关键词：土壤检测技术 污染物 专利申请情况
2016年国务院印发的《土壤污染防治行动计划》中，就明确提出完成土壤环境检测等技术规范制修订、形成土壤环境检测能力、建设土壤环境质量检测网络、深入开展土壤环境质量调查、定期对重点监管企业和工业园区周边开展检测等工作任务。检测方法是检测工作的基础，只有完善土壤环境检测方法体系，加强土壤环境检测技术水平，才能保障检测的科学性、规范性、准确性以及评价结果的客观性和合理性，从而掌握土壤环境的真实状况，进一步推进土壤环境监管。
土壤是人类赖以生存和可持续发展的基础，土壤是经济社会可持续发展的物质基础，关系人民群众身体健康和美丽中国建设，加强土壤环境保护是推进生态文明建设和维护国家生态安全的重要内容。土壤参数的常规实验室检测方法具有前处理复杂、分析周期长、测试费用高等缺点。快速、准确获取土壤多种属性信息是土壤质量快速检测与评估以及现代精准农业发展的必然需求。本文重点讨论我国目前在土壤水分、盐分、养分、pH、温度等多参数快速检测方法、技术与设备等方面的研发进展，比较了不同快速检测方法和技术的优缺点，分析了土壤快速检测设备的研发现状、专利申请情况情况，并进一步提出建议与展望。
1.土壤污染物种类
土壤污染物包括无机物(重金属、酸、盐等)，有机物，化学肥料，农药(杀虫剂、杀菌剂及除草剂)，放射性物质，寄生虫，病原菌和病毒等；近年来，一些新型污染物(如兽药、抗生素、溴化阻燃剂、全氟化合物等)在土壤中的赋存、迁移等也成为研究热点。
2.多种参数的土壤检测技术
2.1土壤水分检测
水分不仅影响着土壤的物理性质，还制约着土壤中养分的溶解和迁移，是监控土壤干旱和退化的重要指标。常用的土壤水分检测方法有烘干称重法、介电法、遥感法。烘干称重法指根据测定土样的质量变化来计算含水率，主要用于标定检验，该方法简单且测量精度高，但在取样时会破坏土壤，难以进行长期原位监测，不能连续测定土壤水分；介电法克服了烘干法的弊端可以进行连续土壤水分监测；遥感法是一种非接触式、大面积、多时相的土壤水分监测方法，能够反映大面积的地表信息，适用于大范围监测。
2.2土壤盐分检测
土壤盐分是制约农业生产的重要因素。对土壤盐分的测定通常是先对土壤中的电导率进行测定，然后通过土壤电导率计算出土壤中盐分含量的多少。目前主要应用的有基于原位监测的土壤溶液法和土壤表观电导率法。在土壤溶液电导率测定中，可采用土壤盐分传感器直接测定土壤溶液电导率，盐分传感器适合长期连续监测土壤盐分，对一定深度的土壤溶液长期观测具有很高的精确性，但在使用过程中传感器需要重新校正，不适用于监测快速和短期的盐分变化，且在干燥土壤环境中无法使用；土壤表观电导率是一种快速、高效、稳定的测定土壤盐分时空分布特性的方法，可采用电阻法、电磁感应仪法和时域反射法确定土壤盐分，具有操作简单、响应速度快、获取数据能力强的特点，但是容易受到土壤含水量、质地等因素的影响，至今仍缺乏普适性强的关系模型，所以测量精度上受到一定的限制。近年来许多学者将电磁感应技术与遥感技术相结合来监测农业土壤，受到广泛的应用。时域反射法是通过分析电磁波在土壤中的衰减来测定电导率值，易受到土壤温度、质地等因素的影响。它近几年在土壤水分及盐分测定方面发展速度很快，相信在未来可以有更大的发展空间，能够进行不同尺度范围内土壤中水分、盐分的快速检测。
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2.3土壤养分检测
传统的土壤养分数据采集方法主要是通过田间取样-实验室常规分析手段进行获取，操作繁琐，分析效率低而且时效性很差。目前国内土壤养分快速检测的仪器有北京强盛分析仪器制造中心研发的TFC 系列土壤养分速测仪、河南农大机电技术开发中心研制的YN 型土壤肥料养分速测仪等。近年来土壤养分分析中应用较多的是可见光-近红外反射光谱，利用化学分子含氢官能团对特定谱带近红外光的特异性吸收而获得吸收光谱，利用化学计量方法定性定量检测养分含量。
