引導(dǎo)閱讀

快速準(zhǔn)確地獲取土壤屬性信息是快速檢測(cè)和評(píng)價(jià)土壤質(zhì)量以及發(fā)展現(xiàn)代精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)的需要。本文系統(tǒng)闡述了我國土壤水分、鹽分、養(yǎng)分、酸堿度、溫度等多參數(shù)快速檢測(cè)方法、技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)進(jìn)展，并比較了不同快速檢測(cè)方法和技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。分析了土壤多參數(shù)檢測(cè)技術(shù)與設(shè)備的研發(fā)現(xiàn)狀、國家重大科研儀器項(xiàng)目的專利申請(qǐng)和資助情況。今后應(yīng)加強(qiáng)土壤快速檢測(cè)設(shè)備的核心軟硬件系統(tǒng)開發(fā)和集成技術(shù)研究，實(shí)現(xiàn)土壤檢測(cè)的多參數(shù)快速智能化。同時(shí)，進(jìn)一步加大科技投入，聯(lián)合研究土壤快速檢測(cè)方法和技術(shù)，滿足我國土壤多參數(shù)快速檢測(cè)和土壤質(zhì)量快速調(diào)查評(píng)價(jià)的實(shí)際需要。

正文/周毅1，2，吉榮平1，胡文友2*，黃彪2，涂永輝3，蔣軍3，馬麗3(揚(yáng)州大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院1；2中國科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(南京土壤研究所)，南京210008；3土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國科學(xué)院南京土壤研究所)

土壤是人類生存和可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，快速準(zhǔn)確地獲取土壤環(huán)境質(zhì)量信息是土壤資源調(diào)查和評(píng)價(jià)的重要前提和基礎(chǔ)。傳統(tǒng)的土壤參數(shù)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試方法存在預(yù)處理復(fù)雜、分析周期長、測(cè)試成本高等缺點(diǎn)。尋找一種方便、安全、可靠的快速分析方法，及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取土壤屬性及其質(zhì)量狀況的信息尤為重要。2016年發(fā)布《全國土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃》，提出建立十年一次的土壤環(huán)境質(zhì)量定期調(diào)查制度，到2020年底實(shí)現(xiàn)土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)點(diǎn)全覆蓋所有縣(市、區(qū))?？梢?，土壤環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測(cè)將成為未來環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的常態(tài)，迫切需要開展土壤多參數(shù)快速檢測(cè)方法和技術(shù)的研究，以實(shí)現(xiàn)多尺度土壤屬性數(shù)據(jù)的快速獲取和更新，滿足土壤快速監(jiān)測(cè)的科學(xué)研究和應(yīng)用需求[2]。

目前我國的土壤快速檢測(cè)技術(shù)與國外還有很大差距，大部分土壤傳感器和土壤檢測(cè)設(shè)備都是從國外進(jìn)口的[3]。開發(fā)高精度、低能耗、具有無線傳輸功能的土壤快速檢測(cè)設(shè)備仍有很大困難。為了全面了解我國土壤多參數(shù)快速檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)情況，本文系統(tǒng)總結(jié)了我國土壤水分、鹽分、養(yǎng)分、pH、溫度等多參數(shù)快速檢測(cè)方法、技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)進(jìn)展，比較了不同快速檢測(cè)方法和技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，分析了土壤快速檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)現(xiàn)狀、專利申請(qǐng)情況和國家重大科研儀器項(xiàng)目資助情況， 并對(duì)進(jìn)一步的研究開發(fā)提出建議和展望，以期為我國土壤多參數(shù)快速檢測(cè)方法和設(shè)備提供借鑒

1.土壤多參數(shù)快速檢測(cè)方法的研究進(jìn)展

1.1濕度檢測(cè)

