Лазерный анализатор LIBS от SciAps представлен как новый инструмент для измерения параметров почв

Лазерный анализатор LIBS от SciAps представлен как новый инструмент для измерения параметров почв

В течение последних четырех лет Dr. Daniel Riebe из Потсдамского университета, Германия, работал в научной области физической химии.

Dr.Riebe является участником долгосрочного, финансируемого правительством проекта, который поможет сформировать будущее продовольственной программы и сельского хозяйства: применение лазерного (LIBS) спектрометра для анализа почвы как возобновляемого ресурса для биоэкономики.

Традиционный анализ почвы заключается в том, что фермеры берут образцы почвы из разных частей своих полей, смешивают их вместе, а затем получают общий лабораторный результат на все поле. Однако, на одном и том же поле, но в разных его участках, почва обычно различается по элементному составу. Проект Riebe уникален тем, что он направлен на измерение гетерогенного распределения питательных веществ прямо на месте, на каждом участке поля, включая сложные ключевые показатели, такие как содержания углерода и фосфора.

Ключом к этому новому подходу является перенос технологии лазерной эмиссионной спектроскопии из лаборатории в рабочие полевые условия. Их первым выбором анализатора был LIBS производства SciAps SciApsLIBS, который является на сегодня единственным портативным лазерным спектрометром с достаточной мощностью лазера для получения полного спектра почвы full spectrum from soil.

“Нам не обязательно использовать такую маленькую систему, но использование портативного анализатора было для меня интересной идеей”, — говорит Dr.Riebe. Он мог исследовать все поле с анализатором в руках, проводя тесты на интересующих участках, практически без пробоподготовки.

Создание такой системы управления почвой было нелегким делом, но команда доктора Riebe добилась значительного прогресса в достижении своей конечной цели-создания платформы с датчиками, подключаемыми к трактору, который едет по полю, анализируя почву прямо на месте и в режиме реального времени.

BonaRes: Почва как возобновляемый ресурс

BonaRes — это инициатива, финансируемая федеральным Министерством образования и научных исследований Германии, направленная на расширение научного понимания почвенных экосистем и повышение продуктивности почв и других функций почв при одновременной разработке новых стратегий возобновляемого использования и управления почвами.

Dr.Riebe работает с одним из десяти проектов BonaRes, интегрированной системой управления плодородием почв для конкретных участков (I4S). Его команда сосредоточена на зондировании почвы, и они надеются разработать систему рекомендаций по удобрениям и улучшению функций почвы почти на каждом квадратном метре почвы.

Разработка процедуры, позволяющей более точно и в режиме реального времени оценивать отдельные поля, позволит сэкономить ресурсы и создать более совершенную систему управления почвой. Фермеры будут экономить на удобрениях, а также защищать близлежащие грунтовые воды от избыточного загрязнения азотом и прочими стоками.

Отбор проб с портативными лазерными LIBS анализаторами

Одним из первых шагов команды I4S был анализ почвы в полевых условиях. Тестирование с помощью портативного LIBS было необходимым, так как только лазерная искровая эмиссионная спектроскопия может измерить каждый элемент Периодической Таблицы laser induced breakdown spectroscopy can measure everyelement. Поэтому найти портативный лазерный LIBS анализатор, который мог бы выполнять эту работу с почвой, было ключевым условием.

“Мы специально выбрали SCIAPS LIBS, потому что у него был самая мощный лазер. С другими портативными лазерными анализаторами мы не получили бы спектра от образцоы почв. Они предназначены исключительно для металлических сплавов”, — говорит Dr. Riebe.

Проход по полю с портативным анализатором изменил правила игры. До сих пор стандартным методом был отбор множества образцов со всего поля, затем доставка их в лабораторию для проверки с помощью ICP-OES. Только пробоподготовка для этого метода занимает час или два с т.к. необходимо растворить почву в кислоте.

“Вы можете сделать только определенное количество образцов за один день. Это действительно медленно по сравнению с LIBS, потому что мы можем тестировать почву почти без пробоподготовки we can test soil with almostno sample preparation”, — говорит Dr.Riebe.

Команда I4S использовала возможности лазерного LIBS анализатора для измерения не-элементных параметров, таких как кислотность (рН) и содержание гумуса. Содержание гумуса — это весь органический материал в почве—все, что раньше было растениями, и материал, который микроорганизмы в почве уже преобразовали. Органический углерод-это углерод, который растения могут получить из почвы. Неорганический углерод-это углерод, который растения не могут получить из почвы. Эти два элемента вместе составляют общий углерод.

