土壤養分速測技術及其應用特點

來源：　類別：技術文章　更新時間：2013-11-23　閱讀次

1土壤養分速測技術及其應用特點
1．1 土壤養分速測的意義
     土壤養分速測儀是基于土壤養分速測技術的先進農業儀器，土壤養分速測是一種相對于常規分析，速度更快捷，成本更低廉，測試設備更簡便，而測試精度能滿足測土施肥要求的土壤養分測試技術與裝備。在之前的文章土壤養分速測技術詳解中對該技術已經有過一次詳細的介紹，其應具有快速、低廉、方便、準確等特點。速測的核心是降低土壤測試的成本。由于常規分析成本較高(每個項目一般要30～50元)，我國田塊通常很小，田塊肥力不均，測土代表的面積常常只有幾畝，測土的投入往往大大超過測土的產出，這已經成為我國推廣測土施肥的制約因素。也正因如此，肥料廠家進行農化服務t,ltⅢ4土投入往往超過售肥收益，根據我國土地狀況和我們的實踐，可以認為測土成本必須降到每個項目4～5元或以下，測土施肥才有內在發展動力，這是經濟規律。速測技術就是適應這一經濟規律而產生和發展的。農業部范小建副部長在2007年4月舉辦的在全國測土施肥管理與技術培訓班上的講話中也明確指出：一些地方的農民要求以戶為單位進行測土和制定配方，盡管當前難以做到，但這是未來發展的必然趨勢。各地要以快速、低廉、方便、準確為目標，進一步改進土壤測試方法和檢測技術，提高服務效率和服務水平，逐步滿足農民個性化需求。只有方便、快捷、低廉、準確才能滿足個性化的需求、長效機制才能真正建立起來。
1．2土壤養分速測的應用領域
    土壤速測技術部僅僅在土壤養分速測上得到應用，在土壤水分速測儀等速測設備中也得到應用，一些便攜式的土壤水分速測儀更是講速測技術應用的淋漓盡致，速測的應用領域主要有：①縣、鄉農技推廣站測土施肥服務；②化肥廠及其經銷單位促銷農化服；③土肥部門土壤肥力調查，指導宏觀施肥方針；④農化服務部門制定測土施肥豐缺指標；⑤農村基層如村、農場、科技示范點自我測土服務；⑥莊稼醫院作物營養診斷；⑦復混肥生產廠對肥料養分含量進行監控；⑧測土施肥科學研究中土壤養分測定；⑨鑒別真假化肥。由于速測是在滿足一定用途的測試精度要求前提下從經濟性前提出發的，不是從盡可能提高精度技術前提出發的，其精度的檢驗和評定都要以常規分析為基礎，因此它不具備也不可能具備裁判權威。這使它的應用領域受到限制。
    又由于速測是一種近些年才發展起來的技術，還沒有來得及建立自己完整的施肥豐缺指標和技術資料體系，在一些情況下還必須換算為常規數據，利用常規分析的技術指標和資料體系指導施肥。這也是速測技術推廣的制約因素。
2 土壤養分速測技術的技術內涵
    速測技術應包含哪些技術內容，目前學術界還沒有一個說法，從已開發的速測技術看，大體有以下一些方面。
2.1 土壤水分速測技術
    由于速測要求能在現場實時測定，常不能等待一天以上的土樣風干時間，所以速測儀必須配備水分速測裝置，應該說沒有測水分裝置就不是速測儀。水分快速測定技術有多種，但價格多很昂貴，如時域反射水分儀(TDR)約1．5萬美元，中子水分儀約9 000美元，且測定所要求的土樣體積較大，多用于農田土體含水量測定。不適于速測。速測過去常用的方法是酒精燃燒法，此法成本低但速度較慢，且要隨儀器配備小型天平。最近新發展的電容測量法、電導測量法等提高了測量的效率，價格約人民幣1 000
2 000元之間，測量范圍在6％～22％之間，較適于土樣測定。
2．2土壤養分聯合浸提技術
