俞越明, 萬夢(mèng)雪, 胡文友*,王霞，王昌昆，周怡, 吳秋梅, , 黃標(biāo)

(1.南京信息工程大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京 210044；2.中國科學(xué)院南京土壤研究所 中國科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；4.江蘇省環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，江蘇 南京 210019；5.中國科學(xué)院南京土壤研究所 土壤與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210008)

關(guān)鍵字：便攜式X射線熒光光譜；可見光-近紅外反射光譜；激光誘導(dǎo)擊穿光譜；電弧發(fā)射光譜；土壤；多參數(shù)；快速檢測(cè)

土壤環(huán)境質(zhì)量在生態(tài)系統(tǒng)中具有非常重要的地位，會(huì)對(duì)周邊作物和水體等產(chǎn)生影響，保護(hù)土壤環(huán)境是推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)和維護(hù)國家生態(tài)安全的重要內(nèi)容。2019年開始施行的《中華人民共和國土壤污染防治法》明確提出，要在全國范圍內(nèi)深入開展土壤污染狀況調(diào)查，實(shí)行土壤環(huán)境監(jiān)測(cè)，加強(qiáng)土水污染一體防治。隨著現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技的快速發(fā)展，基于立體化快速感知體系、物聯(lián)網(wǎng)和云計(jì)算系統(tǒng)等組成的智慧農(nóng)業(yè)已經(jīng)成為我國現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重要發(fā)展方向。而對(duì)智慧農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中土壤、作物、肥料以及各環(huán)境要素中多參數(shù)的快速監(jiān)測(cè)及信息獲取技術(shù)是其發(fā)展的重要保障。由此可見，對(duì)土壤環(huán)境質(zhì)量和污染狀況的監(jiān)測(cè)將成為未來環(huán)境監(jiān)測(cè)工作的常態(tài)[1]。

傳統(tǒng)的土壤化學(xué)檢測(cè)方法雖然具有檢出限低、準(zhǔn)確度高等優(yōu)點(diǎn)，但是需要進(jìn)行復(fù)雜的樣品前處理(如重金屬元素分析前的消解過程)，而且測(cè)試周期長、分析費(fèi)用高。因此，迫切需要尋找快速、準(zhǔn)確的土壤多參數(shù)檢測(cè)方法，以實(shí)現(xiàn)多尺度土壤屬性數(shù)據(jù)的快速獲取與更新[2-4]。近年來，隨著光譜技術(shù)的快速發(fā)展，基于光譜技術(shù)的土壤多參數(shù)快速檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)成為研究和應(yīng)用的熱點(diǎn)[5-7]。

現(xiàn)系統(tǒng)地梳理了便攜式X 射線熒光光譜(Potable X-Ray fluorescence spectroscopy，PXRF)、可見光-近紅外反射光譜(Visible and near infrared reflectance spectroscopy，Vis-NIR )、激光誘導(dǎo)擊穿光譜 (Laser-induced breakdown spectroscopy，LIBS)以及電弧發(fā)射光譜(Arc emission spectroscopy, AES)等光譜技術(shù)的研究現(xiàn)狀和應(yīng)用進(jìn)展，比較了不同光譜技術(shù)的適用范圍及其優(yōu)缺點(diǎn)，以期為我國土壤多參數(shù)快速檢測(cè)研究與應(yīng)用提供參考與借鑒。

1 便攜式X射線熒光光譜(PXRF)

