本發(fā)明涉及土壤檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種基于離子選擇性電極的農(nóng)田硝態(tài)氮檢測(cè)方法和系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

我國(guó)近20年來(lái)人口急劇增加，耕地面積逐年減少，糧食安全受到了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。然而，過(guò)量施肥、偏施氮肥造成了嚴(yán)重的土壤污染、生態(tài)破壞，嚴(yán)重威脅人類健康。黨中央、國(guó)務(wù)院對(duì)治理土壤污染高度重視，正在起草土壤污染防治法，制定土壤污染防治行動(dòng)計(jì)劃。國(guó)家啟動(dòng)的測(cè)土配方施肥項(xiàng)目通過(guò)開(kāi)展土壤測(cè)試和田間試驗(yàn)，摸清土壤供肥能力、作物需肥規(guī)律等，提出施肥參數(shù)，施用配方肥。其中，農(nóng)田硝態(tài)氮含量的檢測(cè)對(duì)科學(xué)、經(jīng)濟(jì)、合理施肥有重要意義，既是節(jié)約資源、發(fā)展“兩高一優(yōu)”農(nóng)業(yè)的一條重要途徑，也是保護(hù)生態(tài)環(huán)境、保障糧食安全和人類健康的一項(xiàng)重要措施。

離子選擇性電極是一種能對(duì)溶液中目標(biāo)離子產(chǎn)生特異性電位響應(yīng)的電化學(xué)傳感器。較傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法，離子選擇性電極具有快速、靈敏、準(zhǔn)確、設(shè)備簡(jiǎn)單和可連續(xù)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，在各行業(yè)尤其是在化工、醫(yī)學(xué)、環(huán)境等方面應(yīng)用廣泛，并為土壤硝態(tài)氮含量分析提供了有效手段。

目前，基于聚氯乙烯聚合物膜的常規(guī)離子選擇性電極已商品化，但基于此類電極的土壤硝態(tài)氮測(cè)定存在以下問(wèn)題：土壤成分較復(fù)雜，硝酸根離子電極易受土壤浸提液中的共存離子(尤其是氯離子)的干擾；而且，檢測(cè)環(huán)境的溫度變化會(huì)對(duì)敏感膜和離子活度產(chǎn)生影響。然而，在實(shí)際測(cè)量時(shí)并沒(méi)有考慮到共存離子和環(huán)境溫度這些因素，因此所檢測(cè)出的土壤硝態(tài)氮含量準(zhǔn)確度并不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上缺陷，本發(fā)明提供一種基于離子選擇性電極的農(nóng)田硝態(tài)氮檢測(cè)方法和系統(tǒng)，可以考慮到共存離子氯離子對(duì)硝酸根離子電極的影響和環(huán)境溫度對(duì)檢測(cè)帶來(lái)的影響，提高檢測(cè)準(zhǔn)確率。

第一方面，本發(fā)明提供的基于離子選擇性電極的農(nóng)田硝態(tài)氮檢測(cè)方法包括：

檢測(cè)不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液在不同溫度下的第一響應(yīng)電勢(shì)和第二響應(yīng)電勢(shì)，所述第一響應(yīng)電勢(shì)為硝酸根離子電極的響應(yīng)電勢(shì)，所述第二響應(yīng)電勢(shì)為氯離子電極的響應(yīng)電勢(shì)；

根據(jù)各個(gè)濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液在各個(gè)溫度下的第一響應(yīng)電勢(shì)和第二響應(yīng)電勢(shì)，建立一檢測(cè)模型，所述檢測(cè)模型包括第一響應(yīng)電勢(shì)與硝酸鈉離子濃度、氯離子濃度和溫度的第一函數(shù)關(guān)系及第二響應(yīng)電勢(shì)與硝酸鈉離子濃度、氯離子濃度和溫度的第二函數(shù)關(guān)系；

檢測(cè)所述待檢測(cè)土壤的土壤浸提液在采集到的農(nóng)田環(huán)境溫度下的第一響應(yīng)電勢(shì)和第二響應(yīng)電勢(shì)；