    土壤分析最大的工作量在于前處理，要提高測試速度，必須實現多種養分的同時快速浸提。可以說聯合浸提技術是速測技術的基礎。速測的聯合浸提必須同速測的分析體系相容，必須同植株對土壤養分的吸收顯著相關。為了共享使用常規分析的技術資料，還需要同常規分析顯著相關。
2．3分析方法快捷化技術
    有許多常規分析方法需要的設備或價格昂貴或無法便攜或分析過程繁瑣不能用于速測，為此必須另辟蹊徑。例如堿解氮開發了簡易蒸餾法取代需要烘箱的堿解擴散法；有機質發展了重鉻酸鉀氧化比色法取代重鉻酸鉀氧化容量法；土壤氮磷鉀測試儀使用速測技術對土壤氮磷鉀含量進行測試等等。
2．4藥劑配方的抗干擾技術
    土壤養分速測分析中時常遇到與常規分析不同的干擾問題，如測鉀時由于浸提劑酸堿度不同，常規掩蔽劑不能應用，必須研究開發新的掩蔽方法和掩蔽劑。再如常規方法測定微量元素通常需要經過萃取來達到提高待測液濃度和減少干擾的目的，速測為了簡化操作，提高便攜性通常不通過萃取，因此就必須開發抗干擾能力更強的掩蔽技術。
2．5成品藥劑的耐儲存技術
    供應成品藥劑，使用戶開瓶就用，是提高測試速度的重要途徑，也是國內外速測技術的發展方向。藥劑的保存期首先決定于分析方法的選擇和藥劑配方設計，如常規測定速效磷多采用鉬銻抗法，但抗壞血酸不易保存，所以不宜采用。有的藥劑成分易氧化需加添抗氧化成分或其他措施；藥劑保存期還與藥劑配制工藝和包裝工藝技術有關。
2．6光電比色儀設計制造技術
    作為專用儀和便攜式儀器，為了降低成本減少重量，比較普遍地采用濾光式光電比色計，但濾光器單色性較差，導致線行誤差較大，許多產品線性誤差在4％～8％，在測定總誤差中所占比重過大，目前較好的儀器多采用干涉式或薄膜式濾光片，或采用智能軟件進行誤差修正，其線性誤差可達2％～3％以內，基本達到光柵式二類分光光度計水平。另外，為了提高紫藍光區域的靈敏度和穩定性要在光源和檢測器方面進行優化并采用光源穩定技術。
2．7便攜性技術
    開發一些輕便的附屬設備，如便攜式恒溫浸提器，便攜式消解儀等，此外，還要器皿、用具、材料齊全化，以提高配套性，使尺寸小型化，重量輕型化，包裝集成化以提高便攜性。
2．8 速測值與常規分析值的相關性關系研究
    這方面技術難度不大，但在當前缺乏速測自己的豐缺指標情況下÷也是速測技術必不可少的內涵。例如比濁法鉀必須換算為火焰光度法鉀，稀釋熱法有機質需換算為油浴加熱有機質，聯合浸提的速效養分也存在換算問題，速測儀研制單位或推廣單位有義務提供此項研究數據或服務。以上幾點是目前速測技術已完全實現的。
3 土壤速測降低藥劑成本的措施
    成品藥劑供應可以加快分析速度，降低測試成本，是保證測試結果可靠性的主要手段之一，同時也相應地增加土壤速測生產廠家的生產成本，但農藥殘留速測儀可以通過以下措施來降低速測的測試成本。
3．1 直接測鮮土，無需風干，可使土壤分析周期縮短1～2天
3．2研究采用快速聯合浸提劑
    浸提時間由氮磷鉀各自浸提的30 min縮短至5～10 min，同時完成氮磷鉀三種成分的浸提。
3．3研究保存期較長的藥液配方
    研究保存期較長的藥液配方，以使用戶對成品藥液能開瓶就用．這樣不但節省了配藥時間，降低藥液配制損失，還可減少用戶對實驗室的依賴，以減輕基層單位的投資負擔。
3．4選擇快捷而無需復雜設備的測試分析方法
    如有機質分析采用稀釋熱比色，銨態氮采用納氏比色，速效鉀采用比濁法等。
3．5研究開發新的快捷的測試方法
    如常規堿解氮分析用堿解擴散法，要在烘箱中加熱24 h，測試周期在2天以上，而我們新開發的堿解氮速測法無需復雜設備，時間只要1 h。
