长范围内光的吸收度，对该物质进行定性和定量分析的方法。具体方法是，在分光光度计中，将不同波长的光连续的照射到一定浓度的样本溶液时，便可得到与不同波长相对应的吸收强度，利用波长和强度曲线就可以对物质进行定性、定量分析。

近红外方法是通过采集已知含量的土壤样品的近红外光谱，然后与其他方法得到的土壤中氮素的含量进行关联建模，然后利用此模型去预测未知含量的土壤样品中氮素的含量。

传统土壤总氮检测方法需要繁琐的土样预处理，耗时长，且大多需要化学试剂，对操作人员技术要求高。凯氏定氮法需要对土壤样本进行长时间消煮，还需要浓硫酸、硫酸钾、硫酸铜、硼酸、甲基红、混合指示剂等多种化学试剂，所用试剂有腐蚀性，并且需要按照严格的步骤和规程操作，操作复杂，实验时间长，对操作人员技术要求高，精度差。杜氏法虽然与凯氏法相比测定的氮较为完全，但操作复杂，耗时长，需要专门的仪器，价格昂贵，维修维护成本高，对操作人员技术要求高。分光光度法测量土壤氮素，同样不能直接测量，需要对土壤进行预处理，不能实现现场原位快速测量

近红外光谱法需要采集大量样本进行建模，而且模型的鲁棒性差，容易受到土壤质地、土壤含水率、颜色以及土壤表面粗糙度的影响，不同土壤样本之间的预测机制可能存在很大差异，当待测样本中出现新的干扰源时，继续采用原有模型建立的光谱模型进行预测容易导致误差增大。因此，如何提供一种方便快捷、准确度高的土壤总氮含量的检测系统和方法，成为亟需解决的问题。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明实施例提供一种土壤总氮含量检测系统和方法。

第一方面，本发明实施例提供一种土壤总氮含量检测系统，所述系统包括：

激光发射模块、光路切换模块、参考样品选择模块、信号接收模块、数据处理模块以及检测腔室；