根據(jù)所述土壤浸提液的第一響應(yīng)電勢(shì)、所述土壤浸提液的第二響應(yīng)電勢(shì)及所述農(nóng)田環(huán)境溫度，利用所述檢測(cè)模型計(jì)算所述土壤浸提液的硝酸根離子濃度；

根據(jù)所述土壤浸提液的硝酸根離子濃度確定所述待檢測(cè)土壤的硝態(tài)氮含量。

可選的，所述根據(jù)各個(gè)濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液在各個(gè)溫度下的第一響應(yīng)電勢(shì)和第二響應(yīng)電勢(shì)，建立一檢測(cè)模型，包括：

利用多元線性回歸算法建立在每一溫度下第一響應(yīng)電勢(shì)、第二響應(yīng)電勢(shì)分別與硝酸鈉離子濃度和氯離子濃度的函數(shù)關(guān)系：

其中，e1為該溫度下的第一響應(yīng)電勢(shì)，e2為該溫度下的第二響 應(yīng)電勢(shì)，為該溫度下的硝酸根離子濃度，該溫度下的氯離子濃度，β01、β11、β21、β02、β12、β22為該溫度下的回歸參數(shù)；

利用最小二乘法將每一回歸參數(shù)與溫度進(jìn)行一元線性擬合，得到該回歸參數(shù)與溫度的一元線性函數(shù)；

根據(jù)每一溫度下第一響應(yīng)電勢(shì)、第二響應(yīng)電勢(shì)分別與硝酸鈉離子濃度和氯離子濃度的函數(shù)關(guān)系及各個(gè)回歸參數(shù)與溫度的一元線性函數(shù)，確定所述檢測(cè)模型為：

可選的，所述根據(jù)所述土壤浸提液的硝酸根離子濃度，確定所述待檢測(cè)土壤的硝態(tài)氮含量，包括：

建立土壤的硝態(tài)氮含量與對(duì)應(yīng)土壤浸提液的硝酸根離子濃度、土壤的體積含水率之間的第三函數(shù)關(guān)系；

將所述土壤浸提液的硝酸根離子濃度和采集到的待檢測(cè)土壤的體積含水率代入所述第三函數(shù)關(guān)系，計(jì)算所述待檢測(cè)土壤的硝態(tài)氮含量。

可選的，所述第三函數(shù)關(guān)系為：

其中，ω為土壤的硝態(tài)氮含量，為土壤浸提液的硝酸根離子濃度，θv為土壤的體積含水率。

可選的，所述不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液為不同已知濃度的硝酸鈉溶液和不同已知濃度的氯化鈉溶液的混合溶液。

可選的，所述檢測(cè)不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液在不同溫度下的第一響應(yīng)電勢(shì)和第二響應(yīng)電勢(shì)，包括：

將盛有標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液與去離子水的容器置于恒溫液浴槽中；

采用硝酸根離子電極檢測(cè)所述標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液在恒溫液浴槽設(shè)定 為不同溫度時(shí)的第一響應(yīng)電勢(shì)，采用氯離子電極檢測(cè)所述標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液在恒溫液浴槽設(shè)定為不同溫度時(shí)的第二響應(yīng)電勢(shì)。

第二方面，本發(fā)明提供的基于離子選擇性電極的農(nóng)田硝態(tài)氮檢測(cè)系統(tǒng)包括硝酸根離子電極、氯離子電極、恒溫液浴槽、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理器，其中：

所述硝酸根離子電極，用于在放置于待檢測(cè)土壤的土壤浸提液時(shí)產(chǎn)生表征硝酸根離子濃度的第一響應(yīng)電勢(shì)；

所述氯離子電極，用于在放置于所述土壤浸提液時(shí)產(chǎn)生表征氯離子濃度的第二響應(yīng)電勢(shì)；

所述恒溫液浴槽，用于在檢測(cè)待檢測(cè)土壤的土壤浸提液的第一響應(yīng)電勢(shì)和所述第二響應(yīng)電勢(shì)時(shí)，將所述土壤浸提液保持在農(nóng)田環(huán)境溫度；

所述數(shù)據(jù)采集器，用于采集所述硝酸根離子電極的第一響應(yīng)電勢(shì)、所述氯離子電極的第二響應(yīng)電勢(shì)和溫度傳感器所采集的農(nóng)田環(huán)境溫度，并將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理器；