1.1 PXRF技術(shù)特點(diǎn)

PXRF技術(shù)是一種多元素同時(shí)測(cè)定的分析方法，是國際標(biāo)準(zhǔn)組織(ISO)的標(biāo)準(zhǔn)分析方法之一，美國環(huán)境保護(hù)署(U.S. EPA)也將該方法作為其標(biāo)準(zhǔn)分析方法。PXRF技術(shù)測(cè)定土壤參數(shù)信息是基于特征譜線的波長及強(qiáng)度信息實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)樣品中元素的原子受到高能X射線照射時(shí)，就會(huì)發(fā)射出特定的X射線譜，特征譜線的波長與元素的原子序數(shù)有關(guān)，譜線的強(qiáng)度與元素的含量有關(guān)，因此通過測(cè)定譜線的波長，就可知道樣品中包含的元素，通過測(cè)定譜線的強(qiáng)度，就可知道樣品中元素的含量。由于其譜線簡(jiǎn)單、干擾少、分析速度快、試樣制備簡(jiǎn)單、重現(xiàn)性好、可以多元素同時(shí)測(cè)定和可以現(xiàn)場(chǎng)無損快速檢測(cè)等優(yōu)點(diǎn)，PXRF技術(shù)已經(jīng)成為一種土壤多參數(shù)快速檢測(cè)的有效方法，被廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、采礦和環(huán)境等部門[6，8-11]。目前PXRF技術(shù)基本可以滿足一般農(nóng)田土壤中砷、鉛、銅、鋅、鉻、鈣、鐵等部分重金屬和微量元素的快速檢測(cè)，但對(duì)農(nóng)田土壤中鎘、汞、鎳、硒、銻等元素?zé)o法實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)定。

1.2 PXRF技術(shù)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用進(jìn)展

PXRF技術(shù)測(cè)定精度的影響因素主要有土壤粒徑大小、土壤濕度和有機(jī)質(zhì)含量等[6，12]。由于土壤的基質(zhì)效應(yīng)，不同類型的土壤中重金屬的X射線熒光特征響應(yīng)強(qiáng)度不一致。土壤物理基質(zhì)效應(yīng)包括土壤粒徑大小、土壤異質(zhì)性和表面條件、土壤含水量等；化學(xué)效應(yīng)主要包括化學(xué)元素對(duì)測(cè)定元素的干擾，如土壤中的鐵離子可以吸收銅的X射線，從而降低土壤中的銅的測(cè)定值，并增加土壤中鉻的測(cè)定值[13]。因此，在應(yīng)用PXRF技術(shù)對(duì)土壤進(jìn)行多元素同時(shí)檢測(cè)時(shí)要充分考慮和消除這些因素對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，提高監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)精度和效果[14]。

PXRF技術(shù)與電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)、原子熒光光譜法(AFS)等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室方法相結(jié)合，技術(shù)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，將極大地提高土壤檢測(cè)的效率。Hu等[6]采用PXRF技術(shù)以及ICP-MS和AFS傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室方法對(duì)長三角典型農(nóng)田土壤中砷、鉛、銅和鋅等重金屬含量進(jìn)行了快速測(cè)定，結(jié)合GIS空間分析手段，構(gòu)建了基于PXRF技術(shù)的區(qū)域農(nóng)田土壤重金屬快速檢測(cè)與定量化評(píng)價(jià)方法。鄺榮禧等[10]發(fā)現(xiàn)PXRF技術(shù)是一種有效的快速檢測(cè)與評(píng)價(jià)礦區(qū)周邊農(nóng)田土壤砷、鉛、銅和鋅的定量分析方法，且PXRF技術(shù)異位測(cè)定的結(jié)果更接近于傳統(tǒng)ICP-MS和AFS實(shí)驗(yàn)室分析結(jié)果，結(jié)合傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室方法的驗(yàn)證和GIS空間分析手段，PXRF 技術(shù)可用于區(qū)域土壤砷、鉛、銅和鋅的快速檢測(cè)，以及污染區(qū)篩查與評(píng)價(jià)。冉景等[15]發(fā)現(xiàn)PXRF技術(shù)測(cè)定土壤銅、鉛、砷、鉻、鎳和鋅的檢出限均低于區(qū)域元素背景值和《土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 15618—1995)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值，表明PXRF技術(shù)可用于土壤重金屬污染快速檢測(cè)和土地質(zhì)量評(píng)價(jià)等多參數(shù)快速檢測(cè)。王本偉等[16]發(fā)現(xiàn)PXRF技術(shù)對(duì)農(nóng)田重金屬鉛、銅、鋅和砷等的測(cè)定結(jié)果與常規(guī)實(shí)驗(yàn)室方法的測(cè)定結(jié)果間有很好的相關(guān)性，可滿足快速檢測(cè)要求。同時(shí)，也有研究利用PXRF技術(shù)測(cè)得的元素含量預(yù)測(cè)土壤陽離子交換量(CEC)、pH值、土壤結(jié)構(gòu)、石膏含量等性質(zhì)[17-18]。綜上所述，PXRF技術(shù)是一種快速、穩(wěn)定、可靠的分析方法，可用于區(qū)域農(nóng)田土壤重金屬等多種土壤參數(shù)的監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)。

