本发明专利技术涉及一种基于臭氧氧化发光光谱的土壤养分原位速测方法及装置，方法为：制取臭氧，进行干燥、净化后进入反应室，与土壤样品发生反应，产生光信号；由聚光器聚光后经切光器斩光，形成已知波段的光谱信号，再经放大器放大信号及滤波器去除噪声，获取较强的光谱信号；放大后的光谱信号经滤光片输出特定波段光谱信号，即土壤养分光谱数据，被探测后，经光电转换器转换成数字信号，进行预处理后，经预测模型进行光谱解析，获取土壤养分含量，包括土壤有机质及其组分含量、氮含量，并保存和显示土壤养分含量。本发明专利技术建立的快速测定土壤养分的方法具有低成本、快速、无污染的优点。
【技术实现步骤摘要】
基于臭氧氧化发光光谱的土壤养分原位速测方法及装置
本专利技术属于生态环境监测
，具体地说，是涉及一种基于臭氧氧化发光光 谱的土壤养分原位速测方法及装置。
技术介绍
在农业生产中，根据作物在不同生长发育阶段对养分的需求，调节土壤养分状况， 是获取农作物优质高产的重要环节。因此，实时掌握土壤养分动态，指导农业生产科学施 月巴，不仅有助于农作物保收增产，而且有助于改善土壤生态环境。 传统测定土壤养分的方法一般为常规化学分析方法，化学分析方法存在如下缺 点：1、分析过程需要大量的前处理过程，耗费大量时间，测试效率较低，对于分散的农业生 产不能及时给予科学指导；2、消耗大量试剂，产生较重二次污染，违背监测初衷。在这种背 景下，土壤养分速测研究成为热点，并有部分产品问世。其中，近红外光谱方法应用较多，但 对应的产品价格过高，限制了其应用范围。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于臭氧氧化发光光谱的土壤养分原位速测方法，该 方法较红外光谱方法成本低，能够置于田间、快速准确的测定土壤有机质及其组分含量、总 氮含量。而且不需要繁琐的化学分析，避免化学分析中可能导致的环境污染及对人体造成 的健康危害。 为解决上述技术问题，本专利技术采用以下技术方案予以实现： -种基于臭氧氧化发光光谱的土壤养分原位速测方法，其特征在于，所述方法包 括如下步骤： 1)制取臭氧并干燥净化； 2)将臭氧与土壤样品充分反应，产生光信号，将光信号由聚光器汇合后通过切光 器进行斩光，形成已知波段的光谱信号，再经放大器放大信号及滤波器去除噪声，获取较强 的光谱信号； 3)对处理后的光谱信号依次经过不同土壤养分特定波段的滤光片后，获取土壤养 分的原始光谱； 4) 土壤养分的原始光谱被探测器接收，经光电转换器把光信号转换成电信号，同 时输出电信号特征； 5)将电信号特征输入预测模型，输出土壤养分含量。 其中，在步骤5)中的预测模型为通过标准样品和空白样品进行绘制，分别测定标 准样品和空白样品的臭氧氧化发光光谱，根据常规化学方法测定标准样品和空白样品的土 壤养分含量，建立不同土壤养分含量与对应特征光谱的函数关系，作为不同土壤养分的预 测模型。 在步骤3)中的滤光片设置有5个，所述5个滤光片的波段及其对应的土壤养分分 别为：680nm，有机质组分-脂类；610nm，土壤氮；560nm，有机质组分-粗木质素；550nm，土 壤有机质；420nm，有机质组分-粗纤维素。 基于上述基于臭氧氧化发光光谱的土壤养分原位速测方法的设计，本专利技术还提出 了一种装置，包括臭氧氧化发光信号采集装置、光信号强化放大装置、土壤养分光谱采集装 置、光谱解析及数据处理装置； 臭氧氧化发光信号采集装置包括反应室和聚光器，土壤样品与臭氧在反应室反应 产生光信号，并由聚光器采集土壤样品与臭氧反应产生的光信号； 光信号强化放大装置包括切光器、放大器和滤波器，对采集的光信号进行斩光、放 大处理，即经切光器进行斩光，形成已知波段的光谱信号，再经放大器放大信号及滤波器去 除噪声，获取较强的的光谱信号； 土壤养分光谱采集装置包括滤光片、探测器和光电转换器，光信号强化放大装置 处理后的光信号依次经过不同土壤养分特定波段的滤光片后，获取土壤养分的原始光谱， 土壤养分的原始光谱被探测器接收，经光电转换器把光信号转换成电信号，同时输出电信 号特征； 光谱解析及数据处理装置将电信号特征输入预测模型，输出土壤养分含量。 装置还进一步包括臭氧发生装置，臭氧发生装置包括臭氧发生器、干燥皿和分子 筛，臭氧发生器制取臭氧，经过干燥皿和分子筛进行干燥净化处理。 与现有技术相比，本专利技术的优点和积极效果是：本专利技术确定土壤养分的臭氧氧化 发光光谱的特定波段，建立土壤养分含量与光谱特征的关系，从而实现通过臭氧氧化发光 光谱快速检测土壤养分的目的。本专利技术建立的快速测定土壤养分的方法具有低成本、快速、 无污染的优点。本专利技术检测装置搭建成本低，〈1万元，远远小于红外光谱检测装置的成本， 但是测量精度很高，误差小于5% ;本专利技术测定速度快，能够在〈0. 5h的时间内测定土壤有 机质及其组分含量和氮含量，远小于常规化学的测定时间（有机质组分含量测定至少3d); 测试过程不需要化学试剂，所用的臭氧浓度较低（〈5% )，未参与反应的臭氧在空气中会迅 速分解，对环境和人体健康均不构成危害。本专利技术建立的快速测定土壤养分的方法可以极 大的促进土壤学和生态学的发展，并有助于农业生产实现高产和可持续发展，具有广泛的 应用空间。 