本發(fā)明涉及土壤中碳含量的檢測(cè)，特別是涉及一種鹽漬化土壤中碳酸鈣含量的檢測(cè)方法。

背景技術(shù)：

碳酸鈣是土壤中碳酸鹽的主要成分，對(duì)土壤酸堿度、土壤膠體性狀及養(yǎng)分狀況等土壤一系列物理、化學(xué)和生物性質(zhì)具有重要影響，高含量的碳酸鈣通過(guò)降低土壤磷的有效性進(jìn)而影響植物生長(zhǎng)、土壤碳酸鈣影響土壤對(duì)重金屬的吸附容量等性能。土壤碳酸鈣含量是土壤分類、土壤肥力評(píng)估和土壤－大氣CO₂交換的重要依據(jù)之一，它對(duì)土壤酸堿度、養(yǎng)分狀況、土壤膠體性狀等有著明顯的影響。鹽漬化土壤是干旱區(qū)半干旱區(qū)大面積分布的一種土壤類型，該類型土壤含有大量的碳酸鹽，其中主要成分為碳酸鈣，在土壤剖面中有時(shí)可見(jiàn)到明顯的鈣積層，碳酸鈣含量的高低，對(duì)鹽漬化土壤的物理化學(xué)性狀具有明顯的決定性作用，因此其含量數(shù)據(jù)是鹽漬化土壤合理開(kāi)發(fā)利用與農(nóng)作物合理布局的一個(gè)重要參考依據(jù)。

現(xiàn)有的土壤中碳酸鈣含量的檢測(cè)方法需要配制化學(xué)試劑，測(cè)定過(guò)程中化學(xué)尾液排放對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人體的傷害，而且存在操作步驟繁瑣，檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)的缺陷。目前現(xiàn)有技術(shù)中急需一種無(wú)污染、操作簡(jiǎn)便、快速精確的鹽漬化土壤中碳酸鈣含量的檢測(cè)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提出了一種無(wú)污染、操作簡(jiǎn)便、快速精確的鹽漬化土壤中碳酸鈣含量的檢測(cè)方法，該方法實(shí)現(xiàn)了鹽漬化土壤中碳酸鈣含量的快速準(zhǔn)確檢測(cè)，不需要配制任何化學(xué)試劑，避免了測(cè)定過(guò)程中化學(xué)尾液排放對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人體的傷害，同時(shí)也大大簡(jiǎn)化了操作步驟，縮短了檢測(cè)時(shí)間，能滿足鹽漬化土壤中碳酸鈣含量數(shù)據(jù)的需求，為開(kāi)發(fā)利用鹽漬化土壤資源以及鹽漬化土壤的科學(xué)改良提供必要的參考依據(jù)。

具體的，本發(fā)明提供的鹽漬化土壤碳酸鈣含量的檢測(cè)方法，包括如下步驟：

S1：以鹽漬化土壤為檢測(cè)對(duì)象，采集土壤樣品，進(jìn)行預(yù)處理；

S2：測(cè)定預(yù)處理后的土壤樣品的反射率，得到350-2500nm波段的反射率數(shù)據(jù)；

S3：對(duì)350-2500nm波段的反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行多元散射校正后，采用小波降噪，再進(jìn)行平滑處理；

S4：提取土壤樣品在553nm、554nm、1400nm、1416nm、1417nm、1430nm、2462nm、2472nm、2473nm、2474nm、2475nm、2476nm、2477nm、2492nm波長(zhǎng)的反射率數(shù)據(jù)；

S5：將各波長(zhǎng)的反射率數(shù)據(jù)代入鹽漬化土壤碳酸鈣含量檢測(cè)模型：

Y＝224.0203x₁-193.9308x₂-1703.368x₃+2059.277x₄+1618.551x₅-2067.582x₆+675.3119x₇+587.141x₈+618.4008x₉+479.9793x₁₀+230.2464x₁₁-659.153x₁₂-483.5125x₁₃-1372.223x₁₄+24.54271，計(jì)算得到鹽漬化土壤碳酸鈣含量；

其中，Y為鹽漬化土壤的碳酸鈣含量，單位為g/kg；x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆、x₇、x₈、x₉、x₁₀、x₁₁、x₁₂、x₁₃、x₁₄分別為待檢測(cè)土壤樣品在553nm、554nm、1400nm、1416nm、1417nm、1430nm、2462nm、2472nm、2473nm、2474nm、2475nm、2476nm、2477nm、2492nm波長(zhǎng)的反射率數(shù)據(jù)。

