針對測土配方施肥技術(shù)中要求快速、便捷、高效地進行土壤養(yǎng)分測試的需求，文章基于浸入式光纖探頭、平場凹面全息光柵、二極管線陣檢測器開發(fā)了一種光纖探頭式分光光度計用于土壤養(yǎng)分中非金屬元素的快速、準確測試?；趪矣嬃繖z定規(guī)程ＪＪＧ?。保罚浮玻埃埃穼ψ贤?、可見、近紅外分光光度計的性能檢測方法測試的該儀器的波長最大允許誤差與波長重復性、基線平直度、透射比最大允許誤差與透射比重復性均達到了國標第Ⅲ級別標準，其最小光譜帶寬、噪聲與漂移、雜散光基本達到了國標第Ⅳ級別標準?；谠搩x器測試的土壤硝態(tài)氮、銨態(tài)氮、有效磷、有效硫、有效硼、和有機質(zhì)含量與基于商用的國產(chǎn)單光束和進口雙光束分光光度計測試的結(jié)果呈極顯著的線性相關(guān)關(guān)系，其回歸方程的斜率接近于１，且對比數(shù)據(jù)之間無顯著性差異。因此，該光纖探頭式分光光度計可用于土壤非金屬養(yǎng)分的快速、準確測試。

　中國農(nóng)業(yè)部從２００５年起開始把測土配方施肥作為重要的農(nóng)業(yè)科技活動在全國進行推廣，目前已在２?。矗梗競€縣實施了測土配方施肥專項支持，技術(shù)普及涉及的耕地面積達１２億畝以上［１－３］。土壤養(yǎng)分測試是測土配方施肥技術(shù)的基礎(chǔ)而關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，其測試的準確性和便捷性是該技術(shù)服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)場的前提條件［４］。實驗室檢測和現(xiàn)場速測是常用的土壤養(yǎng)分測試方法，實驗室檢測方法雖然準確但需花費較長的時間，現(xiàn)場速測方法所需時間較短，但其準確性受到質(zhì)疑［５－１０］。因此，開發(fā)小型化、便攜式、并能在現(xiàn)場使用的、精準的土壤養(yǎng)分測試的儀器與設(shè)備對于測土配方施肥技術(shù)的普及推廣與農(nóng)田現(xiàn)場的農(nóng)化服務(wù)具有重要意義。分光光度法是土壤養(yǎng)分測試中常用的基礎(chǔ)方法，土壤中的非金屬元素的養(yǎng)分測試幾乎都是基于紫外－可見分光光度計進行的。傳統(tǒng)的紫外－可見分光光度計一般采用棱鏡或光柵作為單色器、光電倍增管作為檢測器，其測量精度較高，但由于其精密光學部件不宜移動等原因，很難將其小型化和便攜化，也不宜于在農(nóng)田現(xiàn)場直接使用。因此，針對土壤養(yǎng)分測試儀器的小型化、便攜式、及農(nóng)田現(xiàn)場應(yīng)用的業(yè)務(wù)需求，開發(fā)新型的紫外－可見分光光度計勢在必行。本研究基于光程可調(diào)的浸入式光纖探頭、平場凹面全息光柵、二極管線陣檢測器開發(fā)了一種便攜式紫外－可見分光光度計用于土壤速效Ｎ、有效Ｐ、有效Ｓ、有效Ｂ、及有機質(zhì)等土壤非金屬養(yǎng)

分的快速、準確測試，從而提高土壤非金屬養(yǎng)分的測試效率，為測土配方施肥技術(shù)服務(wù)于農(nóng)田現(xiàn)場提供技術(shù)支持。

１　實驗部分

１．１　儀器組成

光纖探頭式分光光度計采用獨立控制的透射式氘燈和會聚式鎢燈作為紫外光和可見光的光源（ＳＭＡ９０５ 接口，Ｈｅｒａｒｕｓ?。桑睿悖眨樱粒?；以平場凹面全息光柵作為分光器實現(xiàn)同步分光；利用１?。埃玻聪裨模危停希樱ǎ巍。恚澹睿簦幔臁。铮椋洌濉。螅澹恚椋悖铮睿洌酰悖簦铮?，簡稱ＮＭＯＳ）二極管線陣檢測器（Ｓ３９０４－１０２４Ｑ，Ｈａｍａｍａｔｓｕ　Ｐｈｏｔｏｎｉｃｓ?。桑睿悖?，Ｊａｐａｎ）實現(xiàn)２００～８００ｎｍ的全波段光譜掃描；采用光程可調(diào)的浸入式光纖探頭作為測量部件直接插入待測樣本溶液中進行相關(guān)土壤養(yǎng)分含量的測量，從而避免了傳統(tǒng)的分光光度計利用比色皿測量時需要將待測溶液倒入和倒出的繁瑣步驟；通信和信號處理采用ＡＭＤ處理器（ＡＭＤ?。粒簦瑁欤铮睢。兀小。保罚埃埃粒停摹。茫铮?，ＵＳＡ）；顯示器采用３２０×２４０點陣觸摸屏（圖１）。

１．２　性能測試的指標、材料與方法

參照國家計量檢定規(guī)程ＪＪＧ　１７８—２００７對紫外、可見、近紅外分光光度計的性能檢測方法，對研制的光纖探頭式分光光度計進行了波長最大允許誤差與波長重復性、基線平直度、透射比最大允許誤差與透射比重復性、最小光譜帶寬、噪聲與漂移、雜散光的性能測試。

