作者：刘彩霞，温州市农业科学研究院助理研究员

          沈剑波，温州市农业科学研究院副研究员

          温   靖，农业农村部规划设计研究院高级工程师

          张志恩，温州市农业科学研究院研究实习员

审核专家：吴才聪，中国农业大学信息与电气工程学院教授

                 刘继展，江苏大学农业工程学院副院长，教授

长期以来，人们了解一块地的土壤养分状况，主要采取“田间采样、送样检测、实验室分析”这套测定流程，为耕地施肥方案制定提供了基础数据支撑。但随着精准农业发展，这套传统土壤养分数据获取模式越来越难满足田间大面积、高时效的养分检测需求。现代农业正实现无需破坏性采样和大批量送检，即可快速获取田块养分空间分布信息的技术，有望显著缓解传统测土耗时费力的难题。

1   传统测土的局限性

一是数据代表性有限。常规土壤采样通常将待测田块划分为若干采样单元：大田作物平均每个采样单元为100～200亩（平原区100～500亩，丘陵区30～80亩），蔬菜为10～20亩，温室大棚每20～30个棚室或10～15亩采一个样，果树为20～40亩（依据《测土配方施肥技术规范（2011年修订版）》）。在每个单元内按梅花形或S形布设5～20个采样点，各点取等量土样混合制成1个混合样送检。这种设计是在成本与代表性之间取得的平衡，最终得到的是该采样单元的平均养分水平，难以反映单元内部细微的养分空间差异。

二是成本高、周期长。大面积检测需要耗费大量人力物力，从取样、送检到出结果往往需要数天甚至数周，时效性差，整体覆盖性差，难以及时指导当期施肥作业。

图1 传统土壤采样检测场景

2   两种无损快速检测技术

为破解上述局限，现代农业依托物理传感技术，发展出无损、快速、大面积的土壤养分检测方案，目前主要有电磁感应法和近红外光谱法两种技术。

电磁感应法，适合先快速摸清整个田块土壤的基础状况。该技术通过仪器发射交变电磁场，在土壤中感应出微弱电流，再测量由此产生的次生磁场强度，从而推算土壤的电磁感应电导率，间接反映土壤物化性状态。土壤的盐分含量、水分多少、土质质地、孔隙结构以及温度等都会影响电导率数值，其中盐分和水分的影响最直接，质地和孔隙结构则主要通过改变水分状况和离子迁移路径间接产生影响，这些指标都与土壤基础肥力存在一定相关性。仪器在田间移动扫描时可实时捕捉全域电导率数据，快速生成土壤基础属性分布图。目前，此方法已广泛用于盐渍化调查、土壤质地制图和精准农业管理分区划定。

近红外光谱法，则聚焦有机质与氮素的估测。土壤中的有机质、氮素等养分的分子含有O-H、N-H、C-H等基团，这些基团对近红外波段光线有特定的吸收特性；不同养分含量的土壤，对光线的吸收、反射程度存在差异。检测仪器通过捕捉土壤表面的反射光谱变化，结合内置模型，可间接估测土壤有机质、速效氮等关键养分的含量。目前，手持式近红外光谱仪已开始用于农场尺度的土壤有机碳监测，也可同时估测有机质、全氮和速效氮含量。此方法对有机质和全氮的估测精度较高，对速效氮的预测精度相对有限。

需要说明的是，两种技术单独使用时，精度都略低于实验室化验。电磁感应法侧重基础属性测绘，难以给出具体养分数值；近红外光谱法对磷、钾等养分的检测稳定性有限，这是由于这些元素缺乏明显的近红外吸收特征。所以，它们更适合做“初筛”和“摸底”，而不是完全替代化验。

图2 两类无损快速测土技术原理示意（图上分别标注电磁感应及红外测试）

3   “无损扫描 + 少量加密取样”的组合模式

实际应用中多采用组合模式，以兼顾效率与精度。具体做法是：先用电磁感应和近红外光谱技术完成整块田地的全域快速扫描，搭起土壤养分空间分布的初步框架；再针对性选取高低肥力典型点位，进行少量实验室加密化验，用数据校准传感模型，修正全域扫描的误差。最终生成的全田养分分布图能较好反映田间肥力差异，同时规避了传统检测成本高、周期长的弊端。需要注意的是，其精度仍受采样密度和模型校准质量的影响。

图3 组合模式测土工作流程与田间养分分布图

4   科普小结

无损快速测土技术是精准农业实施的关键技术支撑，弥补了传统测土“以点代面”的不足，能够反映田块内部养分的空间分布特征，为配方施肥和分区管理提供数据依据，进而支撑化肥减量、提质增效与绿色生产。

项目负责人：王应宽

项目顾问：赵春江、李洪文

终稿审核：张高振、温靖、国圆、魏秀菊

科学编辑：么秋月、赵梦、张梦雪、朱逸铭、刘杰

制作单位：中国农业工程学会