水是土壤肥力的重要因素，不僅影響土壤的物理性質(zhì)，還制約土壤中養(yǎng)分的溶解和遷移，是監(jiān)測(cè)土壤干旱和退化的重要指標(biāo)[4]。測(cè)量土壤水分的方法大致可分為三類:采樣法[4]、定位法[5]和遙感法[6]。不同的檢測(cè)技術(shù)有不同的局限性和相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)(表1)。常用的土壤水分檢測(cè)方法有干燥稱重法、介電法和遙感法。干燥稱重法是指根據(jù)被測(cè)土樣的質(zhì)量變化計(jì)算含水率，主要用于校準(zhǔn)檢驗(yàn)。該方法簡(jiǎn)單，測(cè)量精度高，但采樣時(shí)會(huì)破壞土壤，難以進(jìn)行長期原位監(jiān)測(cè)，不能連續(xù)測(cè)量土壤水分。介質(zhì)法克服了干燥法的缺點(diǎn)，可以連續(xù)監(jiān)測(cè)土壤濕度。目前常用的方法有時(shí)域反射法(TDR)和頻域反射法(FDR) [7]。自Topp等人于1980年提出土壤介電常數(shù)與土壤含水量之間的經(jīng)驗(yàn)關(guān)系以來，TDR技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用[8]。當(dāng)溫度從10℃變化到36℃，實(shí)際體積含水量從0%變化到35%時(shí)，TDR測(cè)量值不受土壤質(zhì)地、容重、溫度等因素的影響，測(cè)量速度快，精度高，不會(huì)擾動(dòng)土壤。FDR利用LC(諧振)電路的振蕩，通過土壤介電常數(shù)變化引起的頻率變化來測(cè)量土壤含水量。這種方法起源于荷蘭瓦赫寧根大學(xué)的希爾霍斯特教授，通過調(diào)整傳感器的位置，可以測(cè)量不同深度的土壤含水量，受外界影響較小，測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確邱、等人1.5溫度檢測(cè)基于駐波率原理，研制了一種基于GPS(全球定位系統(tǒng))定位的快速水分測(cè)量儀，采用-2土壤水分傳感器測(cè)量土壤水分，不僅可以快速測(cè)量土壤水分含量，還可以實(shí)現(xiàn)精確定位，從而實(shí)現(xiàn)了土壤水分測(cè)量的多功能，為實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)提供了便利。馮雷土壤溫度對(duì)土壤養(yǎng)分的吸收和運(yùn)輸有重要影響。實(shí)驗(yàn)室常用的測(cè)溫方法有非接觸式溫度傳感器和接觸式溫度傳感器。非接觸式溫度傳感器法主要是指紅外測(cè)溫法，不需要與被測(cè)物體直接接觸，使用方便，靈敏度高，但測(cè)量精度差，容易受到干擾。接觸式溫度傳感器方法與被測(cè)對(duì)象接觸良好，包括熱電阻、熱電偶、集成溫度傳感器和數(shù)字溫度傳感器等。適用于中低溫的測(cè)量，成本低但不適合極低、極高溫度的測(cè)量。謝等隨著自動(dòng)控制、通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，迫切需要將遙感、無線通信和GPRS技術(shù)應(yīng)用于土壤多參數(shù)快速檢測(cè)設(shè)備[48]。目前，土壤檢測(cè)系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)和單片機(jī)為中央控制單元，綜合運(yùn)用電子技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和軟件編程技術(shù)，利用軟件實(shí)現(xiàn)硬件設(shè)備的功能，向網(wǎng)絡(luò)化、智能化發(fā)展。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和國家智能農(nóng)業(yè)政策的支持[49]，應(yīng)加強(qiáng)專業(yè)軟件系統(tǒng)的開發(fā)，通過軟件實(shí)現(xiàn)管理程序、采集處理程序和數(shù)據(jù)通信程序，建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，構(gòu)建專家系統(tǒng)，及時(shí)顯示獲得的土壤多參數(shù)數(shù)據(jù)，便于實(shí)時(shí)掌握動(dòng)態(tài)信息，實(shí)現(xiàn)測(cè)土的智能化和信息化。針對(duì)傳統(tǒng)土壤溫度檢測(cè)的局限性，采用美國DALLAS公司生產(chǎn)的單線數(shù)字溫度傳感器DS18B2采集溫度，開發(fā)了一種無線土壤溫度檢測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)土壤溫度，檢測(cè)精度高，節(jié)點(diǎn)功耗低，克服了傳統(tǒng)土壤溫度檢測(cè)的不足。