1、便携式土壤养分速测技术研究与应用作者：杜森 江荣风 黄青青 李花粉摘要掌握土壤养分供应能力是进行科学施肥的基础。近年来,随着测土配方施肥推广面积不断扩大,便携式土壤养分速测技术也得到了快速发展。通过分析便携式土壤养分速测技术的概念和特点,总结了国内外的研究和应用状况,指出便携式土壤养分快速诊断技术的开发应当充分考虑我国农业发展状况,适应我国国情、适应农村基层环境条件。 关键词便携式土壤养分速测;概念;特点;研究与应用;展望 AbstractMastering the supply ability of soil nutrient is the basis of scientific ferti
2、lization. Recently,with the increasing of extension acreage in soil determination and prescription fertilization,portable apparatus for quick test of soil nutrient is developing rapidly. The concept and characteristics of portable apparatus for quick test of soil nutrient were analyzed,and their res
3、earch and application at home and abroad was also summarized. Its pointed out that the agricultural situation in our country should be considered in the development of quick test technology,which should be suitable for the rural environmental conditions. Key words portable apparatus for quick test o
4、f soil nutrient;concept;characteristics;research and application;prospect 土壤测试是了解土壤养分状况,进行科学施肥的基础。长期以来,土壤养分测试主要采用实验室常规分析方法,需要将采集的土壤样品在实验室中进行处理,然后分析测定。这种方法适用于开展大规模养分调查和推荐施肥工作的大批量样品分析。在缺乏实验室条件的基层乡村,少量土壤样品的养分诊断可采用便携式的速测技术来完成。建立以常规分析为基础,适于农村环境和人员条件,能保证测土施肥基本精度要求,以便携式、低成本速测为主要特点的土壤养分速测技术,是高效施肥技术体系的重要内容之一
5、。 1 土壤养分速测技术的概念及特点 1.1 土壤养分速测的概念 土壤养分速测,是指快速、方便的测试技术和方法,是相对于常规分析而言的。单就测试速度而言,在常规分析基础上的自动化分析技术测试速度最快,其样品处理和实验室分析所需测试周期最短,是一种广义上的速测,代表测试技术发展的方向,在技术水平高、样品收集、运输和信息反馈系统发达的西方已经得到普遍应用。本文讨论的是近年来出现的小型化、便携式的土壤速测设备和方法,适于在野外、田间进行测试和流动服务,使用简单方便,也就是通常所称的便携式土壤养分速测技术。 1.2 便携式土壤养分速测的特点及发展 便携式土壤养分速测要求在基层乡村甚至野外露天、田间地头
6、进行,环境条件相对较差,因此在以下方面有较高的要求:野外田间测定,仪器设备、试剂药品集成度高,便于携带;鲜样测定,样品不需要风干、研磨的处理过程;测试速度快,成本低;操作简单,容易掌握;测试精度满足营养诊断、推荐施肥的基本要求1-2。 早在 20 世纪 70 年代末,便携式土壤速测就已经开始在我国应用,通常用化学试剂对土壤浸提液进行显色(或产生混浊),采用比色卡肉眼比色的方法,确定样品含量的高、中、低,基本上属于半定量的诊断和判别。此后,随着技术的不断发展,出现了光电比色仪、分光光度仪等比色分析的仪器,逐步替代了人工肉眼比色。测试分析逐步走向定量化和精确化。目前,便携式土壤养分速测仪器基本上都
7、是采用光电比色的原理,对常规方法进行适当简化,应用部分成品试剂药品,以达到提高测试速度的目的。2 便携式土壤速测技术研究和应用概况 自从人们认识到土壤是作物的营养库并可采用土壤测试的方法了解土壤对作物养分供应的有效性之后,土壤测试新方法的研究一直没有停止过3-5。但是,新方法的提出必须经过大量的相关研究和田间校验,并建立土壤养分丰缺指标体系和施肥指标体系,这个过程需要做相当多的研究工作,也需要大量的经费投入。因此,主要的土壤测试方法是美国、前苏联、英国、德国等国家研究建立起来的,并已形成了比较完善的土壤测试推荐施肥体系。其他国家都是应用这些方法进行适应性的条件研究和校验研究,建立适合本国的指标
8、体系。 2.1 国外便携式土壤速测技术研究和应用 国外土壤速测技术已有较多研究,主要集中在大量元素养分测定和作物氮素营养诊断方面6。速测仪器设备一般都是由公司开发,并与农业研究应用机构合作开展相关研究工作,建立和完善配套的方法7-9。如美国 HACH 公司生产的 NPK-kit、德国 Merck 公司生产的 RQflex、英国HORIBA 公司生产的 CARDY(硝酸根、钾离子)养分离子计和日本 Minolta公司生产的 SPAD-502 等。这些仪器已被广泛应用于土壤养分速测或作物营养状况诊断,有其配套的定量方法。 美国已建立了比较完善的土壤测试与推荐施肥体系,每个州都有规范的实验室,开展测
