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Overview of Soil Nutrient Rapid Analysis Technology and Application
WANGZhiping, SHIYantong, NIEQing, HUXiaoyi, ANShunwei, WANGFuli, QUMingshan, XUJin, XIAOTing, GAOFei, ZHANGChunhong
Chin Agric Sci Bull ›› 2026, Vol. 42 ›› Issue (8) : 133-141.
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Abbreviation (ISO4): Chin Agric Sci Bull
Editor in chief: Yulong YIN
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Overview of Soil Nutrient Rapid Analysis Technology and Application
Traditional soil nutrient detection methods have problems such as high laboratory requirements, cumbersome procedures, high costs, and long cycles, resulting in poor timeliness and limited application. In order to solve the problem, the soil nutrient rapid detection methods widely used at home and abroad were sorted out. The ASI batch soil nutrient efficient rapid detection technology, the effective nitrogen, phosphorus and potassium combined extraction and analysis method of the Ministry of Agriculture Industry Standard in 2010, and the spectral soil nutrient rapid detection technology and the soil nutrient rapid detection box technology developed by South China Agricultural University were systematically compared with the traditional analysis methods. The results showed: The ASI method was suitable to batch soil nutrient rapid analysis for large quantity samples, but required expensive instruments, equipment and laboratory; the combined extraction and analysis method needed complex reagents with decreased cost, the soil nutrient rapid detection box technology were portable and simple, and could be applied to field diagnosis, these two soil nutrient rapid analysis methods still needed the help of electrophotometer or spectrophtometer. Spectrum rapid technology can obtain results quickly without destroy to soil, which is adaptable to large area of land. However, the instrument is expensive, and the accuracy of the model is significantly affected by soil type and moisture content. At present, there are still challenges in accuracy and application scope of the rapid detection technology. In the future, soil nutrient rapid detection technology will develop in the direction of miniaturization, intelligence, high-throughput and multi-parameter synchronous measurement, and expand application scenarios in combination with UAV remote sensing and other technologies. In order to improve its application value, it is urgent to establish a perfect data quality control system for rapid detection methods, construct a regional correction model based on big data and artificial intelligence, and strengthen the promotion and service of grassroots technology.
soil nutrient rapid analysis method / equipment and application / using character / problem and development trend
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针对新疆棉花生产中缺乏先进高效的推荐施肥方法和不合理施肥带来的肥料利用率低的现状, 本研究以1996—2019年新疆主要植棉区21个植棉县的414个棉花田间肥料试验为基础, 建立养分管理大数据库。采用QUEFTS模型模拟棉花最佳养分需求量, 并分析土壤基础养分供应、肥料的农学效率与产量反应之间的相关关系, 在此基础上构建施肥模型, 并开发了适用于新疆棉花生产的养分专家系统。为验证该系统的应用效果, 于2017—2021年在新疆主要棉花种植区开展田间验证试验。试验共设6个施肥处理, 分别为棉花养分专家系统推荐施肥(NE), 基于NE推荐施肥基础上的不施氮肥、不施磷肥和不施钾肥, 农民习惯施肥(FP)和当地的优化推荐施肥(ST), 调查了棉花产量、肥料利用效率和经济效益。QUEFTS模型模拟棉花养分吸收结果表明, 每生产1 t籽棉地上部所需氮、磷和钾养分分别为27.7、6.2和29.3 kg。施用氮、磷和钾肥的平均产量反应分别为1624、1096和804 kg hm<sup>-2</sup>, 平均相对产量分别为0.7、0.8和0.8, 平均农学效率分别为6.8、8.5和16.7 kg kg<sup>-1</sup>。田间验证结果显示, 与FP处理相比, NE处理分别减施氮、磷、钾肥40.7%、60.1%和10.7%; 与ST处理相比, NE处理分别减施氮、磷肥30.3%和38.0%, 增施钾肥10.8%。与FP和ST相比, NE处理的棉花产量分别增加了365 kg hm<sup>-2</sup>和92 kg hm<sup>-2</sup>, 经济效益分别增加了4302元 hm<sup>-2</sup>和1094元 hm<sup>-2</sup>, 氮、磷和钾肥回收率分别提高了18.8和11.8、14.2和11.5、13.4和6.0个百分点, 氮和磷肥农学效率分别增加了3.5 kg kg<sup>-1</sup>和2.2 kg kg<sup>-1</sup>、7.2 kg kg<sup>-1</sup>和4.4 kg kg<sup>-1</sup>, 钾肥农学效率分别减少了1.6 kg kg<sup>-1</sup>和0.6 kg kg<sup>-1</sup>。综上所述, 基于产量反应和农学效率构建的智能化新疆棉花养分专家系统, 能够为每块地提供个性化的施肥方案。连续多点的田间试验结果充分证明, 该方法优化了肥料用量与养分配比, 提高了棉花产量和肥料利用率, 增加了经济效益, 是适用于新疆棉花生产的推荐施肥新方法。
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为满足农村基层低成本、个性化、快速测土配肥的需求，解决现有的通用浸提剂在基层或流动服务条件下不能用于速效氮的测定的问题，研究了中性、石灰性土壤中的主要营养元素氮磷钾的联合浸提。为便于应用现有的测土施肥技术体系，基于土壤化学的原理，运用相关性的分析方法，本研究提出了以碳酸氢钠、硫酸钠为基础的土壤有效氮磷钾联合浸提剂。结果表明，使用该浸提剂，可缩短土壤氮磷钾养分的提取时间2/3以上，且速测数据与常规浸提分析数据的相关性达到了极显著水平(a=0.01)，在迅捷牌土肥速测仪上应用它测试土壤氮磷钾，测试成本降低10倍以上，达到了个性化测土施肥的成本低、速度快的要求，适宜在基层或流动服务车上进行测土施肥时应用。
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为了解决土壤个性化施肥问题，笔者分别采用了速测和常规2 种方法测定了10 个北方土壤样品中的氮、磷、钾含量。试验结果表明：速测法和常规法有很好的相关性，相关系数均达到0.966以上，尤其是钾的相关性达到0.99，均达到极显著水平。并建立了相应的回归曲线方程，在实际工作可利用速测结果通过相应的回归方程进行换算，折算出常规法检测的含量，指导配方施肥。该速测方法具有简单快速便捷之特点，试剂成品化，不需要实验人员自配药剂，仪器操作简便，不需要专业的实验人员操作，检测成本低，便与基层人员推广使用。
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