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土壤固碳相關(guān)研究如今已發(fā)展為生態(tài)學(xué)、環(huán)境科學(xué)和農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)。土壤碳測量傳統(tǒng)的方法有燃燒法、氧化非分散紅外吸收法、氣相色譜法等測量手段，但是這些技術(shù)需要用到大量的土壤樣品，前處理復(fù)雜，檢測速度慢，污染嚴(yán)重，操作要求高等。因此急需一種快速，微損，無污染，可以實(shí)時(shí)檢測碳變化的方法。
現(xiàn)如今激光誘導(dǎo)擊穿光譜Laser Induced Breakdown Spectroscopy（LIBS）技術(shù)作為一種新興的技術(shù)，是一種快速的碳變化檢測手段。當(dāng)激光作用于樣品表面時(shí)，在極短的時(shí)間內(nèi)誘導(dǎo)產(chǎn)生含有樣品物質(zhì)信息的等離子體。通過對等離子體發(fā)出的光譜進(jìn)行收集分析，建立光譜與元素一一對應(yīng)的關(guān)系。由此可以檢測出元素周期表中的大部分元素，檢測限可達(dá)ppm級。內(nèi)置的PLS等多種定標(biāo)模型，非常適合土壤碳快檢以及碳變化量的測量。激光誘導(dǎo)擊穿光譜法已于2020年7月正式實(shí)施，已經(jīng)被越來越多的國內(nèi)科研人員所使用。
LIBS技術(shù)在國內(nèi)外碳測量上有很多應(yīng)用。碳的發(fā)射光譜譜線位置通常為193.03nm和247.86nm，強(qiáng)度信號明顯。這一技術(shù)通常使用PLS等多變量定量計(jì)算模型計(jì)算碳含量，這種模型可以有效減少基質(zhì)中的影響因素，提高分析計(jì)算的準(zhǔn)確性，特別適用于土壤等生態(tài)樣品。進(jìn)行碳測量時(shí)使用PLS多變量定標(biāo)曲線，預(yù)測模型相關(guān)系數(shù)可達(dá)0.96，驗(yàn)證系數(shù)0.91，均方根誤差4.1%。碳的檢測限LOD：36ppm。如下圖所示。
LIBS系統(tǒng)也可以快速測量和評價(jià)土壤碳變化的情況。右下圖為不同剖面取樣，測量土壤碳剖面時(shí)空變化情況。左下圖為幾種不同植株種植模式下土壤碳的變化情況。
LIBS系統(tǒng)利用內(nèi)置的PCA主成分分析模型結(jié)合光譜組分元素貢獻(xiàn)情況，可區(qū)分土壤總碳、有機(jī)碳和無機(jī)碳，并進(jìn)行快速碳含量測量。如下圖所示。
總碳、無機(jī)碳、有機(jī)碳的光譜特征及PCA主成分分析
EcoChem土壤碳變化快速測量系統(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)；檢測器譜寬190-1040nm。
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