土壤养分速测仪设计原理与操作步骤

土壤养分速测仪设计原理与操作步骤

一、仪器用途：

土壤养分速测仪可测量出土壤养分含量，准确的了解土壤养分含量，可以指导农民正确检测土壤施肥。精确的施肥不仅能够提高作物的产量和品质，还能有效的避免由于过量施肥而导致的环境问题。

二、功能特点：

1、能检测土壤、植株、化学肥料、生物肥料等样品中的速效氮、速效磷、有效钾、有机质含量，植株中的全氮、全磷、全钾、有机质含量。

2、具有北京时间显示功能，自动将检测样品的时间记录与保存。

3、储存1000组数据(检测样品时间、地点、各类养分结果）等相关信息存储下来，数据可随时调出查看。

4、内含73种作物的配肥软件，可按当地情况设定作物品种、作物产量、肥料品种，并自动计算出施肥量。

5、带背光大屏幕中文液晶显示，全程指导操作。

6、喷塑钢板外壳，坚固、耐用。

7、配置:养分仪一台，手提箱一只，试剂一套。

三、设计原理概述

便携式土壤养分速测仪是从农业测土配方施肥的生产实

践的需要出发而提出的。长期以来农业测土施肥依赖于常规仪

器分析，从田间取回的土样烘干后再拿到实验室进行测定。这

种方式存在许多缺点，如测土耗时长、设备投资大、不便携带、

操作复杂、所依赖的辅助设备多和测试费用高等，不适合农村

田问测土，严重地制约了科学合理施肥在基层农村实施。

为此急需研制适合于我国生产实际的土壤养分速测仪。根

据速测土壤的需要．便携式速测土壤测试仪应能在线完成对土

壤养分、水分1J、pH值、温度等多参数的测量，有条件的应内

嵌入指导施肥系统，使用户完成测土后直接将数据应用于指导

施肥；仪器应采用lJ口D汉字显示测量步骤，避免IXI)显示在

阳光下看不清楚的缺点；支持微型打印机打印测试结果；支持交流电和电池两种供电方式，适于田间操作。便携式土壤速测仪技术状况。

根据测试方法不同国内外土壤速测仪可划分为五种：1)由比色盒组成的土壤养分速测箱，通过目示比色定性分析土壤养分状况，如Acct舳w公司的速测箱等；2)基于离子选择电极和场效应管设计的电子土壤测试仪，如国内的中国科学院南京土壤所研制的敏感电极土壤养分速测仪、美国研制的基于场效应管敏感膜而研制的速测土壤养分测试方法以及LaantXte公司研制开发的电子土壤速测仪等；3)基于分光和滤光的光电比色仪定量精确测试的有河南农大机电技术开发中心的YN系列产品和HACH公司研制的系列产品如DR／800等；4)采用反射计试纸交换法测量土壤养分，如当定性半定量分析结果不能满足测量要求或测量点频繁变化时而采用的Reflectoquant 系统，该系统在土壤养分交换到试纸上后几秒钟内可以实现可靠和精确的测量公司研制开发的基于光学物理方法测量植株中叶绿翥含量间接测量氯的含量，如J SPAI)502叶绿素测试仪，许多研究表日爿，SPA[)的测量值与叶子的N的含量有很高的相关性。

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由于采用先进的光学技术，仪器性能稳定、精确度高和操作简便。制的系列产品如DR／800等；4)采用反射计试纸交换法测量土壤养分，如当定性半定量分析结果不能满足测量要求或测量点频繁变化时而采用的Reflectoquant系统，该系统在土壤养分交换到试纸上几秒钟内可以实现可靠和精确的测量；5)美国spec㈣Tcch∞lcc,cy公司研制开发的基于光学物理方法测量植株中叶绿翥含量间接测量氯的含量，如J SPAI)502叶绿素测试仪，许多研究表日，SPA[)的测量值与叶子的N的量有很高的相关性。由于采用先进的光学技术，仪器性能稳定、精确度高和操作简便。3技术路线作者认为土壤养分速测仪与一般测试仪器不同．因为测土的速度不仅在于仪器的速度，而且在于前处理的速度；测土的成本不仅在于仪器的价格。而且在于测土全周期的耗用工时。

