CN108872074A - 一种土壤营养元素检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种土壤营养元素检测系统及方法，该系统包括：负压样品采集舱用于为待测土壤提供真空环境，并压实待测土壤；激光发射模块用于发射激光并照射到待测土壤表面，在负压样品采集舱中形成等离子态光电子；光谱采集模块用于根据等离子态光电子获取待测土壤中每一营养元素的特征光谱；传感器分析模块用于根据任一营养元素的特征光谱和任一营养元素的特征光谱对应的预设光谱分析模型，获取待测土壤中所述任一营养元素的含量。本发明实施例通过采用小型的激光器，大大缩小了土壤营养元素检测系统的体积，通过对待测土壤进行压实处理，消除了基体效应和土壤飞溅，通过向负压样品采集舱中充入稀有气体，消除了空气对测量结果的影响。

Description

一种土壤营养元素检测系统及方法

技术领域

本发明实施例涉及土壤检测领域，尤其涉及一种土壤营养元素检测系统及方法。

背景技术

土壤养分是作物营养元素(碳元素和氮元素)的重要来源，是作物生长发育的物质基础。因此，快速测量和获取土壤中的主要营养元素(碳元素和氮元素)具有重要的意义。一方面，土壤中碳元素和氮元素等营养元素的快速测定是开发利用土壤养分的基础，为科学施肥提供了科学依据；另一方面，对土壤碳元素和氮元素的动态测量，对于研究土壤氮转化和碳转化、调整和优化土壤管理、减少温室效应气体排放等具有重要意义。

土壤中碳元素的传统测量方法有经典法和实验室法，经典法包括：干烧法(高温电炉灼烧)或湿烧法(重铬酸钾氧化)，一般用苏打石灰吸收称重，或用标准氢氧化钡溶液吸收放出的二氧化碳，再用标准酸滴定。此方法不受还原物质的影响，可获得准确的结果，但需要一些特殊的仪器设备，费时费力，一般用于校准方法校核，实验室很少采用。

实验室使用最普遍的碳元素检测方法是：在过量的硫酸存在下，用氧化剂重铬酸钾(或铬酸)氧化有机碳，剩余的氧化剂用标准硫酸亚铁溶液回滴，从消耗的氧剂量来计算有机碳量，此方法简单、快速，适合大量样品的分析，但精度低，会带来二次污染。

而对于土壤氮素的测量，传统方法较为复杂，需要将土壤磨碎后，在实验室内经煅烧等前处理后，再用色谱、原子吸收等方法进行测量，费时费力，并引起二次污染。

激光诱导击穿光谱(Laser-Induced Breakdown Spectroscopy，简称LIBS)，又称激光诱导等离子光谱技术，是基于原子发射光谱的一种全新的物质元素分析技术。其工作原理是：在强激光脉冲作用下，样品表面的物质被激发成为等离子体并迅速衰减，在衰减过程中辐射出特定频率的光子，产生特征谱线，其频率和强度包含了分析对象的元素种类和浓度信息。LIBS技术运行成本低，测量速度快，高灵敏度，无需或者需要很少的样品预处理即可实现多元素测量等优点，并且无辐射和二次污染，具有广阔的应用前景。