3．6改進儀器設計，簡化操作步驟
    如取消了透光度檔的校準，不經換擋直接進入濃度校準，既提高了測試速度，又減少了換擋誤差。
3．7 采用小體積比色方法。使藥劑用量最小化
    例如電極電位測量池需30 mI．，流動比色每次需藥劑30～50 mL，而YN型土肥儀比色池用藥液僅3～4 mL。藥劑用量節省10倍，既降低測試成本，又提高了儀器的便攜性。
3．8 研究開發小型便攜式振蕩器，以提高浸提效率和測試的重現性
    如可同時處理8個土樣的輕型振蕩器，較手工效率提高了7倍。
4 土壤養分速測技術的發展動向和趨勢
4．1 速測項目進一步擴展
    在常量元素的全量測定和速效成分測定進一步完善的基礎上，重點是中、微量元素的速測種類的擴展，許多以前認為技術上難度很大甚至被人認為不能實現速測的微量元素正在進人速測研究領域，如鋅、鉬等。
4．2成品藥劑保質期的進一步延長
    理想的保質期應在一年以上，至少應在半年以上，對某些目前只達到三個月的藥劑而言是一個困難的指標，也是今后一個重要研究領域。
4．3施肥指導專家系統等智能軟件引入速測儀
    其目的是在農村基層缺乏土壤肥料技術人才的條件下，解決如何對養分測定值進行解釋和如何進行施肥決策的問題。
4．4速測用聯合浸提劑和速測分析方法的標準化
    其目的是使速測技術規范化，以便速測數據的評價、交流、數據資源共享以及同常規方法之間的比較、交流。目前，由河南農業大學承擔的該項農業標準起草工作基本完成。
4．5土壤養分速測豐缺指標體系的建立
    建立速測自己的豐缺指標體系是推廣速測技術的配套技術，比應用換算系數利用常規豐缺指標指導施肥更方便、更精確，這需要土壤肥料工作者和用戶的共同努力。
5 當前土壤養分速測技術發展中的兩個誤區
5．1 過分犧牲精度追求簡便
    土壤養分速測儀要快捷必然要降低一些精度，但這種降低是有限度的，這就是至少應不影響養分豐缺分級和施肥決策!任何一個速測技術的應用都必須經過測試誤差的實驗和分析方可推廣。而目前土肥行業管理中缺乏對速測技術的管理和監督，～些不成熟或不適用的技術隨意流入市場，現舉幾例：①用自來水或深井水取代蒸餾水或許在某個特定的地方帶來不太大的誤差?但就廣大農村而言測試精度是沒有保證的，至少我們實驗的井水與蒸餾水相比，平均有37％～51％的誤差。②用膠頭滴管或滴瓶配制標準溶液，由于滴瓶滴管誤差很大，只能用于對試劑用量不敏感的藥劑，不能用于標準液。實驗表明，這種做法帶來的最大誤差可達21．7％～44．2％。
5．2 考慮土壤養分速測特點，盲目引入常規技術
    例如：①容積法取土樣在常規分析中可以提高土壤水分溫度速測儀的分析速度，但它要求土樣經過風干、粉碎、過篩，而速測是沒有這一過程的。我們的實驗表明容積法與重量法相比，對于不同的土類，平均誤差為11．8％；對于不同的土樣含水量(含水15％與風干土相比)，平均誤差為2l％～32％。②流動比色這是適于實驗室自動化分析的技術，使用機動泵供液，使用同一個比色皿，自動沖洗換液，效率高、誤差小，但消耗溶液量極大不適于便攜式儀器，且速測儀不可能配套機動泵，而手動泵，小液量則效率低，誤差大。③濾光片自動轉換。一般是一個紅光一個藍光，靠按鍵選擇。此法操作方便，但速測儀只有兩個波長可選，嚴重限制了測試的項目，有些很重要的項目也不能測，勉強測，則誤差極大，例如硝酸試粉法測硝態氮(吸收峰510 nm)，重鉻酸鉀氧化法測有機質(吸收峰590 nm)。