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原文传递一种基于电泳分析技术的土壤有效态分析方法及其土壤养分等级评定方法

专利名称：	一种基于电泳分析技术的土壤有效态分析方法及其土壤养分等级评定方法
摘要：	本发明涉及一种基于电泳分析技术的土壤有效态分析方法及其土壤养分等级评定方法，与现有技术相比尚无根据电泳技术野外检测土壤有效态的缺陷。本发明包括以下步骤：土壤样本的采集；土壤样本的含水量测量；土壤样本的前处理；电泳信号的获得；电泳信号的分析；土壤有效态结果的分析。本发明基于电泳速测法检测土壤有效态从而对田块分级并指导施肥的方法，弥补没有基于水浸提土壤的电泳速测评定大田土壤等级的方法，具有方法准确简单、反应迅速、易操作、易推广的特点。
专利类型：	发明专利
申请人：	中国科学院合肥物质科学研究院
发明人：	王儒敬;陈翔宇;张俊卿;魏圆圆;高钧;郭红燕;黄河;王敏
专利状态：	有效
申请日期：	1900-01-20T20:00:00+0805
发布日期：	1900-01-20T12:00:00+0805
申请号：	CN202010061912.5
公开号：	CN111141808A
代理机构：	合肥国和专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	张祥骞
分类号：	G01N27/447;G01N1/28;G06K9/00;G;G01;G06;G01N;G06K;G01N27;G01N1;G06K9;G01N27/447;G01N1/28;G06K9/00
申请人地址：	230031 安徽省合肥市蜀山区蜀山湖路350号
主权项：	1.一种基于电泳分析技术的土壤有效态分析方法，其特征在于，包括以下步骤： 11)土壤样本的采集：将待测大田划分为若干小田块，以20米-40米边长为一小田块，生成田块划分图，每一小田块采集一份土壤样本； 12)土壤样本的含水量测量：将采集的土壤样本进行含水量快速测试；将采集的土壤样本放入密封袋中保存，利用土壤含水量测试仪插入采集的土壤样本中进行含水量测量，并记录在田块图中，其中含水量测试仪为便携式土壤含水量快速测试仪、头部为三个不锈钢探针； 13)土壤样本的前处理：研磨后的土壤经称量、纯水浸提、滤纸过滤与滤饼过滤的前处理； 14)电泳信号的获得：利用基于非接触式电导检测的仪器进行电泳分析，获得该样品对应的电泳谱图； 15)电泳信号的分析：对该样品对应的电泳谱图进行峰谱识别，得到样品的非接触式电导信号峰谱； 16)土壤有效态结果的分析：将各种离子的峰面积，通过公式换算得到对应离子的浓度含量，再得到对应田块的包括土壤养分、公式的土壤有效态结果。 2.根据权利要求1所述的一种基于电泳分析技术的土壤有效态分析方法，其特征在于，所述土壤样本的前处理包括以下步骤： 21)称取土壤样本于50mL塑料样品管中，加入超纯水，土液比为1:10，盖紧瓶塞进行浸提操作，在150r/min～180r/min振荡10min； 22)用定量滤纸折成漏斗形状置于小漏斗中，下方放入20mL塑料样品管，将浸提后溶液倒入漏斗内；过滤后的滤液再经一次性注射器推过针头式过滤器，完全过滤后的滤液放入洁净的2mL塑料样品管内，其中，针头式过滤器为有机系、0.45μm滤孔、25mm直径滤膜。 3.根据权利要求1所述的一种基于电泳分析技术的土壤有效态分析方法，其特征在于，所述电泳信号的获得包括以下步骤： 31)仪器准备：利用超纯水、运行液依次清洗毛细管、铂金电极；用运行液进行基线测试，启动高压电源，开启数据采集软件开始采集数据；若基线稳定，准备进样； 32)土壤样品溶液电进样：将样品架上待测样品溶液移入毛细管进样口位置；启动高压电源，进行电进样程序； 33)样品测试：再次启动高压电源，开启数据采集软件；软件开始记录采集的数据，观察到屏幕上显示出电泳谱线；待K+、NH4+、Na+的电泳峰出现后，约5min，关闭数据采集软件与高压电源，保存电泳谱图。 4.