结合附图阅读本专利技术实施方式的详细描述后，本专利技术的其他特点和优点将变得更 加清楚。 【附图说明】 图1为本专利技术具体实施例的流程图。 图2为本专利技术具体实施例的原理框图。 【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术的【具体实施方式】进行详细地描述。 本实施例利用臭氧氧化发光光谱测定土壤养分的含量，臭氧氧化土壤时产生光信 号，经光信号强化放大处理，由滤光片提取不同土壤养分的光谱波段信号，根据光谱信号特 征和对应的预测模型输出不同土壤养分的含量。 参见图1，对本实施例提出的基于臭氧氧化发光光谱的土壤养分原位速测方法具 体说明如下： S1、空气被硅胶干燥后，经过臭氧发生器制取臭氧，制取的臭氧经硅胶干燥皿、分 子筛（5A分子筛，青岛海洋分子筛有限公司）进行干燥、除杂净化处理，获取纯度较高的臭 氧。 S2、净化后的臭氧进入反应室，与土壤样品充分反应，产生光信号。 S3、土壤样品发出的光由聚光器汇合，对光信号进行米集。 S4、采集的光信号经过反应室的小窗传递到切光器进行斩光，斩光后，获取的光信 号依次经过放大器、滤波器进行光信号的强化放大处理。其中，斩光器为北京中西远大科技 有限公司的M45965斩光器；放大器为AD公司的AD547放大器；滤波器为BB公司的UAF42 滤波器。 S5、对处理后的光信号依次经过5个不同土壤养分特定波段的滤光片后选择土壤 有机质及其组分、氮含量的原始光谱。 每种土壤养分分别对应不同的特征光谱波段，这些特征光谱波段的获取方法如 下：通过常规化学分析测定大量土壤样品的土壤有机质及其组分含量、氮含量；本实施例 测定土壤样品的数量为42份，通过检测系统获取42份土壤样品的光谱波段，通过多元散射 校正消除基线漂移，通过稳健主成分分析剔除异常值，通过Kennard-Stone算法进行分类， 选出有代表性的定标集和检验集；采用相关系数谱得到与土壤养分相关性较强的区域，减 少光谱范围；利用连续投影算法列举土壤养分对应波长，根据相关系数及误差，优选出土壤 养分对应的特征波长。 本实施例中，5个滤光片的波段及其对应的土壤养分分别为：680nm，有机质组 分-脂类；610nm，土壤氮；560nm，有机质组分-粗木质素；550nm，土壤有机质；420nm，有机 质组分-粗纤维素。 S6、土壤养分原始光谱被探测器接收后，经光电转换器把光信号转换成电信号，同 时输出电信号特征。 S7、土壤养分原始数据经平滑、标准化、中心化、导数、多元散射校正和标准正态变 量等光谱本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于臭氧氧化发光光谱的土壤养分原位速测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：1）制取臭氧并干燥净化；2）将臭氧与土壤样品充分反应，产生光信号，将光信号由聚光器汇合后通过切光器进行斩光，形成已知波段的光谱信号，再经放大器进行信号放大、滤波器过滤噪声，获取较强的光谱信号；3）对处理后的光谱信号依次经过不同土壤养分特定波段的滤光片后，获取土壤养分的原始光谱；4）土壤养分的原始光谱被探测器接收，经光电转换器把光信号转换成电信号，同时输出电信号特征；5）将电信号特征输入预测模型，输出土壤养分含量。
【技术特征摘要】
1. 一种基于臭氧氧化发光光谱的土壤养分原位速测方法，其特征在于，所述方法包括 如下步骤： 1) 制取臭氧并干燥净化； 2) 将臭氧与土壤样品充分反应，产生光信号，将光信号由聚光器汇合后通过切光器进 行斩光，形成已知波段的光谱信号，再经放大器进行信号放大、滤波器过滤噪声，获取较强 的光谱信号； 3) 对处理后的光谱信号依次经过不同土壤养分特定波段的滤光片后，获取土壤养分的 原始光谱； 4) 土壤养分的原始光谱被探测器接收，经光电转换器把光信号转换成电信号，同时输 出电信号特征； 5) 将电信号特征输入预测模型，输出土壤养分含量。2. 根据权利要求1所述的基于臭氧氧化发光光谱的土壤养分原位速测方法，其特征在 于，所述步骤5)中的预测模型为通过标准样品和空白样品进行绘制，分别测定标准样品和 空白样品的臭氧氧化发光光谱，根据常规化学方法测定标准样品和空白样品的土壤养分含 量，建立不同土壤养分含量与对应特征光谱的函数关系，作为不同土壤养分的预测模型。3. 根据权利要求1或2所述的基于臭氧氧化发光光谱的土壤养分原位速测方法，其特 征在于，所述步骤3)中的滤光片设置有5个，所述5个滤光片的波段及其对应的土壤养分 分别为：680 nm，有机质组分-脂类；610 nm，土壤氮；560 nm，有机...
【专利技术属性】
技术研发人员：范萍萍，侯广利，张述伟，吴炳伟，郭翠莲，张颖，褚东志，吴宁，程岩，马然，石小梅，王茜，刘东彦，孔祥峰，刘岩，尤小华，高杨，张颖颖，曹煊，曹璐，张婷，王昭玉，吕婧，邹妍，张国华，
申请(专利权)人：山东省科学院海洋仪器仪表研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37
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