2 可見光-近紅外反射光譜(Vis-NIR)

2.1 Vis-NIR技術(shù)特點(diǎn)

Vis-NIR技術(shù)主要是通過特征官能團(tuán)在紅外光譜區(qū)域基頻信息的倍頻與諧頻反映土壤屬性信息，具有分析速度快、試樣制備簡(jiǎn)單、成本低、非破壞測(cè)定和多屬性同時(shí)預(yù)測(cè)等特點(diǎn)。Muller和Decamps[19]通過研究發(fā)現(xiàn)，土壤水分在1 400及1 900 nm處具有明顯的吸收特征，在整個(gè)光譜區(qū)域內(nèi)土壤反射率與水分含量之間均具有良好的定量關(guān)系；鐵(針鐵礦和赤鐵礦)在可見光范圍內(nèi)也具有較為明顯的光譜特征；粘土礦物和碳酸鈣(CaCO3)在近紅外光譜區(qū)域(780～2 500 nm)具有微弱的光譜特征。而土壤中的重金屬(錳、硒、汞、砷、鉻、鎳、銅、鋅、鎘、鉛)在Vis-NIR光譜區(qū)域并沒有明顯的光譜特征，但重金屬元素的檢測(cè)可以基于其與土壤中有機(jī)質(zhì)以及鐵之間的關(guān)系間接實(shí)現(xiàn)[20]，在檢測(cè)時(shí)對(duì)不同區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步標(biāo)定，通常也能夠獲得較好的預(yù)測(cè)精度[21]。因此Vis-NIR技術(shù)可用于土壤有機(jī)質(zhì)、總氮、黏粒含量、全鐵、鹽分、部分重金屬元素等參數(shù)的快速測(cè)定。

2.2 Vis-NIR技術(shù)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用進(jìn)展

研究表明，基于Vis-NIR技術(shù)獲取的土壤多參數(shù)檢測(cè)光譜數(shù)據(jù)通常具有較高的維度，傳統(tǒng)的單一變量統(tǒng)計(jì)方法難以滿足高維度光譜數(shù)據(jù)的要求。目前，多元統(tǒng)計(jì)方法已被廣泛使用，主要包括線性回歸和非線性回歸方法。通過對(duì)比多種統(tǒng)計(jì)方法(偏最小二乘回歸、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機(jī)、隨機(jī)森林等)在土壤有機(jī)質(zhì)、黏粒含量及pH值的預(yù)測(cè)中發(fā)現(xiàn)，不同的土壤參數(shù)對(duì)應(yīng)的最優(yōu)統(tǒng)計(jì)方法不同，在利用Vis-NIR技術(shù)檢測(cè)土壤多參數(shù)的過程中，應(yīng)當(dāng)針對(duì)不同的土壤參數(shù)選擇相應(yīng)的多元統(tǒng)計(jì)方法[22]。土壤的Vis-NIR光譜是其組成物質(zhì)光譜特征及其表面狀況的綜合反映，土壤的光譜特征也會(huì)受到其表面狀況的影響，Wu等[23]、Rodionov等[24]和Minasny等[25]采用光譜預(yù)處理、多模型方法及正交變換方法消除了外部因素對(duì)Vis-NIR技術(shù)的影響，并取得了良好的校正效果。

目前，Vis-NIR技術(shù)在土壤檢測(cè)中的應(yīng)用主要是基于不同的模型與光譜預(yù)處理來預(yù)測(cè)土壤理化性質(zhì)和重金屬含量。徐永明等[26]利用土壤的室內(nèi)反射率光譜，探討土壤總氮元素的高光譜機(jī)理，得到土壤的反射率光譜與氮元素含量之間存在比較明顯的相關(guān)性,可見光-近紅外反射光譜具有快速估算土壤中總氮含量的潛力。陽洋等[27]建立了基于Vis-NIR技術(shù)的土壤游離鐵精確預(yù)測(cè)模型，有助于研究土壤發(fā)生和系統(tǒng)分類，可對(duì)土壤游離鐵含量進(jìn)行高效快速的檢測(cè)。程航等[28]發(fā)現(xiàn)重金屬的可見-近紅外反射光譜與重金屬的電子結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，Vis-NIR技術(shù)可以檢測(cè)到土壤中較高濃度重金屬的存在，基于部分重金屬化合物的Vis-NIR特征，結(jié)合晶體場(chǎng)理論為土壤重金屬的定性和定量反射光譜分析提供了理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)參考。綜上，Vis-NIR技術(shù)在快速高效、無損低耗地預(yù)測(cè)土壤理化性質(zhì)和重金屬元素含量方面具有較好的適用性。

