用于水肥系统的养分离子快检装置研制与试验

来源：农业工程学报杂志2022年第2期北京时间：

作者：张俊卿,陈翔宇,王儒敬,刘宜,李伟,李梦雅,

摘要：针对农业生产中难以现场、精准、快速获取水肥系统中养分离子含量的问题，该研究设计了一套针对水肥溶液与浇灌尾水中K+、NO3-、NH4+、PO43-4种养分离子的快检装置。该装置结合了毛细管电泳（Capillary Electrophoresis，CE）技术和电容耦合非接触电导检测（Capacitively Coupled Contactless Conductivity Detection，C4D）技术，首先使用CE的方式实现养分离子快速分离，再利用C4D原理进行精准测量，在10 min内即可完成单个指标检测。装置由高压系统、C4D检测器、毛细管通道、数据采集卡和上位机组成，采用触摸屏控制，操作简便。为了提升检测效果，在C4D检测器的电路设计上引入了锁相放大技术，测试了其在不同幅值Vp和工作频率f下的输出特性曲线，确定了最优参数为f =490 kHz，Vp=75 V（阳离子），Vp=60 V（阴离子）。使用装置对K+、NO3-、NH4+、PO43-这4种离子的标准溶液进行检测分析，检测限均可达到1 μg/L。最后，为了验证装置的有效性和现场适应能力，在安装了水肥系统的草莓种植温室中对水肥溶液与浇灌尾水样品进行了现场测试，仅需少量样品和简单操作即可快速得出结果，4种养分离子的检测结果相对标准偏差均小于7%，表明该研究提出的装置可以有效地实现配比后的水肥溶液与浇灌尾水的现场快速检测。研究结果为水肥系统的养分离子检测提供了一种可靠的方法与装置，可为设施农业的高效肥料管理提供数据支持。

关键词：养分, 温室, 毛细管电泳, 非接触式电导检测, 水肥系统, 快速检测