氮元素是植物生長的必需養(yǎng)分之一，它是每個活細(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表現(xiàn)為生長緩慢，植株矮小，葉片薄而小，葉色缺綠發(fā)黃。生長后期缺氮則表現(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)幼苗根系生長和改進(jìn)果實品質(zhì)。缺少磷元素會導(dǎo)致幼芽和根系生長緩慢，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，改善果實品質(zhì)，增強植株抗寒能力，提高果實的糖分和的含量。缺少鉀元素，植株會出現(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。植株抗逆性減弱，易受病害的侵襲，果實品質(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)
本文重點研究玉米中氮磷鉀元素的檢測手段，光譜特性，元素分布特征，元素含量定量計算等?；谠氐臋z測，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。檢測限可達(dá)ppm級，測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，即可實驗，整個過程簡單快速，無需前處理。放在工作臺上直接進(jìn)行實驗。實驗儀器我們選擇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。通過實驗得知元素信息清晰，譜線特征明顯。
磷元素的檢測
氮元素的檢測
鉀元素的檢測
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，提高分析計算的準(zhǔn)確性）的運算，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)測的定標(biāo)曲線，快速大量對待測玉米的元素含量進(jìn)行計算。
我們繼續(xù)針對玉米籽粒進(jìn)行實驗，測量內(nèi)部切面氮磷鉀元素的分布富集情況。實驗時為了得到更好的信號，我們采用0.8μs為延遲時間，80%能量輸出，光斑100μm，10次脈沖的信號累加。實驗結(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。實驗得知，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，全元素快速測量，樣品消耗量小，可在線分析，準(zhǔn)確度高，功能多等特點，必將在玉米的元素檢測，含量測定，品質(zhì)鑒定等諸多方面發(fā)揮重要的作用。同時此方法也可以引用到其他多種糧食和作物的檢測領(lǐng)域。
