土壤水溶性养分检测系统技术方案

本实用新型专利技术提供一种土壤水溶性养分检测系统，该系统包括：土壤溶液取样器、土壤溶液收集装置、检测装置和动力装置；土壤溶液取样器埋设于预设深度的原位土壤中，并通过第一管路连通土壤溶液收集装置，土壤溶液收集装置通过第二管路连通动力装置；检测装置包括光谱检测装置和信号处理装置；光谱检测装置用于对土壤溶液收集装置收集的土壤溶液进行光谱分析，获取土壤溶液对应的光谱数据；信号处理装置用于基于光谱数据和预测模型，确定土壤溶液中水溶性养分的含量。从而可以实现在同一位置长期原位检测，且无需对土壤溶液进行处理，提高了检测系统长期运行的能力，且降低了操作成本，对于野外环境场景下的检测有极大的优势。于野外环境场景下的检测有极大的优势。于野外环境场景下的检测有极大的优势。

【技术实现步骤摘要】
土壤水溶性养分检测系统


[0001]本技术涉及农业信息化
，尤其涉及一种土壤水溶性养分检测装置。

技术介绍

[0002]硝态氮(NO3‑
)是硝酸盐中所含有的氮元素，它是植物吸收氮的主要形式。硝态氮用于农业中补充作物氮元素，可以使作物生长加快，延长作物的生长期和采收期。氮肥对作物的生长具有重要的作用，属于作物生长的三大必需营养元素之一。
[0003]植物可以直接吸收利用硝态氮，由于硝酸根离子带有负电荷，不易被带土壤胶体吸附，因此对于大部分植物尤其是旱生植物来说，硝态氮是主要氮源，同时土壤中硝态氮含量的高低也是衡量土壤肥力的重要指标之一。我国氮肥的利用率普遍较低，损失的氮肥将导致水体富营养化、地表水污染。因此，对土壤硝态氮的测量具有重要意义。
[0004]在现有技术中，对土壤硝态氮的测定方法包括紫外分光光度法、化学法、流动注射法、离子色谱法、离子选择性电极等，这些方法均需要在实验室条件下进行，无法长期原位自动测量，尤其是对于光学类方法，在测量前需要对仪器进行校准、对土壤样品进行处理，不仅操作流程复杂，测量周期长，对测量人员的专业性要求高，而且仪器成本高，不利于广泛推广使用。