根据权利要求1所述的一种基于电泳分析技术的土壤有效态分析方法，其特征在于，所述电泳信号的分析为对各土壤样品的非接触式电导信号谱图进行峰谱识别，得到各土壤样品的非接触式电导信号峰谱，其采用导数-高斯曲线拟合法进行峰谱识别，其包括以下步骤： 41)设原始的土壤样品的非接触式电导信号为f，δ为一阶导数f的标准差，对一阶导数取sign(d(t))值记为D；设置土壤样品的非接触式电导信号的斜率变化阈值、幅值阈值、平滑宽度、平滑类型和峰顶部测量点数； 42)对土壤样品的非接触式电导信号f求两点中心差一阶导数d和二阶导数s； 43)根据给定参数，按平滑宽度数值对所有数据进行指定类型平滑； 44)对土壤样品的非接触式电导信号的谱图进行峰顶点判别：当sign(d(t))>sign(d(t+1))，且f(t)>f(t-1)，f(t)>f(t+1)，d(t)-d(t+1)>3δ2，f(t)>3δ2时，判定为峰顶点； 45)以峰顶点处为中心，按给定峰顶部测量点数值取点，并进行高斯拟合，初步确定峰位、峰值和半峰宽，并得到预设边界； 46)对土壤样品的非接触式电导信号的谱图进行峰起始点判别：以峰顶点为中心，在预设边界范围内向负方向移动，当f(t)>f(t-1)，d(t)>3δ2，d(t-1)<3δ2，且s(t)>3δ2，s(t-1)<3δ2时，判定为峰起点； 47)对土壤样品的非接触式电导信号的谱图进行峰谷点判别：以峰顶点为中心，在预设边界范围内向正方向移动，当sign(d(t))3δ2时，判定为峰谷点； 48)对土壤样品的非接触式电导信号的谱图进行峰终止点判别：以峰顶点为中心，在预设边界范围内向正方向移动，当f(t)>f(t+1)，d(t)>3δ2，d(t+1)<3δ2，且s(t)>3δ2，s(t+1)<3δ2时，判定为峰终止点； 49)根据判别出的峰顶点、预设边界、峰起始点和峰终止点，得到土壤样品的非接触式电导信号的峰谱； 410)各土壤样品的非接触式电导信号峰谱进行高斯拟合优化，得到更接近原始数据峰谱的各土壤样品的非接触式电导信号的高斯峰参数；所述的“高斯拟合优化”采用L-M算法实现。 5.根据权利要求1所述的一种基于电泳分析技术的土壤有效态分析方法，其特征在于，所述土壤有效态结果的分析包括以下步骤： 51)将一定量已知浓度的标准溶液加入待测土壤样品中，该土壤样品为风干水浸提的土壤样品，测定加入前后样品的浓度，加入标准溶液后的浓度将比加入前的高，其增加的量应等于加入的标准溶液中所含的待测物质的量；待测样品溶液浓度为Ct(mg/L)，对应的电泳峰面积S1；加标后溶液中所含目标例子浓度为对应的电泳峰面积S2；根据土壤样品中训练样本的非接触式电导信号的高斯峰参数，采用以下公式求得电泳峰面积S1和S2：其中，t表示峰位t，h表示峰高，ω表示半峰宽，S表示电泳峰面积； 52)设定检测土壤样品离子含量依次为Ximg/L，样品浸提时称量土壤样品Yg，加入ZmL超纯水，则土壤样品离子含量换算成Ci(mg/kg)，其公式如下： Ci(mg/kg)＝[X(mg/L)×Z(ml)×10-3]/Y(g)×10-3； 53)依据不同的土壤类型进行预测模型训练，根据土壤样品中训练样本的非接触式电导信号的高斯峰参数和土壤养分离子含量，构建土壤养分离子含量预测模型，土壤养分离子含量预测模型是偏最小二乘回归模型，其将土壤样品中训练样本的高斯峰特征参数看作四维特征自变量组，将训练样本高斯峰对应的土壤养分离子含量作为一维因变量组； 54)将高斯拟合优化各个离子峰的特征参数带入土壤离子含量预测模型，其表达式如下： Ct＝Aip+Bih+Ciw+Dis，其中Ai、Bi、Ci、Di分别为该离子峰峰位p、峰高h、半峰宽w、峰面积s特征参数的系数，求出土壤样品溶液电泳信号谱图中各离子的浓度； 55)设定检测土壤样品离子含量依次为Ximg/L，样品浸提时称量土壤样品Yg，加入ZmL超纯水，土壤样本含水量为w％，则土壤样品离子含量换算成C'i(mg/kg)，其公式如下： C'i(mg/kg)＝[X(mg/L)×Z(ml)×(1+w％)10-3]/[Y(g)×(1-w％)×10-3]。 6.根据权利要求1所述的一种基于电泳分析技术的土壤有效态分析方法的土壤养分等级评定方法，其特征在于，包括以下步骤： 61)将得到的土壤有效态结果按指标依次标注在田块图中，生成养分柱状图； 62)按照整块田块各个指标的含量范围，分为高中低五档，将各个小田块依次归类到五档中，生成五档养分分布图； 63)根据建议施肥量，依次计算每个档所需的施肥量，生成该地块的施肥处方图。
所属类别：	发明专利