3 激光誘導(dǎo)擊穿光譜 (LIBS)

3.1 LIBS技術(shù)特點(diǎn)

LIBS技術(shù)是一項(xiàng)新興的原子發(fā)射光譜分析方法，其原理是將高能量激光脈沖聚焦到土壤樣品表面，使樣品瞬間氣化成高溫、高密度的等離子體，測(cè)量等離子體原子發(fā)射光譜中譜線波長和強(qiáng)度，便可獲得土壤樣品中元素組成與含量[29-31]。該技術(shù)可在無損或非接觸的條件下進(jìn)行分析測(cè)試，無須對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理或僅須簡(jiǎn)單預(yù)處理，分析方便、快速，可同時(shí)對(duì)土壤樣品進(jìn)行多參數(shù)分析，并對(duì)元素周期表中幾乎所有元素進(jìn)行測(cè)量分析。與傳統(tǒng)的分析測(cè)試方法相比，LIBS技術(shù)的測(cè)量對(duì)象幾乎不受限制。與此同時(shí)，它可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)連續(xù)測(cè)定，真正實(shí)現(xiàn)了土壤多參數(shù)快速檢測(cè)。

3.2 LIBS技術(shù)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用進(jìn)展

LIBS技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)土壤多參數(shù)的快速原位檢測(cè)，而且在環(huán)境污染、地質(zhì)勘測(cè)等不同領(lǐng)域都具有較大的應(yīng)用潛力[32]。該技術(shù)已用于土壤中大量和中微量元素，如碳、氮、磷、鉀、硫、鈣、錳等[33-34]，以及鎘、鉛、銅、鋅、錳等重金屬的檢測(cè)[35-37]。美國應(yīng)用光譜公司(ASI)與美國加州大學(xué)國家能源技術(shù)實(shí)驗(yàn)室多年合作，開發(fā)的臺(tái)式J 200智能LIBS系統(tǒng)，是一種全新的激光誘導(dǎo)原子發(fā)射光譜儀，它能在數(shù)秒內(nèi)快速檢測(cè)土壤中氮、鉀、鈣、錳、銅、鋅、鎳等元素含量信息。而國內(nèi)利用LIBS技術(shù)進(jìn)行土壤多參數(shù)快速檢測(cè)的研究起步較晚，中科院合肥物質(zhì)科學(xué)研究院目前已完成臺(tái)式和移動(dòng)式土壤和水體重金屬檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，并已應(yīng)用于實(shí)際土壤檢測(cè)中[38]。

Nicolodelli等[39]探究了雙脈沖LIBS技術(shù)對(duì)土壤等離子光譜的增強(qiáng)作用，可實(shí)現(xiàn)單脈沖等離子光譜的5倍增強(qiáng)，明顯提高了檢測(cè)精度和范圍。Dell’Aglio等[40]運(yùn)用LIBS技術(shù)監(jiān)測(cè)不同來源的土壤中鉻、銅、鉛等元素含量，其結(jié)果與電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)方法的檢測(cè)結(jié)果具有很好的相關(guān)性，進(jìn)而判斷土壤的污染程度。Burakov等[41]采用共軸線雙脈沖LIBS技術(shù)分析了土壤中鉛含量，并將鉛的檢測(cè)限降至20 mg/kg。孟德碩等[42]采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合LIBS技術(shù)分析了多種類型土壤中銅元素含量，可以實(shí)現(xiàn)其快速檢測(cè)。沈沁梅等[43]通過反向傳播人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合LIBS技術(shù)對(duì)土壤中鉻、鈀2種元素含量進(jìn)行測(cè)定，顯著提高了2種元素的測(cè)定精度。綜上所述，LIBS技術(shù)是一種連續(xù)、快速、實(shí)時(shí)和無污染的土壤多參數(shù)檢測(cè)技術(shù)，且因其無須對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理的特點(diǎn)大大減少了檢測(cè)工作量，為土壤多參數(shù)快速檢測(cè)提供了新的分析手段，提高了檢測(cè)效率。