因此我们把速测仪不仅看作是一种专用光电比色仪，而且看作低成本速测技术的载体，看作载有成套速测技术的测土装备。只有这样才能使研制的速测仪在农村基层真正用起来，我们的技术路线如图l所示。土壤养分速测仪设计技术住充分了解国内外相关技术发展的情况F，我们采用了技术成熟的光电比色原理研制土壤养分速测仪，力求解决好如下1凿关键技术：低成本、单色光的生成、光源选择、电源供应、比色槽的设计和避光、土样水分的测定、仪器的体秘和便携性、推荐施肥方案和药剂配套等。仪器设计的总体框图如图2所示。

4 1硬件设计采用微处理器技术尤其是内含A／D的具有F}ashEPROM的单片计算机，其性能优越，价格较低，可方便实现显示器和键盘的接口。系统主要检测光电信号，而这一光电信号是一个慢速变化信号，对采样速率要求不高，因此可以选择A／D 7135作模数转换器1，选用128×64的L(33液晶显示器．可实现四行每行8个字符’一屏共32个字符的显示，另根据设计要求选择键盘按键的数量。除此之外还有构成基本微处理系统所必须的地址译码、时钟与复位电路等。根据功能需要，系统中还设置有其它功能模块，可通

过RS-232串行接口与微机通信，把测量数据送入上位机以便农业管理部门为本地区的土壤管理建立数据库。要求存储器模块里包括一定容量的存储器来存放液晶显示数据、打印数据以及测量过程中的测量数据、运算数据、控制程序，参数数据，汉字库，对数和反对数表，以及推荐施肥专家系统等。

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便携式土壤养分速测仪应满足农村生产实际的需要，注重便携式、低成本和高稳定性。采用了光源恒功率技术和光强自动调整技术，使光强按照不同波长自动调整到最佳状态并稳定不变，使仪器的稳定性几乎超过国家检定规程一个数量级；采用了吸光度线性自动修正技术，对由于光的非单色性带来的误差进行自动校正，使滤光式光电比色计的测试线性度达到分光光度计线性效果；仪器的线性误差比国家检定规程小1～1 5倍；在速测仪上首次采用仪载施肥咨询系统，与同类仪器相比具有最高的智能化水平；实现光电比色、pH测定、水分测定、温度显示与校正结合一体，一仪多用，适于农村基层单位使用。

四、技术参数：

1、养分测量技术参数：

(1)稳定性：A值（吸光度）三分钟内飘移小于0.003

(2)重复性：A值（吸光度）小于0.005

(3)线性误差：小于3.0%

(4)灵敏度：红光≥4.5×10-5；蓝光≥3.17×10-3

(5)波长范围：红光620±4nm；蓝光440±4nm；绿光520±4nm

(6)抗震性：合格

2、本仪器所用电源：

直流电：18V、5W（本仪器自带）

五、土壤养分测定方法

(一)土壤样品的采集与处理

为了能使测定的样品代表田间的养分状况，要求必须多点混合取样，切忌在田边、路边、沟边、粪堆旁或放

化肥的地方等地点取样。取样的方法可采用对角线法、五点取样法、棋盘式取样法等。一般每块地至少要取五个样点，地块大时可多取些，取样深度一般以耕层（0—20cm）

为准，多点取到的样品应充分混合，按四分法弃去多余的部分，保留约半斤，拣去枯枝落叶、残根、石硕等杂质，如有土块应研碎，作为分析化验的待测样品。一般土壤养分的快速测定以新鲜土样为宜。

（二）土壤含水量的测定

1、称量法

土壤含水量不仅影响作物的生长发育，而且在土壤养分测定过程中也需要用含水量进行养分含量计算等。其操作步骤为：

①将铝盒擦净后在天平上称重，记作W

1

。

②将除去杂质的新鲜土样5克左右放入铝盒中，同铝盒一起称重，记作W

2

。

③用吸管吸取燃烧酒精5—10ml（过湿土样取高限）加入铝盒中，与土壤搅匀后点燃，待火焰灭后再加5ml

酒精点燃，待火焰熄灭稍冷后即在天平上称重，记作W

3

。

④结果计算：

土壤含水量（％）=( W

2－W

3

)/( W3－W

1

)×100%

2、水分传感器法（适用于D型仪器）见水分测试说明书。

（三）土壤pH值测定

1、土壤试样准备：

将土样（可不必风干）剔出大颗粒，称25g放入小烧杯中，视土壤含水量，按风干土重的1:1倍（酸性土可用2:1倍）加蒸馏水，搅拌使土粒充分分散，静置半小时测定。

2、pH试纸测定法