所述數(shù)據(jù)處理器，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集器發(fā)送的數(shù)據(jù)，利用以上任一檢測(cè)模型，計(jì)算所述土壤浸提液的硝酸根離子濃度，并根據(jù)所述土壤浸提液的硝酸根離子濃度，確定所述待檢測(cè)土壤的硝態(tài)氮含量。

可選的，所述數(shù)據(jù)采集器包括信號(hào)調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和處理模塊，所述系統(tǒng)還包括檢測(cè)農(nóng)田環(huán)境溫度的溫度傳感器和用于檢測(cè)待檢測(cè)土壤的體積含水率的水分傳感器，其中：

所述信號(hào)調(diào)理模塊，用于對(duì)所述硝酸根離子電極的第一響應(yīng)電勢(shì)和所述氯離子電極的第二響應(yīng)電勢(shì)進(jìn)行阻抗變換、濾波和放大后輸出；

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，與所述信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端連接，用于對(duì)所述信號(hào)調(diào)理模塊輸出的信號(hào)數(shù)字化；

所述處理模塊，與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端、所述溫度傳感器及所述水分傳感器連接，用于將數(shù)字化的第一響應(yīng)電勢(shì)、數(shù)字化的第二響應(yīng)電勢(shì)、采集到的農(nóng)田環(huán)境溫度和采集到的待檢測(cè)土壤的體積含水率進(jìn)行預(yù)處理。

可選的，所述數(shù)據(jù)采集器還包括電源模塊、顯示模塊、輸入模塊、無(wú)線傳輸模塊和/或存儲(chǔ)模塊，其中：

所述電源模塊，與所述顯示模塊、所述處理模塊和所述信號(hào)調(diào)理模塊連接，用于為所述顯示模塊、所述處理模塊和所述信號(hào)調(diào)理模塊提供電源；

所述顯示模塊，與所述處理模塊連接，用于將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示；

所述輸入模塊，與所述處理模塊連接，用于輸入控制所述處理模塊進(jìn)行預(yù)處理的控制指令；

所述無(wú)線傳輸模塊，與所述處理模塊連接，用于將所述處理模塊預(yù)處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理器；

所述存儲(chǔ)模塊，與所述處理模塊連接，用于將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)。

根據(jù)以上技術(shù)方案，本發(fā)明提供的農(nóng)田硝態(tài)氮檢測(cè)方法和系統(tǒng)中，采用建立檢測(cè)模型的方式進(jìn)行檢測(cè)，而該檢測(cè)模型是包括第一響應(yīng)電勢(shì)與硝酸鈉離子濃度、氯離子濃度和溫度的第一函數(shù)關(guān)系及第二響應(yīng)電勢(shì)與硝酸鈉離子濃度、氯離子濃度和溫度的第二函數(shù)關(guān)系，可見(jiàn)本發(fā)明所建立的檢測(cè)模型不僅考慮了共存離子氯離子對(duì)硝酸根離子電極的影響，而且還考慮了溫度對(duì)離子選擇性電極的影響，因此相對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，可以大大提高土壤硝態(tài)氮的檢測(cè)準(zhǔn)確率。

附圖說(shuō)明

通過(guò)參考附圖會(huì)更加清楚的理解本發(fā)明的特征信息和優(yōu)點(diǎn)，附圖是示意性的而不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明進(jìn)行任何限制，在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明基于離子選擇性電極的農(nóng)田硝態(tài)氮檢測(cè)方法一實(shí)施例的流程示意圖；

圖2示出了根據(jù)本發(fā)明基于離子選擇性電極的農(nóng)田硝態(tài)氮檢測(cè)系統(tǒng)一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

為了能夠更清楚地理解本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。需要說(shuō)明的是，在不沖突的情況下，本申請(qǐng)的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相互組合。

在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā)明，但是，本發(fā)明還可以采用其他不同于在此描述的其他方式來(lái)實(shí)施，因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍并不受下面公開(kāi)的具體實(shí)施例的限制。