9、土配方施肥工作。因此,应用便携式速测方法进行土壤养分测定和指导施肥不是很多。其中,美国 HACH 公司生产研发的一套用于土壤氮磷钾养分速测的速测箱(NPK-Kit),在美国家庭农场应用较普遍。它采用常规的浸提方法,研制了用于硝态氮和有效磷定量的硝酸盐试粉和圆盘连续色阶,通过常规方法浸提试剂显色圆盘连续色阶目测比色读数等操作步骤,完成土壤硝态氮和有效磷含量的测定,而钾的定量则是采用简化的比浊法。该方法的特点是完全采用常规的浸提方法,土壤浸出液中养分的定量精度虽然低于化验室分析,但比早期的简单目测比色法精度高,可满足一般田间土壤养分测定的要求。美国的家庭农场住房条件比较好,可在家中辟出空间进行操作
10、,测定自家农场的土壤(一般 10 个样品左右)。因此,在美国,农场主可送样到州化验室分析化验,还可在自己的家中完成土壤氮磷钾、pH 值和盐分的测定。德国便携式土壤养分速测技术研究主要集中在氮素的快速检测,以进行合理的土壤氮素管理和硝酸盐污染控制。研制了土壤硝态氮快速简便的测定仪器,并建立了测试方法与评价指标。德国默克(Merck)公司将用于水分析的小型仪器反射仪(RQflex)应用于土壤、植株氮营养的快速诊断,其优点是测定范围宽、反应速度快(1 min),硝态氮测定的精度较高,因而被广泛应用于土壤、水、作物氮素营养分析、诊断以及蔬菜中硝酸盐含量的测定中。德国科学家通过研究,建立了蔬菜生产体系氮
11、素管理技术体系,以及田间土壤硝态氮快速测试为核心的土壤氮素养分实地管理技术,并逐步用于指导农业生产。默克公司生产的加强型反射仪(RQflex plus),增加了比色皿适配器,不仅可以用 RQ 试纸条系统,更可以使用 RQ plus 试剂系统,可以测定铵态氮、硝态氮、磷酸盐、钾等项目。反射仪的体积很小,重量只有 250 g 左右,采用干电池供电,适合随身携带,且操作简单。 英国主要应用 HORIBA 公司生产的 CARDY 硝酸盐离子计、钾离子计进行植株氮、钾营养诊断(蔬菜作物、果树等),以及应用日本 MINALTA 公司生产的叶绿素仪进行叶色诊断,以判断作物体内的氮素营养状况。这些方法被一些美
12、国蔬菜生产企业用于蔬菜的营养管理中。 2.2 我国便携式土壤速测技术研究和应用 我国便携式土壤速测技术可追溯到 20 世纪 60 年代,当时,以目视比色为主的土壤养分田间快速测定技术得到了很大的发展,含水量的测定主要为酒精燃烧法;硝态氮用硝酸试粉或二苯胺比色法;铵态氮用纳氏试剂比色法;有效磷用磷钼蓝(氯化亚锡还原)比色法;速效钾采用亚硝酸钴钠或四苯硼钠比浊法;土壤 pH 值用比色法2,10-11。20 世纪 80 年代以来,随着光电比色技术的发展,出现了以光电比色为主要分析方法的田间土壤养分快速测定技术,其测试的方法与目视比色的方法基本相同,但采用了光电比色,使分析的精度大为提高,并开发出了速
13、测设备(一般均为光电比色计),并将有关土壤参数、施肥参数输入速测仪或计算机软件中,可以简便地获得施肥量数据。这些速测仪器以提高仪器设备的田间测试能力和加快测试速度为目标,其精度基本可以满足定量的要求。随着测土配方施肥技术研究和推广的不断深入,便携、快速的土壤测试技术越来越受到人们的重视,成为研究开发的重点之一。近几年来,许多速测方法和速测仪器相继问世。如中国农科院土肥所、中科院南京土壤所等单位都研究开发过土壤速测仪,河南农大机电技术开发中心研制了 YN 型集成式土壤肥料养分速测仪,北京强盛分析仪器制造中心生产了 TFC 型土壤化肥速测仪,山东莱州市无线电一厂与山东农大联合研制了 TY 型直读式
14、土壤养分速测仪等。这些仪器设备都以便携式、快速测试为目标,其应用与化验室分析形成了互补,推进了高效施肥技术的推广应用。 3 展望 目前,开发应用的便携式土壤养分快速测试技术,大多以实验室分析方法为基础,虽然在仪器的便携性方面有所提高,但面向现场诊断测试方面的针对性不足,如很多技术方法仍然要求测定过 2 mm 孔径筛的风干土样,这在田间情况下是难以做到的。同时,便携式土壤养分速测需要携带测试工作所需的操作用具和试剂药品,特别是有些试剂要提前配制溶液,以方便应用和提高测试速度,因此在仪器设备、实验室装备集成以及配套成品试剂方面应进一步加强研究。此外,快速测试技术对各地土壤的针对性、适应性较差,特别
15、是田间校验研究不足,没有建立较为完善的基于便携式速测技术的养分丰缺指标体系和推荐施肥体系,对这项技术在实际工作的应用中也造成了一定影响。 研究开发便携式土壤养分快速诊断技术,应当充分考虑当前我国农业发展状况,要适应我国国情、适应农村基层环境条件,并综合考虑测土施肥的要求。仪器设备向高度集成化发展,仪器性能向精确化发展,基本测试项目向提高针对性、相对齐全化发展,综合测试速度向快速简便发展,速测仪向便携化、配套化方向发展,使仪器便于流动服务、现场服务,能脱离实验室独立工作。 4 参考文献 1 段铁城,胡建东,肖建军,等.土壤养分的低成本速测技术J.土壤肥料,1999(4):40-43. 2 王晶.
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