本發(fā)明涉及土壤中碳含量的檢測，特別是涉及一種鹽漬化土壤中無機(jī)碳含量的檢測方法。
背景技術(shù)：
土壤無機(jī)碳主要是指土壤風(fēng)化成土過程中形成的發(fā)生性碳酸鹽礦物態(tài)碳，是半濕潤到干旱地區(qū)土壤的一個(gè)重要組成部分。土壤無機(jī)碳包括固、液、氣三相。氣相是二氧化碳，來源于土壤呼吸產(chǎn)生的CO2以及土壤剖面上部混入的大氣；液相包括二氧化碳、碳酸、重碳酸以及碳酸根離子，來源于CO2與水反應(yīng)生成的富含H2CO3和HCO3-的溶液；固相主要是碳酸鹽，來源于土壤母質(zhì)、富含碳酸鹽的氣載塵埃、地下水、植物殘?bào)w和人為活動(dòng)帶入等，其中，石灰性母質(zhì)和風(fēng)積灰塵是其主要來源。從來源上看，土壤碳酸鹽主要包括巖生性碳酸鹽和發(fā)生性碳酸鹽。前者又稱原生或繼承性碳酸鹽，指來源于成土母質(zhì)或母巖，未經(jīng)風(fēng)化成土作用而保存下來的碳酸鹽；后者又稱次生或自生碳酸鹽，或地生性碳酸鹽，是指在風(fēng)化成土過程中形成的碳酸鹽，多發(fā)生在相對干旱的草原或者草灌植被土壤，且土壤pH一般大于7，年均降水量小于800mm土壤。無機(jī)碳主要存在于干旱土壤中，研究認(rèn)為干旱土壤中無機(jī)碳含量可達(dá)有機(jī)碳含量的5倍，全球約有40％的干旱土地，而我國西北干旱區(qū)土壤的無機(jī)碳相當(dāng)于全球的1/20～1/15。土壤無機(jī)碳受氣候變化與人類活動(dòng)的影響，參與碳循環(huán)，進(jìn)而影響全球溫室效應(yīng)，因此土壤無機(jī)碳庫對于土壤碳庫計(jì)算及碳循環(huán)研究是必不可少的。無機(jī)碳庫可分為成巖性無機(jī)碳和成土性無機(jī)碳。土壤中的游離碳酸鈣影響土壤團(tuán)聚體的狀況、微生物活性、土壤pH、有機(jī)質(zhì)的分解速率，進(jìn)而影響土壤有機(jī)碳庫。
綜上，土壤無機(jī)碳的含量數(shù)據(jù)對于土壤碳庫的研究和全球氣候變化研究具有重要意義。但現(xiàn)有的土壤中無機(jī)碳含量的檢測方法需要配制化學(xué)試劑，測定過程中化學(xué)尾液排放對環(huán)境的污染和對人體的傷害，而且存在操作步驟繁瑣，檢測時(shí)間長的缺陷。目前現(xiàn)有技術(shù)中急需一種無污染、操作簡便、快速精確的鹽漬化土壤中無機(jī)碳含量的檢測方法。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，本發(fā)明提出了一種無污染、操作簡便、快速精確的鹽漬化土壤中無機(jī)碳含量的檢測方法，該方法實(shí)現(xiàn)了鹽漬化土壤中無機(jī)碳含量的快速準(zhǔn)確檢測，不需要配制任何化學(xué)試劑，避免了測定過程中化學(xué)尾液排放對環(huán)境的污染和對人體的傷害，同時(shí)也大大簡化了操作步驟，縮短了檢測時(shí)間，能滿足鹽漬化土壤中無機(jī)碳含量數(shù)據(jù)的需求，為全球氣候變化研究中計(jì)算鹽漬化土壤的無機(jī)碳庫儲(chǔ)量提供了快速獲取無機(jī)碳含量這種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的新的手段。
具體的，本發(fā)明提供的鹽漬化土壤無機(jī)碳含量的檢測方法，包括如下步驟：
S1：以鹽漬化土壤為檢測對象，采集土壤樣品，進(jìn)行預(yù)處理；
S2：測定預(yù)處理后的土壤樣品的反射率，得到350-2500nm波段的反射率數(shù)據(jù)；
S3：對350-2500nm波段的反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行多元散射校正后，采用小波降噪，再進(jìn)行平滑處理；
S4：提取土壤樣品在540nm、541nm、1414nm、1415nm、1420nm、1421nm、1425nm、1486nm、2447nm、2448nm、2488nm、2489nm、2499nm波長的反射率數(shù)據(jù)；
S5：將各波長的反射率數(shù)據(jù)代入鹽漬化土壤無機(jī)碳含量檢測模型：
Y＝0.4812016x1+3.525287x2+42.55593x3+38.12305x4+21.93143x5+16.48442x6+3.590905x7-142.7915x8+68.60448x9+62.98148x10-31.53039x11-27.21985x12-53.49123x13+2.42801，計(jì)算得到鹽漬化土壤無機(jī)碳含量；