4 電弧發(fā)射光譜(AES)

4.1 AES技術(shù)特點(diǎn)

AES技術(shù)采用電弧光源為試樣原子化和激發(fā)提供能源，基于原子發(fā)射光譜技術(shù)，依據(jù)每種化學(xué)元素的原子或離子在熱激發(fā)或電激發(fā)下，外層電子由高能級(jí)向低能級(jí)躍遷，能量以電磁輻射的形式發(fā)射出去，從而產(chǎn)生光譜，進(jìn)行元素定性、半定量和定量分析。AES技術(shù)可進(jìn)行多元素同時(shí)檢測(cè)，分析速度快、選擇性好、檢出限低。同時(shí)，AES技術(shù)精密度好，一般光源相對(duì)誤差為±10%左右，線性范圍約2個(gè)數(shù)量級(jí)，可用于土壤中高、中、低含量元素的同時(shí)測(cè)量，減少土壤樣品消耗，是一種高效的土壤多參數(shù)快速檢測(cè)技術(shù)。因其可直接對(duì)土壤固體粉末樣品進(jìn)行測(cè)量，無須對(duì)土壤進(jìn)行消解和溶解，現(xiàn)已被用于不同環(huán)境條件下土壤多參數(shù)快速檢測(cè)中[44]。

4.2 AES技術(shù)研究現(xiàn)狀與應(yīng)用進(jìn)展

電弧發(fā)射的起源很早，在20世紀(jì)50年代便得到廣泛應(yīng)用，早期主要應(yīng)用于金屬元素的檢測(cè)[45]。隨著大量的新型儀器面世，AES技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，被大量應(yīng)用于地質(zhì)、冶金、金屬材料和環(huán)境等領(lǐng)域，并已成為一種必不可少的土壤多參數(shù)快速檢測(cè)技術(shù)[46-47]。電弧光源主要分為直流電弧和交流電弧，目前，以直流電弧為激發(fā)光源常用的儀器有AES-7100高純金屬專用發(fā)射光譜儀，可對(duì)高純氧化鉬中17種及高純氧化鎢中19種微量雜質(zhì)元素進(jìn)行直讀光譜分析[48]。以交流電弧為激發(fā)光源的典型儀器有AES-7200交流電弧直讀光譜儀，該儀器放電溫度穩(wěn)定，分析結(jié)果再現(xiàn)性好，適用于低含量元素的定量分析[48]。俞曉峰等[49]將電弧激發(fā)光源與Paschen-Runge型全譜電荷耦合元件(CCD)光譜儀結(jié)合，研制了一款新型的臺(tái)式全譜直讀型電弧發(fā)射光譜儀，此光譜儀對(duì)土壤樣品進(jìn)行檢測(cè)分析時(shí)，精密度基本<10%，優(yōu)于當(dāng)前的攝譜法和多道電弧直讀光譜法。付國余等[50]研發(fā)的AES-8000全譜交直流電弧發(fā)射光譜儀，實(shí)現(xiàn)了電弧發(fā)生器與儀器的一體化，該設(shè)備將Ebert-Fastic分光系統(tǒng)與高靈敏度CMOS檢測(cè)器相結(jié)合，具有測(cè)試靈敏度高、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，可以更好地對(duì)土壤中的銀、錫、硼進(jìn)行測(cè)量，使其達(dá)到更高的規(guī)范要求。