優(yōu)選地，S1中，所述土壤樣品的預(yù)處理過(guò)程具體如下：

清除采集的土壤樣品中的雜物，將所述土壤樣品放置于室內(nèi)風(fēng)干，將風(fēng)干的土壤樣品用研缽研磨后并過(guò)2mm篩，研磨過(guò)篩后的土壤樣品放置于烘箱中50℃條件下烘干2h后，待冷卻至常溫后密封保存。

優(yōu)選地，S2中，采用美國(guó)ASD公司生產(chǎn)的QualitySpec Trek手持式光譜儀測(cè)定土壤樣品的反射率，所述光譜儀的分辨率在350-700nm為3nm，701-1400nm為9.8nm，1401-2500nm為8.1nm。

更優(yōu)選地，S2中，采用所述光譜儀測(cè)定土壤樣品時(shí)，環(huán)境溫度恒定，將土壤樣品盛裝在漆黑的直徑為5cm的培養(yǎng)皿中，探頭與土壤樣品接觸測(cè)定反射率時(shí)，控制好二者之間的距離，以避免探頭內(nèi)置光源出現(xiàn)漏光的現(xiàn)象。

更優(yōu)選地，將土壤樣品平鋪于直徑為5cm的培養(yǎng)皿后，土壤樣品的厚度為10-15mm。

優(yōu)選地，S3中，所述平滑處理方法為Savitzky-Golay Smoothing，平滑窗口為7。

優(yōu)選地，S4中，553nm、554nm、1400nm、1416nm、1417nm、1430nm、2462nm、2472nm、2473nm、2474nm、2475nm、2476nm、2477nm、2492nm波長(zhǎng)的反射率數(shù)據(jù)，分別為同一土壤樣品重復(fù)4次測(cè)定的反射率數(shù)據(jù)的平均值。

本發(fā)明提供的鹽漬化土壤碳酸鈣含量的檢測(cè)方法，實(shí)現(xiàn)了鹽漬化土壤碳酸鈣含量的快速準(zhǔn)確檢測(cè)，不需要配制任何化學(xué)試劑，避免了測(cè)定過(guò)程中化學(xué)尾液排放對(duì)環(huán)境的污染和對(duì)人體的傷害，同時(shí)也大大簡(jiǎn)化了操作步驟，縮短了檢測(cè)時(shí)間，能滿足鹽漬化土壤碳酸鈣含量數(shù)據(jù)的需求，為開(kāi)發(fā)利用鹽漬化土壤資源以及鹽漬化土壤的科學(xué)改良提供必要的參考依據(jù)。該方法準(zhǔn)確度高、干擾小，提高方法檢出限，可行性強(qiáng)，同時(shí)具有無(wú)污染、操作簡(jiǎn)便、快速精確的特點(diǎn)，適合推廣應(yīng)用。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的鹽漬化土壤碳酸鈣實(shí)測(cè)值與檢測(cè)值散點(diǎn)圖(n＝195)。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實(shí)施，下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，但所舉實(shí)施例不作為對(duì)本發(fā)明的限定。

一種鹽漬化土壤碳酸鈣含量的檢測(cè)方法，包括如下步驟：

以鹽漬化土壤為檢測(cè)對(duì)象，本實(shí)施例于新疆溫宿縣空臺(tái)里克牧場(chǎng)隨機(jī)采集了195個(gè)不同碳酸鈣含量的鹽漬化土壤樣品，清除土壤樣品中的小石子及肉眼可見(jiàn)的植物根系和枯枝落葉，并將土壤樣品放置于室內(nèi)風(fēng)干，便于之后充分研磨成粒，風(fēng)干的土壤樣品用研缽研磨后，全部通過(guò)孔徑為2mm的篩子，研磨過(guò)篩后的土壤樣品放置于烘箱中50℃條件下烘干2h后，待冷卻至常溫后密封保存，完成土壤樣品的預(yù)處理。

對(duì)預(yù)處理后的土壤樣品采用美國(guó)ASD公司生產(chǎn)的QualitySpec Trek手持式光譜儀分別測(cè)定195個(gè)土壤樣品的反射率，得到350-2500nm波段的反射率數(shù)據(jù)；需要說(shuō)明的是，該光譜儀的分辨率在350--700nm為3nm，701-1400nm為9.8nm，1401-2500nm為8.1nm；采用該光譜儀測(cè)定土壤樣品時(shí)，環(huán)境溫度恒定，將土壤樣品盛裝在漆黑的直徑為5cm的培養(yǎng)皿中，探頭與土壤樣品接觸測(cè)定反射率時(shí)，控制好二者之間的距離，以避免探頭內(nèi)置光源出現(xiàn)漏光的現(xiàn)象，而導(dǎo)致的測(cè)量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。優(yōu)選地，將土壤樣品平鋪于直徑為5cm的培養(yǎng)皿后，土壤樣品的厚度以10-15mm為最佳。