Для растений общий углерод не имеет значения. Растения зависят от содержания органического углерода и гумуса.

«Единственная причина, по которой мы могли бы измерять органический углерод, — это алгоритмы машинного обучения. Спектры LIBS содержат информацию полном элементном составе образцов, а это очень большой объем информации, который можно использовать для многих вещей», — говорит Dr. Riebe.

Для LIBS доступен анализ всего спектра элементов Периодической Таблицы, включая легкие элементы, такие как фосфор – элемент, необходимый для растений.

«Содержание фосфора является одним из самых трудных элементов для измерения с помощью LIBS, потому что пики очень малы, но в нашем исследовании мы могли измерять доступный растениям фосфор с большей точностью, чем общий фосфор. Обычно все происходит наоборот. Это был успех, поскольку мы смогли измерить фосфор, который является самым важным элементом после азота для фермеров, и найти корреляцию для этого”, — говорит Dr. Riebe.

Будущее глобального управления почвой в портативном анализе

Открытия, cделанные Riebe на настоящий момент дали ему глобальное понимание важности почвы. «Почва, на самом деле, не организм, а экосистема, которая живет сложными процессами. Я всегда знал, что в почве живут микроорганизмы, но я не знал, насколько важно взаимодействие между растениями и почвой для роста растений”, — говорит Riebe.

Полевые испытания позволили бы решить ряд насущных проблем для почвоведов. Одна из них-перегрузка азотом. “Это важно для растений, но создается большая проблема для грунтовых вод и других экосистем. ЕС вводит более строгие правила в отношении количества азота, используемого фермерами для удобрения своих полей», — говорит Riebe. Если правила станут строже, фермеры в какой-то момент будут вынуждены ограничить использование удобрений. Благодаря этому проекту Команда I4S будет иметь метод, который поможет им анализировать свои поля, что позволит им вносить удобрения только там, где это необходимо.

Еще одно преимущество заключается в том, что LIBS может измерять микроэлементы. — Микроэлементы сегодня не поступают на поля. Это не потому, что поля не нуждаются в н них, а потому, что трудно сказать, нужны они или нет. Информация, которая отсутствует об этих элементах, заключается в том, насколько они важны для растений. Это неизвестно, потому что нет никаких данных о микроэлементах в конкретных почвах. Однако LIBSможет измерять все элементы. В будущем мы могли бы узнать больше о других питательных веществах, которые могли бы помочь нам создать более специфические удобрения для улучшения сельскохозяйственных процессов”, — говорит Riebe.

Заглядывая в будущее, Riebe видит преимущества, которые этот проект принесет не только фермерам, но и всем нам. В глобальной экологической дискуссии ключевым элементом является Углерод. Проект команды I4S может стать пилотным исследованием для будущих начинаний.

“В почве хранится так много углерода, что это могло бы стать решением некоторых проблем глобального потепления. Улавливание углерода должно быть сделано каким-то образом, если мы хотим избежать дальнейшего глобального потепления. Почва — это один из самых больших шансов, который есть у нас для решения данной проблемы”, — говорит Riebe.

Способность анализатора SciAps LIBS измерять углерод в почве улучшает наши шансы.

  1. DR. DANIEL RIEBE, UNIVERSITY OF POTSDAM, РАСШИРЯЕТ ВОЗМОЖНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ПОЧВАМИ С ПОРТАТИВНЫМ ЛАЗЕРНЫМ ПРИБОРОМ SCIAPS LIBS.

Дополнительные сведения о применениях портативного лазерного спектрометра для экспресс анализа почв : см. cтатью Soil Nutrient Detection for Precision Agriculture Using Handheld Laser-Induced Breakdown Spectroscopy(LIBS) and Multivariate Regression Methods (PLSR, Lasso and GPR) Обнаружение питательных веществ в почве для точного земледелия с использованием Портативной Лазерно-индуцированной Спектроскопии Пробоя (LIBS) и методов многомерной регрессии (PLSR, Lasso и GPR) в журнале Sensors,, опубликованном в январе. 11, 2020.

Ниже представляем Отчет о Применении SciAps ApNote Экспресс Измерение Общего содержания Углерода в почве с помощью SciAps Z-300. Rapid Measurement of Total Carbon in Soil Using SciAps Z-300.

Линейка анализаторов

Похожие новости