基于多管离子选择性微电极的番茄氮素营养快速检测技术

摘要

番茄口味独特，营养价值高，是栽培最为普遍的果菜之一。随着人们对物质满足和营养需求的不断提高，番茄受到青睐的程度日益增加，需求量与日俱增。在番茄生产中，经常会出现营养元素比例失调或缺素等症状，因此，需要在作物生长过程中对养分进行精确监测和诊断。为了克服常规诊断方法检测设施栽培作物要进行破坏性检测，费时费力，只能检测单一离子浓度，不能同时检测多种营养离子的浓度，所以在出现多种营养成分亏缺时，难以判断作物营养亏缺的真实原因等缺陷;也为了在作物生产过程中能够及时提供作物的实时营养状况信息，实现养分实时、快速、精确的检测，本文提出并建立了一种基于多管离子选择性微电极对番茄植株中硝酸根、铵根和钾离子浓度同时快速检测的营养信息检测方法。本论文的主要研究内容如下:
　　研制了一种多管离子选择性微电极，它是由四根微玻璃管轴向平行地紧密连接在一起形成的温室作物氮测量电极。该文详细讨论了多管离子选择性微电极的拉制、硅烷化、敏感剂充灌和标定等制备过程;为了提高微电极性能，通过对现有硝酸根离子、铵根离子和钾离子敏感剂配方进行试验分析，筛选出了适用于多管离子选择性微电极的硝酸根离子、铵根离子和钾离子敏感膜。
　　培育出了不同营养元素、不同营养水平梯度的番茄样本，研究分析单因素硝酸根、铵根和钾离子胁迫以及这三种离子交互作用对番茄氮钾含量变化的影响。对多管离子选择性微电极的响应特性进行了研究，建立了多管离子选择性微电极输出信号与离子浓度关系模型，对硝酸根、铵根和钾离子这三种营养离子浓度相互影响进行了修正，从而保证得到的结果就是作物体内真实的营养离子浓度。
　　对番茄植株不同部位区域的SPAD值与番茄整株氮含量之间的关系进行了回归分析，发现番茄倒6叶的叶上位子叶的中叶、叶心区域以及叶中位子叶的中叶、叶心区域组合测得的SPAD均值，与其对应的番茄整株氮含量之间相关性最好。同时建立了一个基于SPAD值评估整株番茄含氮量水平的预估模型，通过番茄样本测试，与AA3连续流动分析仪测得的含氮量相比，采用该预估模型测得的番茄叶片样本含氮量绝对误差低于0.20％，相对误差低于5.20％。
　　进一步分析了特征部位的营养离子浓度信息和番茄植株营养水平之间的关系，建立了离子浓度与番茄植株营养水平关系模型。并结合微电极输出信号与离子浓度关系模型，从而建立了番茄氮营养信息检测模型，并对检测模型进行验证，该番茄氮营养信息检测模型相对误差低于3.00％，实现氮元素营养水平快速、精确的检测。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 植物氮素营养诊断方法

1．2．2 离子选择性微电极在研制方面的研究

1．2．3 离子选择性微电极在植物生理学方面的研究

1．2．4 存在不足分析

1．3 课题创新点

1．4 研究内容与技术路线

1．4．1 选题的研究内容

1．4．2 技术路线

第二章 多管离子选择性微电极的制备

2．1 离子敏感剂的配方和筛选

2．1．1 硝酸根离子敏感剂的筛选

2．1．2 铵根离子敏感剂的筛选

2．1．3 钾离子敏感剂的筛选

2．2 多管离子选择性微电极的制作

2．2．1 微电极的拉制

2．2．2 微电极的硅烷化

2．2．3 微电极的充灌

2．2．4 Ag／AgCl丝的制作

2．3 多管离子选择性微电极性能测试

2．3．1 试验设备

2．3．2 能斯特斜率测试

2．3．3 检测范围和检测限测试

2．3．4 响应时间测试

2．3．5 微电极的选择性

2．3．6 微电极的重现性和稳定性

2．4 微电极输出信号解耦

2．5 模型验证

2．6 本章小结

第三章 番茄样本培育和特征部位的选取

3．1 样本培育与实验方法

3．1．1 培育方式和营养液配方的选择

3．1．2 试验设计

3．2 SPAD检测番茄植株氮素营养

3．2．1 SPAD测试点的选取

3．2．2 番茄植株氮钾含量检测

3．3 营养胁迫下番茄氮钾含量检测与结果分析

3．3．1 单因素营养胁迫下番茄氮钾含量比较分析

3．3．2 氮钾交互对番茄氮钾含量的影响

3．4 SPAD值与番茄整株氮含量间的关系

3．5 特征部位的选取

3．6 本章小结

第四章 番茄氮素营养信息检测模型

4．1 番茄氮素营养水平检测模型

4．2 模型检验

4．3 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文与参加的研究课题