接著，對(duì)這195個(gè)土壤樣品的350-2500nm波段的反射率數(shù)據(jù)分別進(jìn)行多元散射校正后，采用小波降噪，再進(jìn)行平滑處理，優(yōu)選地，平滑處理采用Savitzky-Golay Smoothing方法，平滑窗口為7。

上述處理后的波段內(nèi)，提取土壤樣品分別在553nm、554nm、1400nm、1416nm、1417nm、1430nm、2462nm、2472nm、2473nm、2474nm、2475nm、2476nm、2477nm、2492nm波長(zhǎng)的反射率數(shù)據(jù)，將各波長(zhǎng)的反射率數(shù)據(jù)代入鹽漬化土壤碳酸鈣含量檢測(cè)模型：

Y＝224.0203x₁-193.9308x₂-1703.368x₃+2059.277x₄+1618.551x₅-2067.582x₆+675.3119x₇+587.141x₈+618.4008x₉+479.9793x₁₀+230.2464x₁₁-659.153x₁₂-483.5125x₁₃-1372.223x₁₄+24.54271，計(jì)算得到該鹽漬化土壤樣品的碳酸鈣含量；

其中，Y為鹽漬化土壤的碳酸鈣含量，單位為g/kg；x₁、x₂、x₃、x₄、x₅、x₆、x₇、x₈、x₉、x₁₀、x₁₁、x₁₂、x₁₃、x₁₄分別為待檢測(cè)土壤樣品在553nm、554nm、1400nm、1416nm、1417nm、1430nm、2462nm、2472nm、2473nm、2474nm、2475nm、2476nm、2477nm、2492nm波長(zhǎng)的反射率數(shù)據(jù)。

需要說(shuō)明的是，為了更準(zhǔn)確的檢測(cè)每一個(gè)土壤樣品的碳酸鈣含量，我們對(duì)同一土壤樣品重復(fù)4次測(cè)定，得到4組350-2500nm波段的反射率數(shù)據(jù)，并對(duì)每組350-2500nm波段的反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行多元散射校正后，采用小波降噪，再進(jìn)行平滑處理；分別提取4次測(cè)定的同一土壤樣品在553nm、554nm、1400nm、1416nm、1417nm、1430nm、2462nm、2472nm、2473nm、2474nm、2475nm、2476nm、2477nm、2492nm波長(zhǎng)的反射率數(shù)據(jù)，分別取對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)的平均值，帶入鹽漬化土壤碳酸鈣含量檢測(cè)模型，即得到該土壤樣品的碳酸鈣含量。

利用室內(nèi)化學(xué)測(cè)定法獲取的土壤樣品碳酸鈣含量的真實(shí)值與利用上述鹽漬化土壤的碳酸鈣含量檢測(cè)模型得到的檢測(cè)值的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，具體見(jiàn)表1。

表1鹽漬化土壤無(wú)機(jī)碳含量檢測(cè)結(jié)果(樣本數(shù)為195)

由表1可知，真實(shí)值與檢測(cè)值二者的平均值、最大值、最小值非常相近；圖1為鹽漬化土壤碳酸鈣實(shí)測(cè)值與檢測(cè)值散點(diǎn)圖，由圖1可以看出土壤樣品碳酸鈣含量實(shí)測(cè)值與檢測(cè)值的擬合程度。真實(shí)值與檢測(cè)值之間的決定系數(shù)R²達(dá)到0.70，均方根誤差RMSE僅有2.04g/kg，平均絕對(duì)誤差MAE只有1.54g/kg，標(biāo)準(zhǔn)差與均方根誤差比RPD達(dá)到1.83，根據(jù)RPD評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，RPD接近于2.0，說(shuō)明模型具有高精度預(yù)測(cè)的能力。該結(jié)果表明，本發(fā)明的方法可以準(zhǔn)確、快速的檢測(cè)土壤樣品中的碳酸鈣含量。

以上所述實(shí)施例僅是為充分說(shuō)明本發(fā)明而所舉的較佳的實(shí)施例，其保護(hù)范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。