AES技術(shù)在選擇合適的緩沖劑和內(nèi)標(biāo)后，采用小孔電極，交流電弧激發(fā)，可同時(shí)對(duì)土壤和水系沉積物中的多種金屬元素進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)定，但樣品研磨過程中要謹(jǐn)防污染[51]。Wan等[44]應(yīng)用AES方法測(cè)量土壤中的低濃度鎘，發(fā)現(xiàn)AES具有較好的精密度和準(zhǔn)確度，且相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較小。萬婷等[52]利用AES技術(shù)測(cè)定土壤中錫元素，通過保證儀器測(cè)定樣品時(shí)處于最佳狀態(tài)，并在標(biāo)準(zhǔn)系列配制過程中，使基體盡量匹配，來減小測(cè)量的不確定性，獲得了較為滿意的檢測(cè)結(jié)果。王奪等[53]發(fā)現(xiàn)用直流電弧和交流電弧激發(fā)土壤樣品，采用標(biāo)準(zhǔn)加入法處理數(shù)據(jù)，2種分析方法得到的鉻分析結(jié)果高度符合，可用來測(cè)定土壤中鉻元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。熊艷等[54]通過電極中熱化學(xué)反應(yīng)來增強(qiáng)分餾效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)選擇碘化銨、硫粉作為主要的載體反應(yīng)劑，借助碘化反應(yīng)及硫?qū)w元素蒸發(fā)的抑制作用，可完成對(duì)水系沉積物以及土壤樣品中砷、銻、鉍等8種易揮發(fā)元素的測(cè)定。因此，AES是一種簡(jiǎn)便、快速、可靠、易掌握的土壤多元素同時(shí)測(cè)定方法。

5 不同光譜方法與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室方法比較

與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室分析方法以及其他光譜技術(shù)相比，PXRF、Vis-NIR、LIBS和AES 4種光譜技術(shù)具有各自的優(yōu)勢(shì)和適用范圍(表1)。由表1可知，光譜檢測(cè)技術(shù)具有土壤樣品前處理簡(jiǎn)單、可多參數(shù)同時(shí)測(cè)定、檢測(cè)時(shí)間短、結(jié)果可靠、成本低等特點(diǎn)，適用于農(nóng)用地和污染場(chǎng)地土壤中大量、中微量及重金屬元素的原位或現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域土壤資源信息的快速獲取與評(píng)價(jià)。

表1 不同光譜檢測(cè)技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室方法的比較

①傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室方法儀器成本參照目前市場(chǎng)上的原子吸收光譜法(AAS)、AFS、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)、ICP-MS等儀器價(jià)格進(jìn)行估算，PXRF、Vis-NIR、LIBS和AES不同光譜檢測(cè)方法的儀器成本參照目前市場(chǎng)上的相關(guān)儀器價(jià)格進(jìn)行估算。

6 結(jié)語

傳統(tǒng)的土壤采樣和實(shí)驗(yàn)室分析方法，往往工作量大、前處理復(fù)雜、周期長、時(shí)效差、費(fèi)用高，難以滿足當(dāng)前大規(guī)模土壤質(zhì)量調(diào)查的需要。土壤光譜屬性相當(dāng)于土壤的指紋特征，通過光譜數(shù)據(jù)處理和拓展，可以有效融合土壤理化屬性和土壤空間屬性，實(shí)現(xiàn)區(qū)域土壤多參數(shù)的快速檢測(cè)與評(píng)價(jià)。因此，基于光譜技術(shù)的土壤多參數(shù)現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)與原位測(cè)量技術(shù)將成為未來研究和發(fā)展的重點(diǎn)。

由于土壤樣品中元素種類多、含量差異大、基體干擾明顯，如何消除不同因素的影響，提高復(fù)雜環(huán)境條件下土壤快速檢測(cè)的精度，是當(dāng)前土壤光譜檢測(cè)領(lǐng)域面臨的重大技術(shù)難題。因此，在提高現(xiàn)有PXRF、Vis-NIR、LIBS和AES等土壤光譜檢測(cè)精度及適用性的基礎(chǔ)上，結(jié)合ICP-MS等傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室方法驗(yàn)證，綜合應(yīng)用多種光譜技術(shù)(如PXRF和Vis-NIR結(jié)合、PXRF和AES結(jié)合等)以及化學(xué)計(jì)量學(xué)、現(xiàn)代信息技術(shù)和空間分析技術(shù)等最新技術(shù)手段[4, 55]，構(gòu)建技術(shù)先進(jìn)、性能可靠、高精度、多尺度的土壤光譜檢測(cè)技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)區(qū)域多種土壤參數(shù)或?qū)傩缘目焖佾@取與實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以滿足我國當(dāng)前土壤環(huán)境質(zhì)量的高精度快速檢測(cè)及精細(xì)化管理的需要。