其中，Y為鹽漬化土壤的無機(jī)碳含量，單位為g/kg；x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9、x10、x11、x12、x13分別為待檢測土壤樣品在540nm、541nm、1414nm、1415nm、1420nm、1421nm、1425nm、1486nm、2447nm、2448nm、2488nm、2489nm、2499nm波長的反射率數(shù)據(jù)。
優(yōu)選地，S1中，所述土壤樣品的預(yù)處理過程具體如下：
清除采集的土壤樣品中的雜物，將所述土壤樣品放置于室內(nèi)風(fēng)干，將風(fēng)干的土壤樣品用研缽研磨后并過2mm篩，研磨過篩后的土壤樣品放置于烘箱中50℃條件下烘干2h后，待冷卻至常溫后密封保存。
優(yōu)選地，S2中，采用美國ASD公司生產(chǎn)的QualitySpec Trek手持式光譜儀測定土壤樣品的反射率，所述光譜儀的分辨率在350-700nm為3nm，701-1400nm為9.8nm，1401-2500nm為8.1nm。
更優(yōu)選地，S2中，采用所述光譜儀測定土壤樣品時(shí)，環(huán)境溫度恒定，將土壤樣品盛裝在漆黑的直徑為5cm的培養(yǎng)皿中，探頭與土壤樣品接觸測定反射率時(shí)，控制好二者之間的距離，以避免探頭內(nèi)置光源出現(xiàn)漏光的現(xiàn)象。
更優(yōu)選地，將土壤樣品平鋪于直徑為5cm的培養(yǎng)皿后，土壤樣品的厚度為10-15mm。
優(yōu)選地，S3中，所述平滑處理方法為Savitzky-Golay Smoothing，平滑窗口為7。
優(yōu)選地，S4中，540nm、541nm、1414nm、1415nm、1420nm、1421nm、1425nm、1486nm、2447nm、2448nm、2488nm、2489nm、2499nm波長的反射率數(shù)據(jù)，分別為同一土壤樣品重復(fù)4次測定的反射率數(shù)據(jù)的平均值。
本發(fā)明提供的鹽漬化土壤無機(jī)碳含量的檢測方法，實(shí)現(xiàn)了鹽漬化土壤無機(jī)碳含量的快速準(zhǔn)確檢測，不需要配制任何化學(xué)試劑，避免了測定過程中化學(xué)尾液排放對環(huán)境的污染和對人體的傷害，同時(shí)也大大簡化了操作步驟，縮短了檢測時(shí)間，能滿足鹽漬化土壤無機(jī)碳含量數(shù)據(jù)的需求，為全球氣候變化研究中計(jì)算鹽漬化土壤的無機(jī)碳庫儲(chǔ)量提供了快速獲取無機(jī)碳含量這種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的新的手段。該方法準(zhǔn)確度高、干擾小，提高方法檢出限，可行性強(qiáng)，同時(shí)具有無污染、操作簡便、快速精確的特點(diǎn)，適合推廣應(yīng)用。
附圖說明
圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的鹽漬化土壤無機(jī)碳實(shí)測值與檢測值散點(diǎn)圖(n＝195)。
具體實(shí)施方式
為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案能予以實(shí)施，下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但所舉實(shí)施例不作為對本發(fā)明的限定。
一種鹽漬化土壤無機(jī)碳含量的檢測方法，包括如下步驟：
以鹽漬化土壤為檢測對象，于新疆溫宿縣的空臺(tái)里克牧場共隨機(jī)采集了195個(gè)不同無機(jī)碳含量土壤樣品，清除土壤樣品中的小石子及肉眼可見的植物根系和枯枝落葉，并將土壤樣品放置于室內(nèi)風(fēng)干，便于之后充分研磨成粒，風(fēng)干的土壤樣品用研缽研磨后，全部通過孔徑為2mm的篩子，研磨過篩后的土壤樣品放置于烘箱中50℃條件下烘干2h后，待冷卻至常溫后密封保存，完成土壤樣品的預(yù)處理。