同樣，為了解決傳統(tǒng)土壤溫度測(cè)量方法的缺點(diǎn)，李增祥等人4.3加大科技投入，聯(lián)合研究土壤多參數(shù)快速檢測(cè)方法和技術(shù)在測(cè)量土壤溫度時(shí)，將整個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)埋在土層中長時(shí)間監(jiān)測(cè)土壤溫度，并使用無線通信芯片無線傳輸數(shù)據(jù)，有效解決了傳統(tǒng)測(cè)量方法中勞動(dòng)強(qiáng)度和測(cè)量精度無法兼顧的矛盾，具有運(yùn)行速度快、傳輸距離長、精度高、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。開發(fā)了TSC-1便攜式土壤水分測(cè)試儀，可以快速檢測(cè)土壤體積含水量，并利用信息融合技術(shù)設(shè)計(jì)了一種基于RS-485總線的智能土壤水分傳感器，降低了安裝成本，提高了土壤水分傳感器的精度。中國科學(xué)院南京土壤研究所研制的TS-1土壤水分快速測(cè)試儀，可以測(cè)量土壤、砂土、水泥等多孔材料的含水量。測(cè)量一個(gè)土樣只需要3分鐘左右，相對(duì)于干燥法測(cè)得的精度不到2%。測(cè)量精度高、時(shí)間短，大大節(jié)省了測(cè)量土壤水分的時(shí)間，提高了田間土壤水分檢測(cè)的工作效率。。傳統(tǒng)的土壤水分檢測(cè)方法包括遙感。遙感是一種非接觸、大面積、多時(shí)相的土壤水分監(jiān)測(cè)方法，能夠反映大面積地表信息，適合大規(guī)模監(jiān)測(cè)[11-12]。目前，遙感方法主要集中在光學(xué)遙感和微波遙感1.3營養(yǎng)檢測(cè)。光學(xué)遙感方法包括普通熱慣量法快速檢測(cè)土壤養(yǎng)分對(duì)指導(dǎo)合理施肥具有重要意義，一直是獲取精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)信息的技術(shù)難題[28-29]。傳統(tǒng)的土壤養(yǎng)分?jǐn)?shù)據(jù)采集方法主要通過野外采樣和實(shí)驗(yàn)室常規(guī)分析獲得，操作繁瑣，分析效率低，時(shí)效性差。與常規(guī)化學(xué)分析相比，土壤養(yǎng)分快速檢測(cè)是一項(xiàng)采用光電比色原理、速度更快、成本更低、檢測(cè)設(shè)備更簡(jiǎn)單的養(yǎng)分檢測(cè)技術(shù)，檢測(cè)精度能夠滿足測(cè)土配方施肥的要求目前，我國研制的土壤多參數(shù)快速檢測(cè)設(shè)備改變了原來功能單一、集成度低、成本高的局面，一些新型復(fù)合土壤檢測(cè)設(shè)備正在向多元化方向發(fā)展。對(duì)于土壤溫度、水分、鹽分和酸堿度的多參數(shù)檢測(cè)，成昆等人【43】設(shè)計(jì)的基于STM32的便攜式土壤多參數(shù)快速檢測(cè)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)在線檢測(cè)，并將檢測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示在手機(jī)APP上；為了同時(shí)測(cè)定土壤水分、電導(dǎo)率和溫度，可以實(shí)現(xiàn)基于SDI-12總線的土壤多參數(shù)檢測(cè)儀。該裝置結(jié)合5TE三合一土壤傳感器，可在實(shí)驗(yàn)室同時(shí)測(cè)量和傳輸，測(cè)量參數(shù)精度高、速度快、集成度高，滿足土壤快速檢測(cè)的要求[44]。土壤多復(fù)合傳感器可以在保持單個(gè)參數(shù)精度不變的情況下同時(shí)測(cè)量土壤水分、溫度和電導(dǎo)率，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)智能檢測(cè)中的數(shù)據(jù)，并保持?jǐn)?shù)據(jù)快速穩(wěn)定[45]。在儀器的數(shù)據(jù)通信方式中，基于GPS和短信無線傳輸技術(shù)的土壤養(yǎng)分水分快速測(cè)量系統(tǒng)，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)和無線通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)土壤養(yǎng)分快速測(cè)量、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信和管理決策系統(tǒng)的資源共享。通過集成GIS，實(shí)現(xiàn)了屬性在空之間的土壤養(yǎng)分和水分?jǐn)?shù)據(jù)的可視化管理，提供了空之間的高精度屬性，從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集、定位和存儲(chǔ)的一體化[46]。。