2.4土壤pH 检测
国内外目前采用的主要是电极法，采用pH 计测定溶液中氢离子的活度。除此之外，常用的方法还有混合指示剂比色法、pH 试纸法、可见光光谱提取法、传感器检测方法等。在测定pH 前，应预先选好相应的检测方法，混合指示剂比色法和pH 试纸法适用于较简单的测定溶液pH，如对pH 精度要求比较高则适合采用电极电位法和可见光光谱提取法。目前，土壤pH 检测还受外界影响较大，测量精度高、受外界影响小的检测技术还亟待突破。
2.5土壤温度检测
土壤温度对土壤养分的吸收和转运具有重要影响。在实验室中常用的测定温度的方法有非接触式温度传感器和接触式温度传感器法。非接触式温度传感器法主要指红外测温法，不需直接接触被测物体，使用方便，灵敏度高，但其测量精度差，易受干扰。利用无线通信芯片以无线方式进行数据传输，有效地解决了传统测量方法中劳动强度和测量准确性不能兼顾的矛盾，并且具备运行速度快、传输距离远、精度高、抗干扰能力强等优点。
3.土壤检测实施步骤
3.1田间试验。田间试验是获得各种作物zui佳施肥量、施肥时期、施肥方法的根本途径，也是筛选、验证土壤养分测试技术、建立施肥指标体系的基本环节。
3.2土壤测试。土壤测试是制定肥料配方的重要依据之一，随着我国种植业结构的不断调整，高产作物品种不断涌现，施肥结构和数量发生了很大的变化，土壤养分库也发生了明显改变。
3.3配方设计。肥料配方设计是测土配方施肥工作的核心。
3.4校正试验。为保证肥料配方的准确性，最大限度地减少配方肥料批量生产和大面积应用的风险，验证并完善肥料配方，改进测土配方施肥技术参数。
3.5配方加工。配方落实到农户田间是提高和普及测土配方施肥技术的最关键环节。
3.6技术创新。技术创新是保证测土配方施肥工作长效性的科技支撑。重点开展田间试验方法、土壤养分测试技术、肥料配制方法、数据处理方法等方面的创新研究工作，不断提升测土配方施肥技术水平。
4.土壤检测技术的专利申请情况统计
从2009 年开始，土壤多参数快速检测设备专利申请量呈现缓慢增长的趋势，说明该领域开始进入初步成长期，从2014 年起专利数量呈现高速增长趋势，到2017 年土壤多参数快速检测专利的数量已经达到190 项，表明该领域已进入快速发展期。由于专利申请到公开之间有较长时间的延迟，2018 年申请的专利数量还未全部公开，截至2018 年上半年的数据检索到的数量为98 件，说明研发热情仍很积极，该领域今后仍有较大的发展空间。具体如图：
5.结束语
当前土壤质量和污染物监测主要依赖常规实验室检测技术，而现有的现场快速检测设备在检测灵敏度、精密度和准确度方面无法满足对土壤多参数原位或现场快速检测的需求，而且核心部件主要依赖进口。因此，急需研发和推广具有完全自主知识产权的高精度、集成化、智能化的土壤多参数快速检测技术。
在物联网技术的发展和国家智慧农业政策的扶持下，加强开发专业软件系统，通过软件来实现管理程序、采集处理程序和数据通讯程序，建立基于物联网技术的大数据共享平台，搭建专家系统体系，及时显示获得的土壤多参数数据以方便实时掌握动态信息，实现土壤检测的智能化和信息化。
参考文献：【1】本社 土壤环境监测技术规范
【2】毛志瑛 土壤中总测定样品预处理方法的探讨 化学分析计量 2003
论文作者:孙珊珊
论文发表刊物:《科学与技术》2020年1期
论文发表时间:2020/4/29
标签：土壤论文; 盐分论文; 养分论文; 快速论文; 配方论文; 电导率论文; 水分论文; 《科学与技术》2020年1期论文;