對預(yù)處理后的土壤樣品采用美國ASD公司生產(chǎn)的QualitySpec Trek手持式光譜儀分別測定195個(gè)土壤樣品的反射率，得到350-2500nm波段的反射率數(shù)據(jù)；需要說明的是，該光譜儀的分辨率在350-700nm為3nm，701-1400nm為9.8nm，1401-2500nm為8.1nm；采用該光譜儀測定土壤樣品時(shí)，環(huán)境溫度恒定，將土壤樣品盛裝在漆黑的直徑為5cm的培養(yǎng)皿中，探頭與土壤樣品接觸測定反射率時(shí)，控制好二者之間的距離，以避免探頭內(nèi)置光源出現(xiàn)漏光的現(xiàn)象，而導(dǎo)致的測量數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。優(yōu)選地，將土壤樣品平鋪于直徑為5cm的培養(yǎng)皿后，土壤樣品的厚度為10-15mm為最佳。
接著，對這195個(gè)土壤樣品的350-2500nm波段的反射率數(shù)據(jù)分別進(jìn)行多元散射校正后，采用小波降噪，再進(jìn)行平滑處理，優(yōu)選地，平滑處理采用Savitzky-Golay Smoothing方法，平滑窗口為7。
在上述處理后的波段內(nèi)，提取土壤樣品分別在540nm、541nm、1414nm、1415nm、1420nm、1421nm、1425nm、1486nm、2447nm、2448nm、2488nm、2489nm、2499nm波長的反射率數(shù)據(jù)，將各波長的反射率數(shù)據(jù)代入鹽漬化土壤無機(jī)碳含量檢測模型：
Y＝0.4812016x1+3.525287x2+42.55593x3+38.12305x4+21.93143x5+16.48442x6+3.590905x7-142.7915x8+68.60448x9+62.98148x10-31.53039x11-27.21985x12-53.49123x13+2.42801，計(jì)算得到鹽漬化土壤無機(jī)碳含量；
其中，Y為鹽漬化土壤的無機(jī)碳含量，單位為g/kg；x1、x2、x3、x4、x5、x6、x7、x8、x9、x10、x11、x12、x13分別為待檢測土壤樣品在540nm、541nm、1414nm、1415nm、1420nm、1421nm、1425nm、1486nm、2447nm、2448nm、2488nm、2489nm、2499nm波長的反射率數(shù)據(jù)。
需要說明的是，為了更準(zhǔn)確的檢測每一個(gè)土壤樣品的無機(jī)碳含量，我們對同一土壤樣品重復(fù)4次測定，得到4組350-2500nm波段的反射率數(shù)據(jù)，并對每組350-2500nm波段的反射率數(shù)據(jù)進(jìn)行多元散射校正后，采用小波降噪，再進(jìn)行平滑處理；分別提取4次測定的同一土壤樣品在540nm、541nm、1414nm、1415nm、1420nm、1421nm、1425nm、1486nm、2447nm、2448nm、2488nm、2489nm、2499nm波長的反射率數(shù)據(jù)，分別取對應(yīng)波長的平均值，帶入鹽漬化土壤無機(jī)碳含量檢測模型，即得到該土壤樣品的無機(jī)碳含量。
利用室內(nèi)化學(xué)測定法獲取的土壤樣品無機(jī)碳含量的真實(shí)值與利用上述鹽漬化土壤的無機(jī)碳含量檢測模型得到的檢測值的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，具體見表1。
表1鹽漬化土壤無機(jī)碳含量含量檢測結(jié)果(樣本數(shù)為195)
由表1可知，真實(shí)值與檢測值二者的平均值、最大值、最小值非常相近；圖1為鹽漬化土壤無機(jī)碳實(shí)測值與檢測值散點(diǎn)圖，由圖1可以看出土壤樣品無機(jī)碳含量實(shí)測值與檢測值的擬合程度。真實(shí)值與檢測值之間的決定系數(shù)R2達(dá)到0.74，均方根誤差RMSE僅有0.23g/kg，平均絕對誤差MAE只有0.17g/kg，標(biāo)準(zhǔn)差與均方根誤差比RPD達(dá)到1.97，根據(jù)RPD評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，RPD接近2.0，說明模型具有高精度預(yù)測的能力。該結(jié)果表明，本發(fā)明的方法可以準(zhǔn)確、快速的檢測土壤樣品中的無機(jī)碳含量。
以上所述實(shí)施例僅是為充分說明本發(fā)明而所舉的較佳的實(shí)施例，其保護(hù)范圍不限于此。本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明基礎(chǔ)上所作的等同替代或變換，均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)。