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用近紅外光譜技術(shù)給草坪——土壤系統(tǒng)做“體檢”
地球的皮膚
2016年02月02日
現(xiàn)代近紅外光譜技術(shù)的應(yīng)用除傳統(tǒng)的農(nóng)副產(chǎn)品的分析外已擴展到眾多的其他領(lǐng)域,主要有石油化工和基本有機化工、高分子化工、制藥與臨床醫(yī)學(xué)、生物化工、環(huán)境科學(xué)、紡織工業(yè)和食品工業(yè)等領(lǐng)域。下面主要詳細介紹下近紅外光譜技術(shù)在草坪-土壤管理中的應(yīng)用。
近紅外光譜技術(shù)也是近年來在草坪管理中興起的一種新的分析方法 , 可以快速、便捷、無損傷地同時檢測草坪 -土壤系統(tǒng)中多種要素。使用該技術(shù)可以及時獲取草坪草生長及環(huán)境狀態(tài)數(shù)據(jù),有效提高草坪管理決策管理水平。目前存在的問題是,利用近紅外光譜技術(shù)建模需要的有關(guān)球場的各種基礎(chǔ)化學(xué)分析數(shù)據(jù)還有待于積累。
1、NIRS在施肥管理中的應(yīng)用
草坪-土壤系統(tǒng)中的營養(yǎng)水平直接影響到草坪的很多坪用性狀, 從而間接地影響施肥、修剪、灌溉等輔助管理措施?，F(xiàn)在施肥的通常做法是草坪主管基于對草坪顏色、長勢的主觀判斷結(jié)合環(huán)境條件、季節(jié)變化來制定的。因為常規(guī)的分析方法耗時太長, 等分析結(jié)果出來時草坪-土壤中營養(yǎng)狀態(tài)已經(jīng)發(fā)生改變, 所得數(shù)據(jù)不再適用。應(yīng)用NIRS 技術(shù)能彌補以上不足, 可迅速、有效地檢測出草坪和土壤中營養(yǎng)水平是否存在潛在的過量或不足從而確定適宜的施肥時間和施肥量。
(1)草坪草營養(yǎng)含量的測定
采用 NIRS 技術(shù)和凱氏定氮兩種方法測定百慕大草坪草的氮含量, 發(fā)現(xiàn)兩種方法測得的氮含量存在顯著相關(guān)性；在1993 年采用同樣兩種方法測定匍匐翦股穎和多年生黑麥草在整個生長季節(jié)內(nèi)草屑的含氮量也呈現(xiàn)明顯的線性相關(guān)。同時, 采用 NIRS 技術(shù)確定的施肥時間與基于季節(jié)性施肥或感官質(zhì)量判斷確定的施肥時間相比,可在減少施肥量的基礎(chǔ)上保持相同的草坪質(zhì)量。以上這些研究結(jié)果表明 NIRS 技術(shù)是一種相對可靠的分析方法,可幫助草坪管理者快速準確地掌握草坪草的氮含量。植物樣品中的無機離子以一定形式與具有近紅外吸收的有機基團結(jié)合, 因而也可以借助 NIRS 技術(shù)測定其含量。對K,Ca,M g,Fe,Zn,Mn和Cu礦質(zhì)元素采用 NIRS 技術(shù)預(yù)測結(jié)果與采用傳統(tǒng)的試驗方法所得結(jié)果呈正相關(guān), 但使用NIRS 確定這些礦質(zhì)營養(yǎng)元素含量的精確度并不夠高。
(2)土壤營養(yǎng)成分分析
傳統(tǒng)的土壤成分含量檢測以化學(xué)方法為主, 存在檢測速度慢, 實時性差, 有污染等缺點。NIRS 用于土壤檢測可以對土壤水分、養(yǎng)分、質(zhì)地等進行實時和大批量分析, 獲取球場土壤信息量大, 覆蓋面寬, 而且不會對草坪造成人為破壞;其次是時效性強, 分析速度快, 可實現(xiàn)實時分析。另外操作簡單、 成本低、 多組分可同時測定通過一次全光譜掃描,即可獲得樣品中各種化學(xué)成分的光譜信息。因此, NIRS 技術(shù)在草坪土壤檢測方面潛力是巨大的。NIRS 法在評價土壤品質(zhì)方面有很大的潛力。用 NIRS 測定土壤中全氮和堿解氮技術(shù)已經(jīng)比較成熟, 對其他成分測定的效果還有待于進一步的實驗證明。2.NIRS在草坪灌溉管理中的應(yīng)用