本發(fā)明提供一種基于離子選擇性電極的農(nóng)田硝態(tài)氮檢測(cè)方法，如圖1所示，該方法包括：

s1、檢測(cè)不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液在不同溫度下的第一響應(yīng)電勢(shì)和第二響應(yīng)電勢(shì)，所述第一響應(yīng)電勢(shì)為硝酸根離子電極的響應(yīng)電勢(shì)，所述第二響應(yīng)電勢(shì)為氯離子電極的響應(yīng)電勢(shì)；

s2、根據(jù)各個(gè)濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液在各個(gè)溫度下的第一響應(yīng)電勢(shì)和第二響應(yīng)電勢(shì)，建立一檢測(cè)模型，所述檢測(cè)模型包括第一響應(yīng)電勢(shì)與硝酸鈉離子濃度、氯離子濃度和溫度的第一函數(shù)關(guān)系及第二響應(yīng)電勢(shì)與硝酸鈉離子濃度、氯離子濃度和溫度的第二函數(shù)關(guān)系；

s3、檢測(cè)所述待檢測(cè)土壤的土壤浸提液在采集到的農(nóng)田環(huán)境溫度下的第一響應(yīng)電勢(shì)和第二響應(yīng)電勢(shì)；

s4、根據(jù)所述土壤浸提液的第一響應(yīng)電勢(shì)、所述土壤浸提液的第二響應(yīng)電勢(shì)及所述農(nóng)田環(huán)境溫度，利用所述檢測(cè)模型計(jì)算所述土壤浸提液的硝酸根離子濃度；

s5、根據(jù)所述土壤浸提液的硝酸根離子濃度確定所述待檢測(cè)土壤 的硝態(tài)氮含量。

本發(fā)明提供的農(nóng)田硝態(tài)氮檢測(cè)方法中，采用建立檢測(cè)模型的方式進(jìn)行檢測(cè)，而該檢測(cè)模型是包括第一響應(yīng)電勢(shì)與硝酸鈉離子濃度、氯離子濃度和溫度的第一函數(shù)關(guān)系及第二響應(yīng)電勢(shì)與硝酸鈉離子濃度、氯離子濃度和溫度的第二函數(shù)關(guān)系，可見(jiàn)本發(fā)明所建立的檢測(cè)模型不僅考慮了共存離子氯離子對(duì)硝酸根離子電極的影響，而且還考慮了溫度對(duì)離子選擇性電極的影響，因此相對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，可以大大提高土壤硝態(tài)氮的檢測(cè)準(zhǔn)確率。

在具體實(shí)施時(shí)，不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液可以為不同已知濃度的硝酸鈉溶液和不同已知濃度的氯化鈉溶液的混合溶液，例如下表1中的幾種標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液：

表1幾種不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液

從上表1中可以看出，不同已知濃度的硝酸鈉溶液和不同已知濃度的氯化鈉溶液構(gòu)成不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液。

在具體實(shí)施時(shí)，s1中檢測(cè)不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液在不同溫度下的第一響應(yīng)電勢(shì)和第二響應(yīng)電勢(shì)的具體過(guò)程可以包括：

s11、將盛有標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液與去離子水的容器置于恒溫液浴槽中；

s12、采用硝酸根離子電極檢測(cè)所述標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液在恒溫液浴槽設(shè)定為不同溫度時(shí)的第一響應(yīng)電勢(shì)，采用氯離子電極檢測(cè)所述標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液在恒溫液浴槽設(shè)定為不同溫度時(shí)的第二響應(yīng)電勢(shì)。

這里每次在電極檢測(cè)完標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液后，均需采用去離子水清洗電極至空白電位，可以避免電極產(chǎn)生電勢(shì)記憶與標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液的交叉污染。

以表1中的四組標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液對(duì)上述檢測(cè)的具體過(guò)程進(jìn)行說(shuō)明：

首先，設(shè)定恒溫液浴槽的溫度為5℃，將編號(hào)為1-1的標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液放置在恒溫液浴槽中，當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液的溫度基本穩(wěn)定時(shí)，插入活化的硝酸根離子電極和氯離子電極，待電極穩(wěn)定后采集相應(yīng)的響應(yīng)電勢(shì)。檢測(cè)完成后，將兩電極取出，用去離子水清洗，并用濾紙吸干電極表面殘留的水分。以同樣的方法，檢測(cè)編號(hào)為1-2、1-3、1-4的標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液以及剩余三組標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液的響應(yīng)電勢(shì)。