一般來說，快速測(cè)量儀器設(shè)備是由公司與農(nóng)業(yè)研究和應(yīng)用機(jī)構(gòu)合作開發(fā)的，如美國HACH公司生產(chǎn)的NPK-kit和德國MERCK公司生產(chǎn)的RQflex等。目前，我國快速測(cè)定土壤養(yǎng)分的儀器有北京盛強(qiáng)分析儀器制造中心研制的TFC系列土壤養(yǎng)分快速測(cè)定儀和河南農(nóng)業(yè)大學(xué)機(jī)電技術(shù)開發(fā)中心研制的YN型土壤肥料養(yǎng)分快速測(cè)定儀等。3.2土壤多參數(shù)快速檢測(cè)設(shè)備專利申請(qǐng).近年來，可見和近紅外反射光譜儀廣泛應(yīng)用于土壤養(yǎng)分分析。吸收光譜是通過化學(xué)分子的含氫官能團(tuán)對(duì)特定波段的近紅外光的特定吸收而獲得的，營養(yǎng)物含量是通過化學(xué)計(jì)量方法定性和定量檢測(cè)的從我國土壤多參數(shù)快速檢測(cè)設(shè)備研發(fā)的發(fā)展趨勢(shì)中可以發(fā)現(xiàn)(圖2)2009年以來，土壤多參數(shù)快速檢測(cè)設(shè)備專利申請(qǐng)數(shù)量呈現(xiàn)緩慢增長趨勢(shì)，說明該領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入初步成長期，2014年以來專利數(shù)量呈現(xiàn)快速增長趨勢(shì)，到2017年土壤多參數(shù)快速檢測(cè)專利數(shù)量達(dá)到190項(xiàng)，說明該領(lǐng)域已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展期。由于專利申請(qǐng)和公布之間的長時(shí)間延遲，2018年申請(qǐng)的專利數(shù)量尚未公開。截至2018年上半年，檢索到的數(shù)據(jù)有98條，說明研發(fā)熱情還是很積極的，未來這個(gè)領(lǐng)域還有很大的發(fā)展空。。該方法不需要土壤預(yù)處理，運(yùn)行速度快，測(cè)試結(jié)果受人為干擾影響小。李敏贊等人利用可見-近紅外技術(shù)開發(fā)了一種便攜式土壤有機(jī)質(zhì)分析儀，不僅降低了能耗，而且滿足了便攜式儀器實(shí)時(shí)測(cè)量的要求。賈圣耀在土壤多參數(shù)快速檢測(cè)設(shè)備的專利中，土壤水分、養(yǎng)分和酸堿度的專利最為公開和成熟。從土壤多參數(shù)快速檢測(cè)技術(shù)公布的專利數(shù)量來看(圖3)，土壤水分檢測(cè)技術(shù)數(shù)量最多，研發(fā)熱情也最高。從2009年開始，測(cè)量土壤水分的專利呈波浪式上升；其次，土壤養(yǎng)分檢測(cè)技術(shù)，相對(duì)于水分測(cè)定，土壤養(yǎng)分的初期發(fā)展緩慢，但自2012年以來公布的專利數(shù)量逐漸增多，未來在該領(lǐng)域有很大的發(fā)展前景。土壤pH和溫度檢測(cè)技術(shù)起步晚于水和養(yǎng)分，從2015年開始逐漸進(jìn)入生長期。中華人民共和國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局檢索的土壤鹽分檢測(cè)技術(shù)專利數(shù)量相對(duì)較少，這表明未來需要在土壤鹽分檢測(cè)設(shè)備上投入更多的資金和精力，以克服鹽傳感器研發(fā)中的技術(shù)難點(diǎn)， 解決和彌補(bǔ)中華人民共和國國家知識(shí)產(chǎn)權(quán)局專利檢索與分析高級(jí)檢索中與土壤多參數(shù)快速檢測(cè)相關(guān)的專利，將檢索到的文獻(xiàn)加入文獻(xiàn)分析數(shù)據(jù)庫，計(jì)算出土壤快速檢測(cè)設(shè)備的專利權(quán)人申請(qǐng)量分布圖(圖4)。 從土壤多參數(shù)快速檢測(cè)領(lǐng)域的前幾位專利人來看，中國農(nóng)業(yè)大學(xué)專利數(shù)量最多，排名第一，說明中國農(nóng)業(yè)大學(xué)在土壤多參數(shù)快速檢測(cè)領(lǐng)域具有較強(qiáng)的R&D實(shí)力和技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)，其次是中國水利水電科學(xué)研究院、華南農(nóng)業(yè)大學(xué)、武漢大學(xué)和中國科學(xué)院南京土壤研究所，發(fā)明專利數(shù)量相同，但與中國農(nóng)業(yè)大學(xué)相比仍有較大差距。十大研發(fā)機(jī)構(gòu)沒有企業(yè)，說明高校和研究所是我國土壤多參數(shù)快速檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備研發(fā)的主力軍。