土壤中光谱学应用检测方案(近红外光谱仪)

光谱学在土壤可持续管理中的应用 农业研究大都是研究如何供给未来巨量增加的人口。年复一年，农民都在试图从同一块土地中得到更多的产出，但快速变化的气候条件又加剧了土壤的贫化，如何有效地对土壤进行管理成为了人们亟待解决的课题。光谱学就是其中很重要的技术手段。 土壤管理 土壤是液体，气体，矿物质，有机物乃至生物的复合混合物。除了支持作物生长，土壤还具有运输，储存和净化水质的功能。同时它还可以改善我们赖以生存的空气，并是多种生物的栖息地。因此，土壤的可持续管理不仅对未来的粮食生产至关重要，而且对地球上的生命也至关重要。 土壤健康是土壤可持续管理的基础，也是各种规模农场的重要考虑因素。从侵蚀到污染、生物多样性丧失、土壤压实，都可能对作物生产和农场本身的生存能力造成不利影响。 水分测量 灌溉系统。图片来源：Avantes BV 早在1978年，研究人员首先对土壤水分对可见光谱的影响产生了兴趣，而随着光谱技术的发展，最终扩展到了近红外和中红外。2014年，匈牙利的研究人员就开发出了对土壤含水量进行快速测量的现场仪器。 在现场进行基于光谱水分测量的算法，首先是在实验室中进行开发的。从现场果园收集的具有不同土壤特性的土壤样品，首先在实验室中干燥至一致的干旱度。然后将水缓慢地重新引入这些土壤样品，每2.5ml收集一次光谱，直到土壤样品完全饱和。实验人员发现1450-1460 nm和1920-1930 nm波长范围是对土壤水分进行量化测量的最为敏感的波长范围。 AvaSpec-NIR256-2.5-HSC-EVO和AvaSpec-NIR256-1.7-EVO这两款紧凑型近红外光谱仪的波长范围和灵敏度使得它们适合于在实验室中进行土壤水分测量，将来有一天还可以做成手持式仪器。这些手持式仪器可快速评估水分含量并与灌溉系统集成。它们还可以用于对机载高光谱成像技术的测量结果进行校准和验证。 土壤特性分析 土壤不是一个均匀的混合物，所包括的矿物质、有机物和颗粒大小的不同会导致土壤很多特性的不同，土壤类型决定了灌溉程序和所能生长作物的种类。 与其他土壤测试方法不同，光谱法具有无需繁琐准备样品、无需接触刺激性化学物质等特点，而且从一幅光谱图中就可以分析出很多参数。 伊朗的研究人员通过对土壤的紫外/可见/近红外光谱进行分析得到了颜色、pH值、电导率、含水量、有机碳、总氮、可交换正离子，还有可识别如铁、二氧化钛、钙、镁、钾和纳等矿物质。 土壤密度和土壤板结 土壤板结是指压缩土壤颗粒之间的间隙，这些间隙通常用来保持空气或水。这会导致根系发育不良和缺氧等其他缺陷。这些因素最终会降低作物质量和产量。土壤板结既可以是人为的，也可以是自然过程的结果，但这是一个严重的环境和农业问题。常见原因包括广泛使用重型机械，反复以均匀深度犁地以及被动物大量使用。可持续农业系统必须要管理土壤板结，而这要从测量与土壤板结相关的重要参数开始。 2018年发表在《Computers and Electronics in Agriculture 》杂志上的一篇文章发布了一个土壤密度测试系统 ，该系统结合了传统的针穿式硬度计和光纤耦合的AvaSpec-NIR256-2.5-HSC-EVO光谱仪，它可以在原位测量土壤穿入阻力和频域反射率，来分析土壤的体积水分含量和近红外漫反射率，以测量重量水分含量，从而可以计算出土壤的体积密度（BD）。 土壤板结的影响 Avantes公司迎接挑战 实验室中的近红外光谱仪。图片来源：Avantes BV Avantes公司拥有27年的光谱应用经验，可以直接与设备制造商和研究人员合作，设计出符合并超过客户测量要求的光谱系统。 农业研究大都是研究如何供给未来巨量增加的人口。年复一年，农民都在试图从同一块土地中得到更多的产出，但快速变化的气候条件又加剧了土壤的贫化，如何有效地对土壤进行管理成为了人们亟待解决的课题。光谱学就是其中很重要的技术手段。土壤管理土壤是液体，气体，矿物质，有机物乃至生物的复合混合物。除了支持作物生长，土壤还具有运输，储存和净化水质的功能。同时它还可以改善我们赖以生存的空气，并是多种生物的栖息地。因此，土壤的可持续管理不仅对未来的粮食生产至关重要，而且对地球上的生命也至关重要。土壤健康是土壤可持续管理的基础，也是各种规模农场的重要考虑因素。从侵蚀到污染、生物多样性丧失、土壤压实，都可能对作物生产和农场本身的生存能力造成不利影响。