然后，將恒溫液浴槽的溫度分別設(shè)定為15℃、25℃、30℃，采用上述的方法檢測(cè)四組的標(biāo)準(zhǔn)樣本溶液。

在具體實(shí)施時(shí)，s2中建立檢測(cè)模型的過(guò)程可以包括：

s21、利用多元線性回歸算法建立在每一溫度下第一響應(yīng)電勢(shì)、第二響應(yīng)電勢(shì)分別與硝酸鈉離子濃度和氯離子濃度的函數(shù)關(guān)系即多元回歸模型：

其中，e1為該溫度下的第一響應(yīng)電勢(shì)，單位為mv；e2為該溫度下的第二響應(yīng)電勢(shì)，單位為mv；為該溫度下的硝酸根離子濃度，單位為mol/l；該溫度下的氯離子濃度，單位為mol/l；β01、β11、β21、β02、β12、β22為該溫度下的回歸參數(shù)。

可以理解的是，上述函數(shù)組中的第一個(gè)為第一響應(yīng)電勢(shì)e1與硝酸鈉離子濃度的對(duì)數(shù)、氯離子濃度的對(duì)數(shù)之間的第一線性函數(shù)，第二個(gè)為第二響應(yīng)電勢(shì)e2與硝酸鈉離子濃度的對(duì)數(shù)、氯離子濃度的對(duì)數(shù)之間的第二線性函數(shù)。

表2各溫度下的各回歸參數(shù)

從上表2中可以看出，同一回歸參數(shù)在不同溫度下的值是有細(xì)微差別的，因此需要建立回歸參數(shù)與溫度之間的關(guān)系。

s22、利用最小二乘法對(duì)每一回歸參數(shù)與溫度進(jìn)行一元線性擬合，得到該回歸參數(shù)與溫度的一元線性函數(shù)；

根據(jù)每一溫度下第一響應(yīng)電勢(shì)、第二響應(yīng)電勢(shì)分別與硝酸鈉離子濃度和氯離子濃度的函數(shù)關(guān)系及各個(gè)回歸參數(shù)與溫度的一元線性函數(shù)，確定所述檢測(cè)模型為：

例如，首先分別建立在5℃、15℃、25℃、30℃下第一響應(yīng)電勢(shì)與硝酸鈉離子濃度和氯離子濃度的函數(shù)關(guān)系、第二響應(yīng)電勢(shì)與硝酸鈉離子濃度和氯離子濃度的函數(shù)關(guān)系。然后在根據(jù)不同溫度下β01、β11、β21、β02、β12、β22中每一回歸參數(shù)的具體數(shù)值，擬合每一回歸參數(shù)與溫度的關(guān)系，進(jìn)而得到上述檢測(cè)模型。

例如，根據(jù)上述表2中的各回歸參數(shù)的具體值進(jìn)行回歸參數(shù)與溫度的擬合后代入回歸模型中，得到的檢測(cè)模型為：

可見(jiàn)，最后得到的檢測(cè)模型為第一響應(yīng)電勢(shì)與溫度、硝酸根離子濃度的對(duì)數(shù)和氯離子濃度的對(duì)數(shù)的函數(shù)關(guān)系及第二響應(yīng)電勢(shì)與溫度、硝酸根離子濃度的對(duì)數(shù)和氯離子濃度的對(duì)數(shù)的函數(shù)關(guān)系，其中溫度是可以檢測(cè)出來(lái)的，因此是一個(gè)二元二次方程組，在實(shí)際檢測(cè)時(shí)，第一響應(yīng)電勢(shì)和第二響應(yīng)電勢(shì)也是可以檢測(cè)出來(lái)的，進(jìn)而計(jì)算出硝酸根離子濃度和氯離子濃度。

