為研究土壤全氮含量，自主開發(fā)了基于近紅外光譜技術(shù)的便攜式土壤全氮測定儀。以中國農(nóng)業(yè)大學(xué)上莊實(shí)驗(yàn)站采集的60 個土壤樣本作為實(shí)驗(yàn)材料，分別對土壤全氮測定儀的穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和預(yù)測模型精度進(jìn)行了測試。使用模型的測定系數(shù)( RC) 、驗(yàn)證系數(shù)( RV) 、校正均方根誤差( RMSEC) 、預(yù)測均方根誤差( RMSEP) 和相對分析誤差( RPD) 作為模型精度的評價指標(biāo)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，本測定儀在波長940、1 050、1 100、1 200、1 300、1 450 和1 550 nm 處的吸光度重復(fù)性誤差分別為1. 57%、1. 80%、1. 59%、0. 94%、0. 61%、0. 64% 和3. 13%，平均誤差1. 80%; 測定儀吸光度和傅里葉光譜分析儀吸光度相關(guān)系數(shù)分別達(dá)到0. 971、0. 948、0. 928、0. 873、0. 920、0. 901 和0. 913，平均值為0. 922; 使用測定儀平均吸光度數(shù)據(jù)，通過BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立的土壤全氮預(yù)測模型RC、RV、RMSEC、RMSEP 和RPD 分別達(dá)到0. 81、0. 80、0. 029、0. 019 和3. 44。使用該預(yù)測模型建立的土壤全氮分布圖和實(shí)際土壤全氮分布圖具有高度的一致性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，便攜式土壤全氮測定儀工作穩(wěn)定，使用平均吸光度數(shù)據(jù)建立的土壤

全氮預(yù)測模型具有較好的預(yù)測能力和較強(qiáng)的魯棒性，可以在土壤全氮含量實(shí)時檢測中應(yīng)用。

   精細(xì)農(nóng)業(yè)變量施肥取決于對農(nóng)田的土壤養(yǎng)分分布信息的了解，快速獲取土壤養(yǎng)分信息是實(shí)施精細(xì)農(nóng)業(yè)的基礎(chǔ)。近紅外光譜分析方法具有快速、高效、無損和適合在線分析等優(yōu)點(diǎn)。近年來，采用近紅外光譜技術(shù)獲取土壤養(yǎng)分信息，成為國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)。Dalal 等在1 100 ～ 2 500 nm 范圍內(nèi)使用近紅外光譜反射率建立了土壤水分、有機(jī)質(zhì)和土壤全氮的預(yù)測模型。Reeves 等使用近紅外光譜技術(shù)建立了土壤全氮預(yù)測模型，決定系數(shù)都在0. 9 以上。何勇等使用近紅外光譜技術(shù)建立了土壤全氮、有機(jī)質(zhì)和pH 值的預(yù)測模型，決定系數(shù)分別為0. 93、0. 93 和0. 91，預(yù)測標(biāo)準(zhǔn)差分別為3. 28、0. 06 和0. 07。李頡等使用傅里葉光譜分析儀，對北京市

郊72 個土樣使用偏最小二乘( PLSR) 方法建立了土壤全氮、鉀、磷和pH 值的預(yù)測模型，模型的決定系數(shù)分別達(dá)到了0. 95、0. 86、0. 90 和0. 87。鄭立華等使用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)( BPNN) 、支持向量機(jī)( SVM) 和小波變換( WT) 的方法分別建立了土壤全氮和有機(jī)質(zhì)的預(yù)測模型。此外，Shibusawa 等［在便攜式近紅外光譜儀的設(shè)計和研究中也取得了一些結(jié)果。

  近年來使用近紅外光譜技術(shù)檢測土壤全氮的研究取得了不少的進(jìn)展，但是大部分都是在室內(nèi)條件下，使用光譜儀進(jìn)行數(shù)據(jù)獲取和建模。到目前為止，還沒有一款能夠?qū)嶋H應(yīng)用在田間實(shí)時檢測條件下的便攜式設(shè)備和模型。本研究的目的是對自主開發(fā)的便攜式土壤全氮測定儀的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性進(jìn)行測試，建立土壤全氮預(yù)測模型，實(shí)現(xiàn)土壤全氮的田間測

量。 材料與方法：實(shí)驗(yàn)材料，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)上莊實(shí)驗(yàn)站位于北京市海淀區(qū)上莊鎮(zhèn)辛力屯村，占地66. 67 hm2。本研究的土壤采自。實(shí)驗(yàn)站玉米田，采集范圍為東經(jīng)116. 103 650 82° ～116. 103 742 39°，北緯40. 075 829 492° ～40. 075 844 864°，土壤類型屬褐土土質(zhì)，有很強(qiáng)的代表性。采樣深度為除表層土壤后1 ～ 20 cm，采樣質(zhì)量1. 0 ～ 1. 5 kg。為了減少人為操作帶來的誤差，本次采集的土樣同屬一個批次，統(tǒng)一烘干后的土樣過20 目篩，進(jìn)行統(tǒng)一編號后，用自封袋對土樣進(jìn)行密封保存。用四分法取2 份各60 個土樣，一份進(jìn)行常規(guī)化學(xué)測量值分析，另一份進(jìn)行近紅外光譜檢測分析，光譜儀分別使用自主開發(fā)的土壤全氮測定儀和MATRIX-I 型傅里葉近紅外光譜分析儀。實(shí)驗(yàn)儀器， 便攜式土壤全氮測定儀。本研究使用的實(shí)驗(yàn)儀器是自主開發(fā)的基于近紅外光譜技術(shù)的便攜式土壤全氮測定儀。測定儀采用自帶光源發(fā)出的光信號取代太陽光，測量土壤相關(guān)參數(shù)的檢測探頭深入到土壤表層以下30 cm 處［17］。測定儀由光學(xué)部分和控制部分組成。光學(xué)部分包括7 個波長的近紅外光源［18 ～ 20］ ( 1 550、1 450、1 300、1 200、1 100、1 050 和940 nm) 、光源驅(qū)動電路、Y 型入射/反射光纖、探針以及InGaAs 光電探測器; 控制部分包括放大電路、濾波電路、A/D 轉(zhuǎn)換電路、液晶顯示電路以及U 盤存儲電路。 測定儀總體結(jié)構(gòu)設(shè)計圖，測定儀原理圖。近紅外光源提供的單波段光信號經(jīng)過Y型光纖傳輸?shù)酵寥罉颖颈砻孢M(jìn)行光譜信息測量，其中一部分光信號被土壤吸收，另一部分光信號在土

壤表面形成漫反射，反射的光信號通過光纖將信息反饋回來，傳至InGaAs 光電探測器表面，光電探測器將光信號轉(zhuǎn)換為電信號。電路系統(tǒng)對電信號進(jìn)行放大、濾波和A/D 轉(zhuǎn)換等，最后送入89S52 單片機(jī)系統(tǒng)。數(shù)據(jù)經(jīng)系統(tǒng)處理后，在LCD 顯示檢測結(jié)果，并可以通過串口方便地實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)

傳送或進(jìn)行U 盤存儲。