玉米中氮磷钾元素的作用及其检测

玉米与传统的水稻、小麦等粮食作物相比具有很强的耐旱性、耐寒性以及极好的环境适应性。玉米的营养价值较高，是优良的粮食作物。同时也是畜牧业、养殖业、水产养殖业等的重要饲料来源。玉米生长在正确的时间需要正确的营养元素，才能获得最佳的结果。玉米的营养成分比较全面，一般含有蛋白质、脂、糖类, 还含有胡萝卜素、维生素B1、B2和尼克酸以及谷固醇、卵磷脂、维生素E、赖氨酸等。玉米中的主要元素有N、P、K等有机元素，另外还有Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn等微量元素。

 氮元素是植物生长的必需养分之一，它是每个活细胞的组成部分，植物需要大量的氮。如果氮元素缺乏植物往往会表现为生长缓慢，植株矮小，叶片薄而小，叶色缺绿发黄。生长后期缺氮则表现为穗短小，籽粒不饱满。磷元素能够促进花芽分化，促进幼苗根系生长和改进果实品质。缺少磷元素会导致幼芽和根系生长缓慢，植株矮小，夜色暗绿无光泽。钾元素能够促进植株茎秆健壮，改善果实品质，增强植株抗寒能力，提高果实的糖分和维生素C的含量。缺少钾元素，植株会出现老叶，碳水化合物代谢受到干扰，光合作用收到抑制，而呼吸作用加强。植株抗逆性减弱，易受病害的侵袭，果实品质下降，着色不良。

本文重点研究玉米中氮磷钾元素的检测手段，光谱特性，元素分布特征，元素含量定量计算等。基于元素的检测，目前最好、最快捷的方法就是激光诱导击穿光谱（LIBS）技术。样品无需前处理，无污染。检测限可达ppm级，测量的元素可覆盖元素周期表中的大部分元素。

 我们取玉米籽粒，沿中心切开后，即可实验，整个过程简单快速，无需前处理。放在工作台上直接进行实验。实验仪器我们选择EcoChem激光光谱元素分析系统，该系统采用LIBS技术。激光能量200mJ@1064nm，能量输出0-100%可调；重现率20Hz；光斑大小20-200μm连续可调；检测器谱宽190-1040nm。

 查询EcoChem激光光谱元素分析系统内置的ElementLIBS元素识别数据得知氮磷钾的元素特征峰分别为746.831nm，253.561nm和766.49nm。通过实验得知元素信息清晰，谱线特征明显。

通过玉米标准物质以及系统内置的PLS多变量定量模型（可减少基质中的影响因素，提高分析计算的准确性）的运算，如右上图，我们可以建立玉米中氮磷钾元素的定标拟合曲线，相关系数达0.96，比较理想，可作为氮磷钾元素含量预测的定标曲线，快速大量对待测玉米的元素含量进行计算。

 我们继续针对玉米籽粒进行实验，测量内部切面氮磷钾元素的分布富集情况。实验时为了得到更好的信号，我们采用0.8μs为延迟时间，80%能量输出，光斑100μm，10次脉冲的信号累加。实验结果如下图所示，暖色区为元素富集区域，冷色区元素含量较低。实验得知，不同元素在玉米籽粒内部富集的区域有所不同。

EcoChem激光光谱元素分析系统因具有无需前处理，无污染，全元素快速测量，样品消耗量小，可在线分析，准确度高，功能多等特点，必将在玉米的元素检测，含量测定，品质鉴定等诸多方面发挥重要的作用。同时此方法也可以引用到其他多种粮食和作物的检测领域。