可以理解的是，s3中的農(nóng)田環(huán)境溫度應(yīng)當(dāng)是待檢測(cè)土壤所在農(nóng)田的環(huán)境溫度。

現(xiàn)有技術(shù)中，傳統(tǒng)的土壤前處理環(huán)節(jié)包括：風(fēng)干→粉碎→過(guò)篩→量樣→加液→攪拌→過(guò)濾，過(guò)于繁瑣，無(wú)法滿足土壤養(yǎng)分檢測(cè)時(shí)效性的要求，其中風(fēng)干操作最為費(fèi)時(shí)。為提高檢測(cè)的時(shí)效性，本發(fā)明采用的是首先檢測(cè)待檢測(cè)新鮮土壤的體積含水率，再將該待檢測(cè)土壤直接加液制作成為土壤浸提液的方式，具體過(guò)程可以為：在若干個(gè)采樣點(diǎn)分別采集新鮮的濕土樣本10ml，分別加入去離子水50ml浸提，即可得到若干份土壤浸提液。但是用新鮮土樣直接按固定水土比浸提并測(cè)量時(shí)，土壤水分也是影響土壤硝態(tài)氮含量檢測(cè)準(zhǔn)確度的因素之一，故本發(fā)明中s5的具體過(guò)程可以包括：

s51、建立土壤的硝態(tài)氮含量與對(duì)應(yīng)土壤浸提液的硝酸根離子濃度、土壤的體積含水率之間的第三函數(shù)關(guān)系；

s52、將所述土壤浸提液的硝酸根離子濃度和采集到的待檢測(cè)土壤的體積含水率代入所述第三函數(shù)關(guān)系，計(jì)算所述待檢測(cè)土壤的硝態(tài)氮含量。

這樣做的好處是，考慮到土壤含水量對(duì)檢測(cè)過(guò)程造成的影響，進(jìn)一步提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度。而且，可以簡(jiǎn)化土壤前處理步驟，大大提高 檢測(cè)的時(shí)效性。

在具體實(shí)施時(shí)，所述第三函數(shù)關(guān)系即所述硝態(tài)氮含量校正公式，可以為：

其中，ω為土壤的硝態(tài)氮含量，單位為mg/l；為土壤浸提液的硝酸根離子濃度，單位為mol/l；14為氮元素的摩爾質(zhì)量，單位為g/mol；10³為單位換算系數(shù)，單位為mg/g；θv為土壤的體積含水率；5為浸提水土比(體積比)。

表3各檢測(cè)參數(shù)及土壤硝態(tài)氮測(cè)量值與參考值的對(duì)比表

將上表3中的各檢測(cè)參數(shù)代入模型，計(jì)算得出硝酸根離子濃度，并利用硝態(tài)氮含量校正公式得到土壤硝態(tài)氮含量?？梢?jiàn)相對(duì)誤差最大在5％左右，其檢測(cè)精度滿足現(xiàn)場(chǎng)速測(cè)的精度要求。同時(shí)，因免去土壤風(fēng)干操作，檢測(cè)花費(fèi)的時(shí)間從1～2天縮短為1小時(shí)以內(nèi)，大大提高了檢測(cè)時(shí)效性。

本發(fā)明還提供一種基于離子選擇性電極的農(nóng)田硝態(tài)氮檢測(cè)系統(tǒng)，如圖2所示，該系統(tǒng)包括硝酸根離子電極、氯離子電極、恒溫液浴槽、數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)處理器，其中：

所述硝酸根離子電極，用于在放置于待檢測(cè)土壤的土壤浸提液時(shí)產(chǎn)生表征硝酸根離子濃度的第一響應(yīng)電勢(shì)；

所述氯離子電極，用于在放置于所述土壤浸提液時(shí)產(chǎn)生表征氯離子濃度的第二響應(yīng)電勢(shì)；

所述恒溫液浴槽，用于在檢測(cè)待檢測(cè)土壤的土壤浸提液的第一響 應(yīng)電勢(shì)和所述第二響應(yīng)電勢(shì)時(shí)，將所述土壤浸提液保持在農(nóng)田環(huán)境溫度；

所述數(shù)據(jù)采集器，用于采集所述硝酸根離子電極的第一響應(yīng)電勢(shì)、所述氯離子電極的第二響應(yīng)電勢(shì)和溫度傳感器所采集的農(nóng)田環(huán)境溫度，并將采集的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理器；

