土壤养分速测技术及其应用特点

来源：　类别：技术文章　更新时间：2013-11-23　阅读次

1土壤养分速测技术及其应用特点
1．1 土壤养分速测的意义
     土壤养分速测仪是基于土壤养分速测技术的先进农业仪器，土壤养分速测是一种相对于常规分析，速度更快捷，成本更低廉，测试设备更简便，而测试精度能满足测土施肥要求的土壤养分测试技术与装备。在之前的文章土壤养分速测技术详解中对该技术已经有过一次详细的介绍，其应具有快速、低廉、方便、准确等特点。速测的核心是降低土壤测试的成本。由于常规分析成本较高(每个项目一般要30～50元)，我国田块通常很小，田块肥力不均，测土代表的面积常常只有几亩，测土的投入往往大大超过测土的产出，这已经成为我国推广测土施肥的制约因素。也正因如此，肥料厂家进行农化服务t,ltⅢ4土投入往往超过售肥收益，根据我国土地状况和我们的实践，可以认为测土成本必须降到每个项目4～5元或以下，测土施肥才有内在发展动力，这是经济规律。速测技术就是适应这一经济规律而产生和发展的。农业部范小建副部长在2007年4月举办的在全国测土施肥管理与技术培训班上的讲话中也明确指出：一些地方的农民要求以户为单位进行测土和制定配方，尽管当前难以做到，但这是未来发展的必然趋势。各地要以快速、低廉、方便、准确为目标，进一步改进土壤测试方法和检测技术，提高服务效率和服务水平，逐步满足农民个性化需求。只有方便、快捷、低廉、准确才能满足个性化的需求、长效机制才能真正建立起来。
1．2土壤养分速测的应用领域
    土壤速测技术部仅仅在土壤养分速测上得到应用，在土壤水分速测仪等速测设备中也得到应用，一些便携式的土壤水分速测仪更是讲速测技术应用的淋漓尽致，速测的应用领域主要有：①县、乡农技推广站测土施肥服务；②化肥厂及其经销单位促销农化服；③土肥部门土壤肥力调查，指导宏观施肥方针；④农化服务部门制定测土施肥丰缺指标；⑤农村基层如村、农场、科技示范点自我测土服务；⑥庄稼医院作物营养诊断；⑦复混肥生产厂对肥料养分含量进行监控；⑧测土施肥科学研究中土壤养分测定；⑨鉴别真假化肥。由于速测是在满足一定用途的测试精度要求前提下从经济性前提出发的，不是从尽可能提高精度技术前提出发的，其精度的检验和评定都要以常规分析为基础，因此它不具备也不可能具备裁判权威。这使它的应用领域受到限制。
    又由于速测是一种近些年才发展起来的技术，还没有来得及建立自己完整的施肥丰缺指标和技术资料体系，在一些情况下还必须换算为常规数据，利用常规分析的技术指标和资料体系指导施肥。这也是速测技术推广的制约因素。
2 土壤养分速测技术的技术内涵
    速测技术应包含哪些技术内容，目前学术界还没有一个说法，从已开发的速测技术看，大体有以下一些方面。
2.1 土壤水分速测技术
    由于速测要求能在现场实时测定，常不能等待一天以上的土样风干时间，所以速测仪必须配备水分速测装置，应该说没有测水分装置就不是速测仪。水分快速测定技术有多种，但价格多很昂贵，如时域反射水分仪(TDR)约1．5万美元，中子水分仪约9 000美元，且测定所要求的土样体积较大，多用于农田土体含水量测定。不适于速测。速测过去常用的方法是酒精燃烧法，此法成本低但速度较慢，且要随仪器配备小型天平。最近新发展的电容测量法、电导测量法等提高了测量的效率，价格约人民币1 000
2 000元之间，测量范围在6％～22％之间，较适于土样测定。
2．2土壤养分联合浸提技术