现有技术公布了一种对土壤表面的氮元素分布进行快速测量的方法，通过原子光谱测量分析其中氮元素的含量，并通过样本台的匀速二维运动，获得土壤表面不同位置的氮素含量。

因为物质基体对LIBS测量技术精度的影响较大，但是该方案中在激光每次击打前，每次激光击打引起的土壤飞溅对下一次激光击打土壤样品基体的影响，从而导致测量精度不高。

发明内容

本发明实施例提供一种土壤营养元素检测系统及方法，用以解决现有技术中由于土壤飞溅引起的土壤表面营养元素测量精度低的缺陷，实现准确的土壤营养元素的检测。

本发明实施例提供一种土壤营养元素检测系统，包括：负压样品采集舱、激光激发模块、光谱采集模块和传感器分析模块；

所述负压样品采集舱用于为待测土壤提供真空环境，并压实所述待测土壤；

所述激光发射模块用于发射激光并照射到所述待测土壤表面，在所述负压样品采集舱中形成等离子态光电子；

所述光谱采集模块用于根据所述等离子态光电子获取所述待测土壤中每一营养元素的特征光谱；

所述传感器分析模块用于根据任一营养元素的特征光谱和所述任一营养元素的特征光谱对应的预设光谱分析模型，获取所述待测土壤中所述任一营养元素的含量。

本发明实施例提供一种土壤营养元素检测方法，包括：

S1，将所述待测土壤放置于所述负压样品采集舱中，并压实所述待测土壤；

S2，通过所述激光发射模块发射激光并照射到所述待测土壤表面，在所述负压样品采集舱中形成等离子态光电子；

S3，通过所述光谱采集模块获取所述待测土壤中每一营养元素的特征光谱；

S4，通过所述传感器分析模块根据任一营养元素的特征光谱和所述任一营养元素的特征光谱对应的预设光谱分析模型，获取所述待测土壤中所述任一营养元素的含量。

本发明实施例提供的一种土壤营养元素检测系统及方法，通过采用小型的激光器，大大缩小了土壤营养元素检测系统的体积，并且在激光器发射激光时，会先对激光器是否处于稳定状态进行判断，只有当激光器处于稳定状态的时候，才会发射激光，保证了激光器始终工作在较好的单模状态，从而可以提高激光器单模工作的稳定性。另外，通过对待测土壤进行压实处理，消除了基体效应和土壤飞溅，提高了测量精度。并且，通过向负压样品采集舱中充入稀有气体，消除了空气对测量结果的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一种土壤营养元素检测系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中负压样品采集舱的结构示意图；

图3为本发明实施例一种土壤营养元素检测方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明实施例一种土壤营养元素检测系统的结构示意图，如图1所示，该系统包括：负压样品采集舱9、激光激发模块15、光谱采集模块3和传感器分析模块1；

所述负压样品采集舱9用于为待测土壤提供真空环境，并压实所述待测土壤；

所述激光发射模块用于发射激光并照射到所述待测土壤表面，在所述负压样品采集舱9中形成等离子态光电子；

所述光谱采集模块用于根据所述等离子态光电子获取所述待测土壤中每一营养元素的特征光谱；

所述传感器分析模块用于根据任一营养元素的特征光谱和所述任一营养元素的特征光谱对应的预设光谱分析模型，获取所述待测土壤中所述任一营养元素的含量。

其中，在对待测土壤表面的营养元素进行测量时，需要把待测土壤放置在负压样品采集舱9中，负压样品采集舱9中可以为待测土壤提供一个真空的测量环境，从而避免了空气中的氮气、二氧化碳、一氧化氮等气体对土壤氮素和碳素的影响。

然后激光发射模块发射具有高能量、高频率的激光，发射的激光通过光纤11进入负压样品采集舱中，并照射到待测土壤表面，在该负压样品采集舱中形成等离子态光电子。此处，发射的激光可以通过光纤11进入负压样品采集舱中，也可通过其它方式进入负压样品采集舱，本发明实施例并不限于使用光纤。

接着光谱采集模块通过光纤4收集负压样品采集舱中的等离子态光电子，并根据该等离子态光电子获取土壤中每一中营养元素的特征光谱，需要说明的是，土壤中的营养元素有很多种，但是主要是指碳元素和氮元素，当只需要测量其中一种元素的含量时，根据等离子态光电子获取该种元素的特征光谱，当需要测量多种元素的含量时，分别获取对应元素的特征光谱即可。

本发明实施例提供的土壤营养检测系统可以包括：传感器分析模块1、壳体2、光谱采集模块3、光信号收集光纤4、气泵5、出气管6、稀有气体储藏室7、进气管8，负压样品采集舱9、微型电机主控单元10、光信号出射光纤11、主控单元12、供电单元13、激光器控制单元14和激光器15。

具体地，光谱采集模块为光谱仪，对击打后产生的等离子态光电子进行收集，形成不同元素的特征光谱。

光谱仪又称分光仪，广泛认知的为直读光谱仪。以光电倍增管等光探测器测量谱线不同波长位置强度的装置。它由一个入射狭缝，一个色散系统，一个成像系统和一个或多个出射狭缝组成。以色散元件将辐射源的电磁辐射分离出所需要的波长或波长区域，并在选定的波长上(或扫描某一波段)进行强度测定。