大學(xué)和研究所雖然專業(yè)技能較強(qiáng)，但還處于基礎(chǔ)研究開發(fā)階段，真正的研發(fā)產(chǎn)業(yè)化需要未來企業(yè)的共同參與。利用可見-近紅外技術(shù)和化學(xué)計(jì)量學(xué)開發(fā)了一種便攜式土壤養(yǎng)分快速分析系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)土壤養(yǎng)分信息的快速無損檢測(cè)。中國科學(xué)院南京土壤研究所開發(fā)的基于電化學(xué)方法的SFM-1智能土壤肥力測(cè)試儀測(cè)量范圍廣，每次測(cè)量前無需校準(zhǔn)?？捎糜谟猩寥廊芤汉秃袘腋☆w粒的環(huán)境水樣的測(cè)定。操作簡(jiǎn)單，可廣泛應(yīng)用于農(nóng)業(yè)土壤和環(huán)境監(jiān)測(cè)部門。、植物缺水指數(shù)法1.4酸堿度檢測(cè)、熱紅外法等土壤酸堿度是影響土壤環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)，也是影響土壤肥力的重要因素之一。土壤酸化將嚴(yán)重影響糧食安全和土地生產(chǎn)潛力。在土壤酸堿度的測(cè)定中，國際標(biāo)準(zhǔn)組織于2005年發(fā)布了國際標(biāo)準(zhǔn)《土壤質(zhì)量酸堿度的測(cè)定》4土壤多參數(shù)快速檢測(cè)方法及技術(shù)研究發(fā)展前景。目前國內(nèi)外主要采用電極法，用酸度計(jì)測(cè)定溶液中氫離子的活性4.1加強(qiáng)土壤多參數(shù)快速檢測(cè)技術(shù)核心硬件開發(fā)和集成技術(shù)研究。另外，常用的方法有混合指示劑比色法、pH試紙法、可見光譜提取法、傳感器檢測(cè)法等。在測(cè)定pH值之前，應(yīng)提前選擇相應(yīng)的檢測(cè)方法?；旌现甘緞┍壬ê蚿H試紙法適用于pH的簡(jiǎn)單測(cè)定，電極電位法和可見光譜提取法適用于pH精度要求較高的場(chǎng)合。目前土壤pH檢測(cè)仍然受外界影響較大，需要突破測(cè)量精度高、受外界影響小的檢測(cè)技術(shù)。胡永強(qiáng)等人目前，土壤質(zhì)量和污染物的監(jiān)測(cè)主要依靠常規(guī)的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)技術(shù)，而現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)設(shè)備在檢測(cè)靈敏度、精度和準(zhǔn)確度方面不能滿足土壤多參數(shù)原位或現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)的需要，核心部件主要依靠進(jìn)口。因此，迫切需要開發(fā)和推廣具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的高精度、集成化、智能化土壤多參數(shù)快速檢測(cè)技術(shù)，加強(qiáng)核心硬件開發(fā)和集成技術(shù)研究，開發(fā)土壤多參數(shù)原位或現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)設(shè)備，大力開發(fā)高效的土壤多參數(shù)同時(shí)測(cè)定方法[47]，進(jìn)行系統(tǒng)集成、工程開發(fā)、應(yīng)用示范和產(chǎn)業(yè)化推廣，為及時(shí)掌握環(huán)境質(zhì)量狀況提供堅(jiān)實(shí)的技術(shù)和設(shè)備支撐，同時(shí)彌補(bǔ)我國土壤高精度多參數(shù)快速檢測(cè)的不足研究了一種基于GPRS(通用分組無線業(yè)務(wù))的遠(yuǎn)程土壤pH快速檢測(cè)系統(tǒng)，解決了傳統(tǒng)設(shè)備功能單一、精度高、靈活性強(qiáng)的問題，滿足了土壤pH快速檢測(cè)的需求。在測(cè)定過程中，土壤酸堿度受土壤含水量和溫度的影響。趙延?xùn)|等4.2加強(qiáng)土壤多參數(shù)快速檢測(cè)設(shè)備軟件系統(tǒng)開發(fā)，實(shí)現(xiàn)土壤檢測(cè)智能化設(shè)計(jì)了一種帶溫度水分補(bǔ)償模型的銻電極土壤酸堿度在線實(shí)時(shí)檢測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)3.06 ~ 10.36范圍內(nèi)的有效測(cè)定。。目前光學(xué)遙感應(yīng)用廣泛，但易受氣象條件影響。隨著“3S”技術(shù)的不斷發(fā)展，微波遙感監(jiān)測(cè)土壤水分具有很大的發(fā)展前景，將是未來發(fā)展的關(guān)鍵方向。