    土壤分析最大的工作量在于前处理，要提高测试速度，必须实现多种养分的同时快速浸提�？梢运盗辖峒际跏撬俨饧际醯幕�。速测的联合浸提必须同速测的分析体系相容，必须同植株对土壤养分的吸收显著相关。为了共享使用常规分析的技术资料，还需要同常规分析显著相关。
2．3分析方法快捷化技术
    有许多常规分析方法需要的设备或价格昂贵或无法便携或分析过程繁琐不能用于速测，为此必须另辟蹊径。例如碱解氮开发了简易蒸馏法取代需要烘箱的碱解扩散法；有机质发展了重铬酸钾氧化比色法取代重铬酸钾氧化容量法；土壤氮磷钾测试仪使用速测技术对土壤氮磷钾含量进行测试等等。
2．4药剂配方的抗干扰技术
    土壤养分速测分析中时常遇到与常规分析不同的干扰问题，如测钾时由于浸提剂酸碱度不同，常规掩蔽剂不能应用，必须研究开发新的掩蔽方法和掩蔽剂。再如常规方法测定微量元素通常需要经过萃取来达到提高待测液浓度和减少干扰的目的，速测为了简化操作，提高便携性通常不通过萃取，因此就必须开发抗干扰能力更强的掩蔽技术。
2．5成品药剂的耐储存技术
    供应成品药剂，使用户开瓶就用，是提高测试速度的重要途径，也是国内外速测技术的发展方向。药剂的保存期首先决定于分析方法的选择和药剂配方设计，如常规测定速效磷多采用钼锑抗法，但抗坏血酸不易保存，所以不宜采用。有的药剂成分易氧化需加添抗氧化成分或其他措施；药剂保存期还与药剂配制工艺和包装工艺技术有关。
2．6光电比色仪设计制造技术
    作为专用仪和便携式仪器，为了降低成本减少重量，比较普遍地采用滤光式光电比色计，但滤光器单色性较差，导致线行误差较大，许多产品线性误差在4％～8％，在测定总误差中所占比重过大，目前较好的仪器多采用干涉式或薄膜式滤光片，或采用智能软件进行误差修正，其线性误差可达2％～3％以内，基本达到光栅式二类分光光度计水平。另外，为了提高紫蓝光区域的灵敏度和稳定性要在光源和检测器方面进行优化并采用光源稳定技术。
2．7便携性技术
    开发一些轻便的附属设备，如便携式恒温浸提器，便携式消解仪等，此外，还要器皿、用具、材料齐全化，以提高配套性，使尺寸小型化，重量轻型化，包装集成化以提高便携性。
2．8 速测值与常规分析值的相关性关系研究
    这方面技术难度不大，但在当前缺乏速测自己的丰缺指标情况下÷也是速测技术必不可少的内涵。例如比浊法钾必须换算为火焰光度法钾，稀释热法有机质需换算为油浴加热有机质，联合浸提的速效养分也存在换算问题，速测仪研制单位或推广单位有义务提供此项研究数据或服务。以上几点是目前速测技术已完全实现的。
3 土壤速测降低药剂成本的措施
    成品药剂供应可以加快分析速度，降低测试成本，是保证测试结果可靠性的主要手段之一，同时也相应地增加土壤速测生产厂家的生产成本，但农药残留速测仪可以通过以下措施来降低速测的测试成本。
3．1 直接测鲜土，无需风干，可使土壤分析周期缩短1～2天
3．2研究采用快速联合浸提剂
    浸提时间由氮磷钾各自浸提的30 min缩短至5～10 min，同时完成氮磷钾三种成分的浸提。
3．3研究保存期较长的药液配方
    研究保存期较长的药液配方，以使用户对成品药液能开瓶就用．这样不但节省了配药时间，降低药液配制损失，还可减少用户对实验室的依赖，以减轻基层单位的投资负担。
3．4选择快捷而无需复杂设备的测试分析方法
    如有机质分析采用稀释热比色，铵态氮采用纳氏比色，速效钾采用比浊法等。
3．5研究开发新的快捷的测试方法
    如常规碱解氮分析用碱解扩散法，要在烘箱中加热24 h，测试周期在2天以上，而我们新开发的碱解氮速测法无需复杂设备，时间只要1 h。
