为研究土壤全氮含量，自主开发了基于近红外光谱技术的便携式土壤全氮测定仪。以中国农业大学上庄实验站采集的60 个土壤样本作为实验材料，分别对土壤全氮测定仪的稳定性、准确性和预测模型精度进行了测试。使用模型的测定系数( RC) 、验证系数( RV) 、校正均方根误差( RMSEC) 、预测均方根误差( RMSEP) 和相对分析误差( RPD) 作为模型精度的评价指标。实验结果显示，本测定仪在波长940、1 050、1 100、1 200、1 300、1 450 和1 550 nm 处的吸光度重复性误差分别为1. 57%、1. 80%、1. 59%、0. 94%、0. 61%、0. 64% 和3. 13%，平均误差1. 80%; 测定仪吸光度和傅里叶光谱分析仪吸光度相关系数分别达到0. 971、0. 948、0. 928、0. 873、0. 920、0. 901 和0. 913，平均值为0. 922; 使用测定仪平均吸光度数据，通过BP 神经网络建立的土壤全氮预测模型RC、RV、RMSEC、RMSEP 和RPD 分别达到0. 81、0. 80、0. 029、0. 019 和3. 44。使用该预测模型建立的土壤全氮分布图和实际土壤全氮分布图具有高度的一致性。实验结果表明，便携式土壤全氮测定仪工作稳定，使用平均吸光度数据建立的土壤
全氮预测模型具有较好的预测能力和较强的鲁棒性，可以在土壤全氮含量实时检测中应用。
精细农业变量施肥取决于对农田的土壤养分分布信息的了解，快速获取土壤养分信息是实施精细农业的基础。近红外光谱分析方法具有快速、高效、无损和适合在线分析等优点。近年来，采用近红外光谱技术获取土壤养分信息，成为国内外学者研究的重点。Dalal 等在1 100 ～ 2 500 nm 范围内使用近红外光谱反射率建立了土壤水分、有机质和土壤全氮的预测模型。Reeves 等使用近红外光谱技术建立了土壤全氮预测模型，决定系数都在0. 9 以上。何勇等使用近红外光谱技术建立了土壤全氮、有机质和pH 值的预测模型，决定系数分别为0. 93、0. 93 和0. 91，预测标准差分别为3. 28、0. 06 和0. 07。李颉等使用傅里叶光谱分析仪，对北京市
郊72 个土样使用偏最小二乘( PLSR) 方法建立了土壤全氮、钾、磷和pH 值的预测模型，模型的决定系数分别达到了0. 95、0. 86、0. 90 和0. 87。郑立华等使用BP 神经网络( BPNN) 、支持向量机( SVM) 和小波变换( WT) 的方法分别建立了土壤全氮和有机质的预测模型。此外，Shibusawa 等［在便携式近红外光谱仪的设计和研究中也取得了一些结果。
近年来使用近红外光谱技术检测土壤全氮的研究取得了不少的进展，但是大部分都是在室内条件下，使用光谱仪进行数据获取和建模。到目前为止，还没有一款能够实际应用在田间实时检测条件下的便携式设备和模型。本研究的目的是对自主开发的便携式土壤全氮测定仪的稳定性和准确性进行测试，建立土壤全氮预测模型，实现土壤全氮的田间测
量。 材料与方法：实验材料，中国农业大学上庄实验站位于北京市海淀区上庄镇辛力屯村，占地66. 67 hm2。本研究的土壤采自。实验站玉米田，采集范围为东经116. 103 650 82° ～116. 103 742 39°，北纬40. 075 829 492° ～40. 075 844 864°，土壤类型属褐土土质，有很强的代表性。采样深度为除表层土壤后1 ～ 20 cm，采样质量1. 0 ～ 1. 5 kg。为了减少人为操作带来的误差，本次采集的土样同属一个批次，统一烘干后的土样过20 目筛，进行统一编号后，用自封袋对土样进行密封保存。用四分法取2 份各60 个土样，一份进行常规化学测量值分析，另一份进行近红外光谱检测分析，光谱仪分别使用自主开发的土壤全氮测定仪和MATRIX-I 型傅里叶近红外光谱分析仪。实验仪器， 便携式土壤全氮测定仪。本研究使用的实验仪器是自主开发的基于近红外光谱技术的便携式土壤全氮测定仪。测定仪采用自带光源发出的光信号取代太阳光，测量土壤相关参数的检测探头深入到土壤表层以下30 cm 处［17］。测定仪由光学部分和控制部分组成。光学部分包括7 个波长的近红外光源［18 ～ 20］ ( 1 550、1 450、1 300、1 200、1 100、1 050 和940 nm) 、光源驱动电路、Y 型入射/反射光纤、探针以及InGaAs 光电探测器; 控制部分包括放大电路、滤波电路、A/D 转换电路、液晶显示电路以及U 盘存储电路。 测定仪总体结构设计图，测定仪原理图。近红外光源提供的单波段光信号经过Y型光纤传输到土壤样本表面进行光谱信息测量，其中一部分光信号被土壤吸收，另一部分光信号在土
壤表面形成漫反射，反射的光信号通过光纤将信息反馈回来，传至InGaAs 光电探测器表面，光电探测器将光信号转换为电信号。电路系统对电信号进行放大、滤波和A/D 转换等，最后送入89S52 单片机系统。数据经系统处理后，在LCD 显示检测结果，并可以通过串口方便地实现与上位机进行数据
传送或进行U 盘存储。