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1.2鹽檢測(cè)

土壤鹽分不僅是土壤鹽漬化研究的重要指標(biāo)，也是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素。土壤鹽分的測(cè)定通常是先測(cè)量土壤的電導(dǎo)率，然后通過土壤的電導(dǎo)率計(jì)算土壤的含鹽量土壤多參數(shù)快速檢測(cè)技術(shù)的研究與發(fā)展進(jìn)展。這種方法繁瑣費(fèi)時(shí)費(fèi)力，破壞了原有的土壤。為了實(shí)現(xiàn)土壤鹽分的快速有效測(cè)定，目前主要采用基于原位監(jiān)測(cè)的土壤溶解法和土壤表觀電導(dǎo)率法2.1土壤多參數(shù)快速檢測(cè)技術(shù)的研發(fā)現(xiàn)狀。在土壤溶液電導(dǎo)率的測(cè)定中，土壤鹽度傳感器可以直接測(cè)量土壤溶液的電導(dǎo)率，適用于土壤鹽度的長期連續(xù)監(jiān)測(cè)，對(duì)一定深度的土壤溶液的長期觀測(cè)具有較高的精度。然而，傳感器在使用過程中需要重新校準(zhǔn)，這不適合監(jiān)測(cè)快速和短期的鹽變化，不能在干燥的土壤環(huán)境中使用在我國，土壤多參數(shù)快速檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域主要集中在測(cè)量測(cè)試領(lǐng)域，占總應(yīng)用比例的69%；其次是農(nóng)林牧，占14%；在信號(hào)器件領(lǐng)域占6%；控制、調(diào)節(jié)、通信技術(shù)、計(jì)算、計(jì)算、發(fā)電、變電等領(lǐng)域所占比重較小，說明目前的土壤快速檢測(cè)技術(shù)仍以測(cè)量為主，在農(nóng)業(yè)、林業(yè)、信號(hào)設(shè)備、通信技術(shù)等方面有很大的研發(fā)前景(表2)。。土壤表觀電導(dǎo)率是一種快速、高效、穩(wěn)定的測(cè)定土壤鹽分時(shí)間分布特征的方法空。電阻法(ER)、電磁感應(yīng)法(EM)、時(shí)域反射法(TDR)可用于測(cè)定土壤鹽分，具有操作簡(jiǎn)單、響應(yīng)速度快、數(shù)據(jù)采集能力強(qiáng)的特點(diǎn)，但易受土壤含水量、質(zhì)地等因素影響電阻法測(cè)得的土壤范圍較大，可抵消土壤的局部差異。然而，它不適合在干燥的土壤中測(cè)量，因?yàn)閭鞲衅髟跍y(cè)量過程中需要不斷地滲透到土壤中。電磁感應(yīng)法正好可以彌補(bǔ)這個(gè)不足，但是測(cè)量的是不同土層深度的加權(quán)值，而不是平均值，這在后面的計(jì)算過程中比較復(fù)雜。電磁感應(yīng)法適用于大面積監(jiān)測(cè)土壤鹽分。近年來，許多學(xué)者將電磁感應(yīng)技術(shù)與遙感技術(shù)相結(jié)合來監(jiān)測(cè)農(nóng)業(yè)土壤[25-26]，得到了廣泛的應(yīng)用。時(shí)域反射儀(TDR)通過分析電磁波在土壤中的衰減來測(cè)量電導(dǎo)率，容易受到土壤溫度、質(zhì)地等因素的影響，使用前必須進(jìn)行校正。TDR由于測(cè)量簡(jiǎn)單，不破壞原狀土結(jié)構(gòu)，可以在不同尺度下快速檢測(cè)土壤水分和鹽分，近年來在土壤水分和鹽分的測(cè)定方面發(fā)展迅速。