3．6改进仪器设计，简化操作步骤
    如取消了透光度档的校准，不经换挡直接进入浓度校准，既提高了测试速度，又减少了换挡误差。
3．7 采用小体积比色方法。使药剂用量最小化
    例如电极电位测量池需30 mI．，流动比色每次需药剂30～50 mL，而YN型土肥仪比色池用药液仅3～4 mL。药剂用量节省10倍，既降低测试成本，又提高了仪器的便携性。
3．8 研究开发小型便携式振荡器，以提高浸提效率和测试的重现性
    如可同时处理8个土样的轻型振荡器，较手工效率提高了7倍。
4 土壤养分速测技术的发展动向和趋势
4．1 速测项目进一步扩展
    在常量元素的全量测定和速效成分测定进一步完善的基础上，重点是中、微量元素的速测种类的扩展，许多以前认为技术上难度很大甚至被人认为不能实现速测的微量元素正在进人速测研究领域，如锌、钼等。
4．2成品药剂保质期的进一步延长
    理想的保质期应在一年以上，至少应在半年以上，对某些目前只达到三个月的药剂而言是一个困难的指标，也是今后一个重要研究领域。
4．3施肥指导专家系统等智能软件引入速测仪
    其目的是在农村基层缺乏土壤肥料技术人才的条件下，解决如何对养分测定值进行解释和如何进行施肥决策的问题。
4．4速测用联合浸提剂和速测分析方法的标准化
    其目的是使速测技术规范化，以便速测数据的评价、交流、数据资源共享以及同常规方法之间的比较、交流。目前，由河南农业大学承担的该项农业标准起草工作基本完成。
4．5土壤养分速测丰缺指标体系的建立
    建立速测自己的丰缺指标体系是推广速测技术的配套技术，比应用换算系数利用常规丰缺指标指导施肥更方便、更精确，这需要土壤肥料工作者和用户的共同努力。
5 当前土壤养分速测技术发展中的两个误区
5．1 过分牺牲精度追求简便
    土壤养分速测仪要快捷必然要降低一些精度，但这种降低是有限度的，这就是至少应不影响养分丰缺分级和施肥决策!任何一个速测技术的应用都必须经过测试误差的实验和分析方可推广。而目前土肥行业管理中缺乏对速测技术的管理和监督，～些不成熟或不适用的技术随意流入市场，现举几例：①用自来水或深井水取代蒸馏水或许在某个特定的地方带来不太大的误差?但就广大农村而言测试精度是没有保证的，至少我们实验的井水与蒸馏水相比，平均有37％～51％的误差。②用胶头滴管或滴瓶配制标准溶液，由于滴瓶滴管误差很大，只能用于对试剂用量不敏感的药剂，不能用于标准液。实验表明，这种做法带来的最大误差可达21．7％～44．2％。
5．2 考虑土壤养分速测特点，盲目引入常规技术
    例如：①容积法取土样在常规分析中可以提高土壤水分温度速测仪的分析速度，但它要求土样经过风干、粉碎、过筛，而速测是没有这一过程的。我们的实验表明容积法与重量法相比，对于不同的土类，平均误差为11．8％；对于不同的土样含水量(含水15％与风干土相比)，平均误差为2l％～32％。②流动比色这是适于实验室自动化分析的技术，使用机动泵供液，使用同一个比色皿，自动冲洗换液，效率高、误差小，但消耗溶液量极大不适于便携式仪器，且速测仪不可能配套机动泵，而手动泵，小液量则效率低，误差大。③滤光片自动转换。一般是一个红光一个蓝光，靠按键选择。此法操作方便，但速测仪只有两个波长可选，严重限制了测试的项目，有些很重要的项目也不能测，勉强测，则误差极大，例如硝酸试粉法测硝态氮(吸收峰510 nm)，重铬酸钾氧化法测有机质(吸收峰590 nm)。