所述數(shù)據(jù)處理器，用于根據(jù)所述數(shù)據(jù)采集器發(fā)送的數(shù)據(jù)，利用上述的檢測(cè)模型計(jì)算所述土壤浸提液的硝酸根離子濃度，并根據(jù)所述土壤浸提液的硝酸根離子濃度，確定所述待檢測(cè)土壤的硝態(tài)氮含量，例如上位機(jī)。

由于農(nóng)田硝態(tài)氮檢測(cè)系統(tǒng)中采用的是上述的檢測(cè)模型進(jìn)行檢測(cè)，而檢測(cè)模型是包括第一響應(yīng)電勢(shì)與硝酸鈉離子濃度、氯離子濃度和溫度的第一函數(shù)關(guān)系及第二響應(yīng)電勢(shì)與硝酸鈉離子濃度、氯離子濃度和溫度的第二函數(shù)關(guān)系，可見(jiàn)本發(fā)明所建立的檢測(cè)模型不僅考慮了共存離子氯離子對(duì)硝酸根離子電極的影響，而且還考慮了溫度對(duì)離子選擇性電極的影響，因此相對(duì)于傳統(tǒng)的檢測(cè)方法，可以大大提高土壤硝態(tài)氮的檢測(cè)準(zhǔn)確率。

在具體實(shí)施時(shí)，如圖2所示，所述數(shù)據(jù)采集器可以包括信號(hào)調(diào)理模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊和處理模塊，所述系統(tǒng)還包括檢測(cè)農(nóng)田環(huán)境溫度的溫度傳感器和用于檢測(cè)待檢測(cè)土壤的體積含水率的水分傳感器，其中：

所述信號(hào)調(diào)理模塊，用于對(duì)所述硝酸根離子電極的第一響應(yīng)電勢(shì)和所述氯離子電極的第二響應(yīng)電勢(shì)進(jìn)行阻抗變換、濾波和放大后輸出；

所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，與所述信號(hào)調(diào)理模塊的輸出端連接，用于對(duì)所述信號(hào)調(diào)理模塊輸出的信號(hào)數(shù)字化，例如12位的模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊；

所述處理模塊，與所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊的輸出端、所述溫度傳感器及所述水分傳感器連接，用于將數(shù)字化的第一響應(yīng)電勢(shì)、數(shù)字化的第 二響應(yīng)電勢(shì)、采集到的農(nóng)田環(huán)境溫度和采集到的待檢測(cè)土壤的體積含水率進(jìn)行預(yù)處理，例如c8051f020微處理器。

在具體實(shí)施時(shí)，如圖2所示，所述數(shù)據(jù)采集器還可以包括電源模塊、顯示模塊、輸入模塊、無(wú)線傳輸模塊和/或存儲(chǔ)模塊，其中：

所述電源模塊，與所述顯示模塊、所述處理模塊和所述信號(hào)調(diào)理模塊連接，用于為所述顯示模塊、所述處理模塊和所述信號(hào)調(diào)理模塊提供電源；

所述顯示模塊，與所述處理模塊連接，用于將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，例如液晶顯示裝置；

所述輸入模塊，與所述處理模塊連接，用于輸入控制所述處理模塊進(jìn)行預(yù)處理的控制指令，例如鍵盤；

所述無(wú)線傳輸模塊，與所述處理模塊連接，用于將所述處理模塊預(yù)處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送至所述數(shù)據(jù)處理器，例如gprs通信模塊；

所述存儲(chǔ)模塊，與所述處理模塊連接，用于將預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，例如u盤。

利用以上任一農(nóng)田硝態(tài)氮檢測(cè)系統(tǒng)在進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，具有簡(jiǎn)單、成本低、穩(wěn)定、準(zhǔn)確率高、快速的優(yōu)點(diǎn)，可用于指導(dǎo)施肥或田間管理。

在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性。術(shù)語(yǔ)“多個(gè)”指兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確的限定。

雖然結(jié)合附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下做出各種修改和變型，這樣的修改和變型均落入由所附權(quán)利要求所限定的范圍之內(nèi)。