灌溉是草坪每天養(yǎng)護中必不可少的一項管理措施, 特別是干旱地區(qū)果嶺的管理。合理灌溉的基礎(chǔ)是及時獲取草坪草和土壤中的水分含量和對天氣變化的了解。NIRS分析方法是一種快速、簡便及無破壞性的測量土壤水分的方法, 有很多研究者利用此方法分析土壤參數(shù), 可以實時提供草坪-土壤中的水分信息, 確定適宜的灌溉量和灌溉時間。采用基于 NIRS 技術(shù)的多光譜圖象進行系統(tǒng)分析, 獲得草坪草含水量與草坪反光特性之間的相關(guān)性,然后通過測量草坪在可見光和紅外線區(qū)域內(nèi)的不同光波下的反光特性, 來預(yù)測草坪短期的水分脅迫。利用N IRS 測定土壤水分的其他研究也證明 NIRS與實驗室化學(xué)分析法之間相關(guān)性高、誤差小, 可以直接用于土壤水分的實時預(yù)測, 是測量土壤水分的一個可靠的分析方法, 可幫助草坪管理者實時有效地把握灌溉時間和灌溉量。
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草坪質(zhì)量評定應(yīng)用得最廣泛的是草坪外觀質(zhì)量評價。目前為止國內(nèi)外草坪學(xué)者對草坪外觀質(zhì)量評價通常采用目測法, 普遍使用的評分系統(tǒng)是美國草坪草評價體系(NTEP)的九分制。目測法簡單易行, 但誤差較大, 需要有經(jīng)驗豐富的人員參與評價, 這樣的草坪外觀質(zhì)量評價給人概念模糊而不確定, 在以后的草坪管理中缺乏可靠的客觀依據(jù);而化學(xué)分析測量法雖然可將各種性狀指標定量化, 從而增加評價結(jié)果的準確性, 但常規(guī)的化學(xué)分析方法一般從取樣到結(jié)果分析出來所要耗費的時間很長,檢測成本又高,同時可能要破壞球場結(jié)構(gòu)及景觀，因而在草坪質(zhì)量評價中應(yīng)用受限。而運用 NIRS 技術(shù)可以從多方面對草坪的顏色、密度、均一性和蓋度等外觀評價指標進行測定,從而對草坪外觀質(zhì)量進行一個量化指標評價。截止到目前,NIRS在草坪顏色測定方面的應(yīng)用還不是很廣泛 ,但由于光譜技術(shù)簡單、客觀,相信不久的將來一定會在草坪外觀質(zhì)量評價方面得到很好應(yīng)用 。
4.NIRS在草坪有害生物防治中的應(yīng)用
及時準確地預(yù)測和判定草坪病蟲害的發(fā)生是有害生物防治的先決條件 , 因而在草坪管理中是非常重要的。目前球場的總監(jiān)或草坪主管多在病癥出現(xiàn)之后采用主觀經(jīng)驗判斷,這樣的被動防治的后果是大量施用殺菌劑或殺蟲劑,效果不確定而且污染環(huán)境,造成球會草坪養(yǎng)護資金的巨大浪費。采用 NIRS可以及時有效地判定有害生物發(fā)生的情況,有針對性地采取防治措施,減少了日常盲目的噴藥所帶來的環(huán)境負效應(yīng)。如：可以利用 NIRS 技術(shù)研究草坪冠層反射與冷季型草坪褐斑病和幣斑病之間的關(guān)系，可以利用 NIRS 技術(shù)通過對匍匐翦股穎草坪草屑含氮量和其幣斑病的發(fā)病程度的初步相關(guān)分析發(fā)現(xiàn), 隨著草坪草屑含氮量的升高,幣斑病的發(fā)病程度減輕。還可以用 NIRS 技術(shù)評估高羊茅真菌感染水平等等?？梢奛IRS 技術(shù)在有害生物防治方面有著其他預(yù)測防治方法無可比擬的時效性,相信不久的將來在草坪土壤的管理中將發(fā)揮更大的作用。