技术实现思路

[0005]针对现有技术存在的问题，本技术提供一种土壤水溶性养分检测装置。
[0006]第一方面，本技术提供一种土壤水溶性养分检测系统，包括：
[0007]土壤溶液取样器、土壤溶液收集装置、检测装置和动力装置；
[0008]其中，所述土壤溶液取样器埋设于预设深度的原位土壤中，并通过第一管路连通所述土壤溶液收集装置，所述土壤溶液收集装置通过第二管路连通所述动力装置；
[0009]所述检测装置包括光谱检测装置和信号处理装置；所述光谱检测装置用于对所述土壤溶液收集装置收集的土壤溶液进行光谱分析，获取所述土壤溶液对应的光谱数据；所述信号处理装置用于基于所述光谱数据和预测模型，确定所述土壤溶液中水溶性养分的含量；
[0010]所述预测模型为预先基于样本光谱数据和所述样本光谱数据对应的水溶性养分含量真实值训练得到。
[0011]可选地，所述动力装置包括负压泵和水泵；
[0012]所述土壤溶液收集装置通过所述第二管路连通所述负压泵的吸气端；
[0013]所述土壤溶液收集装置通过第三管路连通所述光谱检测装置，所述光谱检测装置通过第四管路连通所述水泵。
[0014]可选地，所述光谱检测装置包括多波段LED光源和光电探测器，所述多波段LED光源发出的光线通过待测土壤溶液后照射至所述光电探测器，所述光电探测器的输出端连接所述信号处理装置。
[0015]可选地，所述多波段LED光源与所述光电探测器分别位于所述待测土壤溶液两侧。
[0016]可选地，所述多波段LED光源为由多颗不同波长的LED构成的光源阵列。
[0017]可选地，所述多波段LED光源为近红外LED光源和/或紫外LED光源。
[0018]可选地，所述水溶性养分为硝态氮。
[0019]可选地，所述土壤溶液取样器包括多个；
[0020]多个所述土壤溶液取样器设置于不同预设深度的原位土壤中。
[0021]第二方面，本技术还提供一种基于如上所述第一方面所述的土壤水溶性养分检测系统执行的土壤水溶性养分检测方法，所述方法包括：
[0022]启动所述动力装置，对所述土壤溶液收集装置抽真空，用以收集土壤溶液；
[0023]所述光谱检测装置对所述土壤溶液收集装置收集的土壤溶液进行光谱分析，获取所述土壤溶液对应的光谱数据；
[0024]所述信号处理装置基于所述光谱数据和所述预测模型，确定所述土壤溶液中水溶性养分的含量。
[0025]可选地，所述光谱检测装置对所述土壤溶液收集装置收集的土壤溶液进行光谱分析之前，所述方法还包括：
[0026]启动所述动力装置，将土壤溶液收集装置收集的土壤溶液转移至所述光谱检测装置专用的检测容器中。
[0027]本技术提供的土壤水溶性养分检测系统及方法，通过原位采集土壤溶液，并基于光谱分析和预测模型检测土壤溶液中水溶性养分含量，可以实现在同一位置长期原位检测，且无需对土壤溶液进行处理，无需频繁对仪器进行校准，也不需要担心离子间的相互干扰对检测结果的影响，可以实现以年为单位的完全无人参与的检测，提高了检测系统长期运行的能力，且降低了操作成本，对于野外环境场景下的检测有极大的优势。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本技术或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1是本技术提供的土壤水溶性养分检测系统的结构示意图；
[0030]图2是本技术提供的光谱检测装置的结构示意图；
[0031]图3是本技术提供的土壤水溶性养分检测方法的流程示意图。
具体实施方式
[0032]为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术中的附图，对本技术中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0033]土壤养分分有机形态和无机形态，按其对作物的有效程度，又可分为速效养分、缓
效养分和难溶性养分，其中，速效养分大多是无机形态，可以以离子形式存在于土壤水中的称为水溶性养分，例如硝态氮、速效磷和速效钾等。
[0034]为了后续论述方便，本技术各实施例主要以检测土壤中硝态氮含量为例进行说明。当然本领域技术人员可以获知，本技术各实施例的技术方案并不局限于检测土壤中硝态氮含量，其他任意土壤中水溶性养分含量的检测同样也可以适用。
[0035]针对现有技术中对土壤硝态氮含量检测需要在实验室条件下进行，无法长期原位自动检测，以及在检测前需要对仪器进行校准、对样品进行处理，导致操作流程复杂，检测周期长，对检测人员的专业性要求高，仪器成本高，不利于广泛推广使用等问题。本技术各实施例提供一种解决方案，通过原位采集土壤溶液，并基于光谱分析和预测模型检测土壤溶液中水溶性养分含量，解决了以往检测中需要破坏原土壤结构以及必须在实验室条件下进行的限制，而且不需要对采集到的样品进行处理即可达到检测目的，不仅为检测的操作提供便捷性，还可以减少外部环境变量所带来的影响，提高了检测结果的精确度，可实现对同一位置的土壤氮含量进行长期的检测。
[0036]图1为本技术提供的土壤水溶性养分检测系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：
[0037]土壤溶液取样器100、土壤溶液收集装置110、检测装置120和动力装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种土壤水溶性养分检测系统，其特征在于，包括：土壤溶液取样器、土壤溶液收集装置、检测装置和动力装置；其中，所述土壤溶液取样器埋设于预设深度的原位土壤中，并通过第一管路连通所述土壤溶液收集装置，所述土壤溶液收集装置通过第二管路连通所述动力装置；所述检测装置包括光谱检测装置和信号处理装置；所述光谱检测装置用于对所述土壤溶液收集装置收集的土壤溶液进行光谱分析，获取所述土壤溶液对应的光谱数据；所述信号处理装置用于基于所述光谱数据和预测模型，确定所述土壤溶液中水溶性养分的含量；所述预测模型为预先基于样本光谱数据和所述样本光谱数据对应的水溶性养分含量真实值训练得到。2.根据权利要求1所述的土壤水溶性养分检测系统，其特征在于，所述动力装置包括负压泵和水泵；所述土壤溶液收集装置通过所述第二管路连通所述负压泵的吸气端；所述土壤溶液收集装置通过第三管路连通所述光谱检测装置，所述光谱检测装置通过第四管路连通所述水泵。3.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：常诚至，孙哲，
申请(专利权)人：北京林业大学，
类型：新型
国别省市：