李书英, 韩建国*
中国农业大学 草业科学系,北京,100094
摘要:近红外光谱技术是近年来在草坪管理中兴起的一种新的分析方法,可以快速、便捷、无损伤地同时检测高尔夫草坪-土壤系统中多种要素。本文对近红外光谱技术应用于高尔夫草坪-土壤营养成分含量和水分含量的检测,确定适宜的施肥时间和施肥量、灌溉时间和灌溉量,草坪外观质量评价以及高尔夫球场中有害生物预测与防治等方面进行了总结,使用该技术可以及时获取草坪草生长及环境状态数据,有效提高高尔夫草坪管理决策管理水平。目前存在的问题是,利用近红外光谱技术建模需要的有关球场的各种基础化学分析数据还有待于积累。此外,怎样及时准确地预测草坪的地下生物量还有待于进一步的研究;当前能够应用于球场中实地检测的光谱仪器还不多,需要开发更多便携式、可在球场实时检测的仪器。
关键词:近红外光谱技术,高尔夫,草坪管理
中图分类号:S812.2
引言
近十几年来高尔夫在中国迅速崛起,高尔夫作为一项高尚运动已赢得了越来越多人们的喜爱和注意[1]。然而,由于高尔夫运动在我国发展的历史并不长,各项运作正处于初期阶段,尤其是高尔夫球场的管理具有区别于其他绿地管理的特殊性,对草坪质量要求较高,作业管理精细程度更高,草坪-土壤系统中一旦出现问题要求检测更快速有效。只有及时掌握准确的草坪生长信息,才能达到高效、环保、经济、科学的草坪管理目标。实现这一目标,仅靠人为定性的经验判断已远远不够,而试验室条件下的定量测定又显得过于繁琐、耗时;而且化学方法使用条件苛刻,只能在实验室进行分析。操作简单的近红外光谱 (NIRS)分析技术具有“实时”分析优势,可快速获得草坪生长信息,实现便捷的草坪管理[2]。因此研究和探讨高尔夫球场草坪管理中快速检测分析诊断技术,特别是NIRS分析技术在高尔夫管理当中的应用具有十分重要的现实和理论意义。
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基金项目:北京市教育委员会重点学科重点实验室共建基金资助(XK1001900552,JD100190531)
作者简介:李书英(1978-),女,博士生。E-mail: yizishuicao@163.com; Tel: 010-62814625; 13717548821
近年来国外[3,4,5,6]已将NIRS应用于高尔夫球场草坪管理研究领域,且已显示出它广阔的应用前景。国内将NIRS用于草坪管理的研究甚为稀少[2]。为此,本文对NIRS在高尔夫草坪管理领域的应用研究进展进行总结分析,并对NIRS分析技术在高尔夫草坪管理方面的未来发展方向进行讨论,以促进NIRS技术在草坪管理中的应用,提高高尔夫草坪的管理水平。
l NIRS技术的分析原理及其特点
近红外光谱是指波长在780-2526nm范围内的电磁波,是人们认识最早的非可见光区域。习惯上又将近红外光谱划分为近红外短波(780-1100nm)和长波(1100-2526nm)两个区域[7]。不同物质在近红外区域都有丰富的吸收光谱,每种成分都有特定的吸收特征,这是NIRS定量分析物质组成成分的基础。近红外技术就是依据化学成分对近红外区光谱的吸收特性的不同而对组织中的化合物进行的定量测定。
利用NIRS分析物质的组成成分具有以下几个优点:(1) 通常只需要烘干和研磨成粉,样品制备简单,无需使用任何化学试剂及对样品进行各种长期的物理性预处理,简便、快速、成本低;(2) 扫描分析一个样品通常在3分钟内完成,分析速度快,分析效率高[2];(3)测量范围广,可以测定各种类型的样品,除了可检测一般液体、固体样品外,还可以用NIRS检测粉末样品、纤维样品、糊状样品、乳类和肉类样品。(4)测定中对物质不会有结构性的破坏,可对样品进行多次分析。
2 NIRS技术在高尔夫草坪管理中的应用
2.1 NIRS在高尔夫球场施肥管理中的应用
草坪-土壤系统中的营养水平直接影响到高尔夫球场草坪的很多坪用性状,从而间接地影响施肥、修剪、灌溉等辅助管理措施。所以确定适宜的施肥量就显得尤为重要。现在球场施肥的通常做法是草坪主管基于对草坪颜色、长势的主观判断结合环境条件、季节变化来制定的。因为常规的分析方法耗时太长,等分析结果出来时草坪-土壤中营养状态已经发生改变,而变得不再适用。应用 NIRS技术能弥补以上不足,可迅速、有效地检测出草坪和土壤中营养水平是否存在潜在的过量或不足,从而确定适宜的施肥时间和施肥量。
2.1.1 草坪草营养含量的测定 Ian和 Grady[5]采用NIRS技术和凯氏定氮两种方法测定百慕大草坪草的氮含量,发现两种方法测得的氮含量存在显著相关性;1997年和1998年的相关系数分别为0.76和0.92。Murphy[6]在1993年采用同样两种方法测定匍匐翦股颖和多年生黑麦草在整个生长季节内草屑的含氮量也呈现明显的线性相关 (r2=0.892和0.937)。同时Ian和 Grady他们还发现,采用 NIRS技术确定的施肥时间与基于季节性施肥或感官质量判断确定的施肥时间相比,可在减少施肥量的基础上保持相同的草坪质量。以上这些研究结果表明NIRS技术是一种相对可靠的分析方法,可帮助草坪管理者快速准确地掌握草坪草的氮含量。
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