氮元素是植物生長(zhǎng)的必需養(yǎng)分之一，它是每個(gè)活細(xì)胞的組成部分，植物需要大量的氮。如果氮元素缺乏植物往往會(huì)表現(xiàn)為生長(zhǎng)緩慢，植株矮小，葉片薄而小，葉色缺綠發(fā)黃。生長(zhǎng)后期缺氮?jiǎng)t表現(xiàn)為穗短小，籽粒不飽滿。磷元素能夠促進(jìn)花芽分化，促進(jìn)幼苗根系生長(zhǎng)和改進(jìn)果實(shí)品質(zhì)。缺少磷元素會(huì)導(dǎo)致幼芽和根系生長(zhǎng)緩慢，植株矮小，夜色暗綠無光澤。鉀元素能夠促進(jìn)植株莖稈健壯，改善果實(shí)品質(zhì)，增強(qiáng)植株抗寒能力，提高果實(shí)的糖分和的含量。缺少鉀元素，植株會(huì)出現(xiàn)老葉，碳水化合物代謝受到干擾，光合作用收到抑制，而呼吸作用加強(qiáng)。植株抗逆性減弱，易受病害的侵襲，果實(shí)品質(zhì)下降，著色不良。
缺少氮元素的狀態(tài)
缺少磷元素的狀態(tài)
缺少鉀元素的狀態(tài)
本文重點(diǎn)研究玉米中氮磷鉀元素的檢測(cè)手段，光譜特性，元素分布特征，元素含量定量計(jì)算等。基于元素的檢測(cè)，目前、的方法就是激光誘導(dǎo)擊穿光譜（LIBS）技術(shù)。樣品無需前處理，無污染。檢測(cè)限可達(dá)ppm級(jí)，測(cè)量的元素可覆蓋元素周期表中的大部分元素。
我們?nèi)∮衩鬃蚜?，沿中心切開后，即可實(shí)驗(yàn)，整個(gè)過程簡(jiǎn)單快速，無需前處理。放在工作臺(tái)上直接進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)儀器我們選擇EcoChem激光光譜元素分析系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用LIBS技術(shù)。激光能量200mJ@1064nm，能量輸出0-99%可調(diào)；重現(xiàn)率20Hz；光斑大小20-200μm連續(xù)可調(diào)；檢測(cè)器譜寬190-1040nm。
查詢EcoChem激光光譜元素分析系統(tǒng)內(nèi)置的ElementLIBS元素識(shí)別數(shù)據(jù)得知氮磷鉀的元素特征峰分別為746.831nm，253.561nm和766.49nm。通過實(shí)驗(yàn)得知元素信息清晰，譜線特征明顯。
磷元素的檢測(cè)
氮元素的檢測(cè)
鉀元素的檢測(cè)
PLS多變量定量模型
通過玉米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以及系統(tǒng)內(nèi)置的PLS多變量定量模型（可減少基質(zhì)中的影響因素，提高分析計(jì)算的準(zhǔn)確性）的運(yùn)算，如右上圖，我們可以建立玉米中氮磷鉀元素的定標(biāo)擬合曲線，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.96，比較理想，可作為氮磷鉀元素含量預(yù)測(cè)的定標(biāo)曲線，快速大量對(duì)待測(cè)玉米的元素含量進(jìn)行計(jì)算。
我們繼續(xù)針對(duì)玉米籽粒進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)量?jī)?nèi)部切面氮磷鉀元素的分布富集情況。實(shí)驗(yàn)時(shí)為了得到更好的信號(hào)，我們采用0.8μs為延遲時(shí)間，80%能量輸出，光斑100μm，10次脈沖的信號(hào)累加。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下圖所示，暖色區(qū)為元素富集區(qū)域，冷色區(qū)元素含量較低。實(shí)驗(yàn)得知，不同元素在玉米籽粒內(nèi)部富集的區(qū)域有所不同。
EcoChem激光光譜元素分析系統(tǒng)因具有無需前處理，無污染，全元素快速測(cè)量，樣品消耗量小，可在線分析，準(zhǔn)確度高，功能多等特點(diǎn)，必將在玉米的元素檢測(cè)，含量測(cè)定，品質(zhì)鑒定等諸多方面發(fā)揮重要的作用。同時(shí)此方法也可以引用到其他多種糧食和作物的檢測(cè)領(lǐng)域。