（１）波長最大允許誤差與波長重復性

以低壓石英汞燈和該儀器的氘燈作為光源置于光路中，使光進入狹縫并入射到儀器的單色器，掃描儀器在２５３．７，３６５．０，４０４．７，４３５．８，５４６．１和６５６．１ｎｍ的發(fā)射光譜特征譜線。重復掃描３次，其均值與目標波長之差即為儀器的波長最大允許誤差，其最大值和最小值之差即為儀器的波長重復性。

（２）基線平直度

儀器進行基線校正后，在波長２００～８００ｎｍ之間進行吸光度的全光譜掃描，其起始點的吸光度與偏離起始點的最大吸光度之差即為基線平直度。

（３）透射比最大允許誤差與透射比重復性

以空氣為參比，測量紫外光區(qū)透射比濾光片（Ｕ４１１，國防科技工業(yè)應(yīng)用化學一級計量站，中國）和可見光區(qū)透射比標稱值分別為１０％，２０％和３０％的光譜中性濾光片（Ｚ５５０，國防科技工業(yè)應(yīng)用化學一級計量站，中國）在２３５，２５７，３１３，３５０，４４０，５４６和６３５ｎｍ處的透射比。重復測試３次，其均值與上述濾光片的透射比標準值之差即為透射比最大允許誤差，其最大值和最小值之差即為透射比重復性。

（４）最小光譜帶寬

以能量掃描模式對儀器的氘燈在６５０～６６０ｎｍ的發(fā)射光譜進行掃描，以６５６．１ｎｍ的波峰能量作為參照，取其５０％能量的２個波長之差即為最小光譜帶寬。

（５）噪聲與漂移

參比與樣品均為空氣，設(shè)置透射比為１００％，在不同目標波長處以時間掃描模式掃描其透射比２ｍｉｎ，其最大值與最小值之差即為儀器的透射比為１００％的噪聲。在樣品光路中插入擋光板，調(diào)整透射比為０％，在不同目標波長處以時間掃描模式掃描其透射比２ｍｉｎ，其最大值與最小值之差即為儀器的透射比為０％的噪聲?？紤]到土壤養(yǎng)分中非金屬元素的測試需求，本文選擇了測試儀器在２１０，４２０，５３５，５５５，

６３０和６８０ｎｍ的透射比１００％噪聲和透射比０％噪聲。參比與樣品均為空氣，設(shè)置透射比為１００％，在５００ｎｍ處以時間掃描模式掃描其透射比３０ｍｉｎ，其最大值與最小值之差即為儀器的透射比１００％線漂移。

（６）雜散光

以空氣為參比，測量雜散光濾光片（ＺＡ８９３，國防科技工業(yè)應(yīng)用化學一級計量站，中國）在２２０，３６０和４２０ｎｍ的透射比。重復測量３次，其均值即為儀器的雜散光。

１．３　土壤養(yǎng)分測試的項目與方法

利用該光纖探頭式分光光度計（ｏｐｔｉｃａｌ－ｆｉｂｅｒ－ｓｅｎｓｏｒｂａｓｅｄ?。螅穑澹悖簦颍铮穑瑁铮簦铮恚澹簦澹?，簡稱ＯＦＳＳ）進行了土壤ＮＯ－３ －Ｎ、ＮＨ＋４ －Ｎ、有效Ｐ、有效Ｓ、有效Ｂ、及有機質(zhì)含量的測試，并與基于商用的國產(chǎn)單光束分光光度計（ＵＶ２１００，上海尤尼柯公司，中國）和進口雙光束分光光度計（ＵＶ３１５０，島津制作所，日本）的測試進行了對比。土壤樣本取自于北京農(nóng)學院溫室，土壤類型為潮土，樣本數(shù)量為３０個。對比測試重復３次，對比儀器測試用的標準溶液和待測溶液相同。土壤ＮＯ－３ －Ｎ、ＮＨ＋４ －Ｎ、有效Ｐ、有效Ｓ、有效Ｂ、及有機質(zhì)待測溶液的前處理和測量方法如下：

（１）土壤速效Ｎ

土壤速效Ｎ采用１ｍｏｌ·Ｌ－１的ＫＣｌ溶液聯(lián)合浸提后，將提取液經(jīng)酸化后在２１０ｎｍ處比色測量土壤ＮＯ－３ －Ｎ含量，將提取液采用靛酚藍比色法在波長６３０ｎｍ 處測量土壤ＮＨ＋４ －Ｎ含量。

（２）土壤有效Ｐ

土壤有效Ｐ是利用０．２ｍｏｌ·Ｌ－１?。危幔龋茫希?，０．０１ｍｏｌ·Ｌ－１　ＥＤＴＡ，０．０１ｍｏｌ·Ｌ－１　ＮＨ４Ｆ組成的ＡＳＩ（Ａｇｒｏ?。樱澹颍觯椋悖澹桑睿簦澹颍睿幔簦椋铮睿幔臁。桑睿悖?，ＡＳＩ）浸提劑進行浸提后，采用鉬銻抗比色法在波長６８０ｎｍ處比色測量。

（３）土壤有效Ｓ和有效Ｂ

土壤有效Ｓ 和有效Ｂ 是采用０．００８ ｍｏｌ·Ｌ－１　Ｃａ（Ｈ２ＰＯ４）２ ·Ｈ２Ｏ溶液進行聯(lián)合浸提后，采用ＢａＳＯ４沉淀比濁法在波長５３５ｎｍ處測量土壤有效Ｓ含量，采用姜黃素比色法在波長５５５ｎｍ處測量土壤有效Ｂ含量。

（４）土壤有機質(zhì)

土壤有機質(zhì)是采用０．２ｍｏｌ·Ｌ－１?。危幔希龋埃埃保恚铮臁ぃ蹋薄。牛模裕梁停玻ゼ状冀M成的混合溶液進行浸提后在４２０ｎｍ處比色測量。