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隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，我國土壤快速檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備正朝著多樣化和多功能化方向發(fā)展(表3)。

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2.2國家重大科研儀器項(xiàng)目資助

近年來，國家自然科學(xué)基金委對(duì)重大科學(xué)儀器研發(fā)的投入呈現(xiàn)出逐步增長的趨勢(shì)(圖1)，2010年以后，投入和支持的金額呈現(xiàn)出快速增長的趨勢(shì)。此外，2016年至2018年，科技部國家重點(diǎn)R&D項(xiàng)目資助的儀器R&D項(xiàng)目數(shù)量分別為40、50和53個(gè)，資助項(xiàng)目數(shù)量也呈上升趨勢(shì)。上升曲線總體上反映了我國科技事業(yè)的快速發(fā)展，國家越來越重視重大科研儀器設(shè)備的研發(fā)。因此，我國土壤快速檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備的研發(fā)在未來仍將處于快速發(fā)展時(shí)期。在這種良好的發(fā)展前景下，我們應(yīng)該抓住機(jī)遇，迎接挑戰(zhàn)，開發(fā)更多具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、高精度、智能化的便攜式土壤多參數(shù)快速檢測(cè)設(shè)備。

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土壤多參數(shù)快速檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)進(jìn)展

3.1土壤多參數(shù)快速檢測(cè)設(shè)備研發(fā)現(xiàn)狀

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目前，我國土壤多參數(shù)快速檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)仍存在瓶頸，相關(guān)核心技術(shù)、部件或設(shè)備主要依賴進(jìn)口，需要進(jìn)一步加大研發(fā)力度，如土壤傳感器研發(fā)、土壤多參數(shù)高精度快速檢測(cè)設(shè)備集成開發(fā)等。近年來，雖然我國一直在加大對(duì)土壤快速檢測(cè)技術(shù)和設(shè)備的投入，但R&D的主體是高校和科研院所。從項(xiàng)目托管和專利數(shù)量來看，企業(yè)所占比例仍然較小，產(chǎn)學(xué)研合作較少[50]。因此，要進(jìn)一步加大對(duì)土壤快速檢測(cè)方法和技術(shù)的科技投入，加強(qiáng)企業(yè)、高校和科研院所之間的合作，共同解決生產(chǎn)、教育和研究中的關(guān)鍵問題。同時(shí)，地方政府和相關(guān)企業(yè)也要加大土壤快速檢測(cè)方法和技術(shù)的科技投入和人員培訓(xùn)，通過聯(lián)合研究、技術(shù)集成和模式優(yōu)化，共同推進(jìn)土壤多參數(shù)快速檢測(cè)設(shè)備的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化。