最后，传感器分析模块安装在该土壤营养元素检测系统的壳体2上，传感器分析模块根据得到的任意一种营养元素的特征光谱以及该营养元素对应的预设光谱分析模拟，得到待测土壤表面该任意一种营养元素的含量。当需要测量待测土壤表面多种营养元素的含量时，分别根据每种营养元素的特征光谱和每种营养元素对应的预设光谱分析模型，得到每种营养元素的含量即可。

当需要进样时，可以拆除传感器分析模块。

进一步地，该土壤营养元素检测系统还包括主控单元12，主控单元12通过蓝牙把光谱仪采集的营养元素的特征光谱传送给传感器分析模块，最终获取土壤样品中营养元素的含量。

本发明实施例提供的一种土壤营养元素检测系统，通过对待测土壤进行压实处理，消除了基体效应和土壤飞溅，提高了测量精度。

在上述实施例的基础上，优选地，还包括：气泵5和稀有气体储藏室7，所述气泵和所述稀有气体储藏室分别与所述负压样品采集舱连接；

其中，所述气泵用于抽出所述负压样品采集舱内的空气，以使得所述稀有气体储藏室中的稀有气体进入所述负压样品采集舱，形成具有所述预设负压的真空环境。

气泵通过出气管6把负压样品采集舱中的空气抽出，形成一定的负压，也就是说负压样品采集舱中压强小于正常的大气压，在压强的作用下，稀有气体储藏室中中的稀有气体通过进气管8进入负压样品采集舱中，将负压样品采集舱中的空气排除干净，形成真空的环境，从而避免了空气中的氮气、二氧化碳、一氧化氮等气体对土壤中营养元素的检测造成影响。

进一步地，该土壤营养元素检测系统还包括供电单元13，该供电单元13可以为整个土壤营养元素检测系统供电。

进一步地，该稀有气体储藏室中的气体可以是任何稀有气体，比如氩气等。

优选地，图2为本发明实施例中负压样品采集舱的结构示意图，如图2所示，该负压样品采集舱包括：负压样品采集舱壳体9-1、光信号收集光纤9-2、出气管9-3、进气管9-4、三维移动平台9-5、样本池9-6、传动系统9-7、X轴步进电机9-8、Y轴步进电机9-9、Z轴步进电机9-10、光信号出射光纤9-11、压实装置9-12和进样口机密塞9-13。

在上述实施例的基础上，优选地，所述负压样品采集舱包括样本池和压实装置，所述压实装置的上端与所述负压样品采集舱壳体9-1固连，所述样本池位于所述压实装置的下方，所述压实装置用于压实所述样本池中的所述待测土壤。

具体地，负压样品采集舱还包括：X轴向步进电机9-8、Y轴向步进电机9-9、Z轴向步进电机9-10、传动系统9-7和微型电机主控单元10。

负压样品采集舱主要完成待测土壤的压实，为完成此项功能，负压样品采集舱的舱顶中与压实装置的上端连接，压实装置的下端正对着样本池，样本池中放置待测土壤。

具体地，样本池安装在三维移动平台上，三个轴向步进电机通过传动系统与三维移动平台连接，驱动三维移动平台在三维空间内进行移动，从而带动样本池移动，使样本池抵达负压样品采集舱的进样口，完成样品的收集。

三个轴向步进电机为X轴向步进电机、Y轴向步进电机和Z轴向步进电机，三个轴向电机均通过脉冲信号控制，其根据微型电机主控单元10发送的控制指令和脉冲信号时长进行运行。

三维移动平台可以通过步进电机的驱动来进行移动，也可以通过能实现移动功能的机械结构来进行移动，具体移动方式本发明实施例在此不做限制。

三维移动平台将样本池移动到预先设定的最佳击打位置，该最佳击打位置就是激光激发交点和能量最大处。

优选地，压实装置的下端还安装有压力传感器，当需要对待测土壤进行压实时，三维移动平台在Z轴向压实装置运动，从而对土壤样品进行挤压，当达到设定的压力值时，三维平台会移动到最优击打位置。

当需要对整个待测土壤表面营养元素含量进行成像时，可以首先通过三维平台调整待测土壤高度，获得最佳的击打效果；然后，通过X轴和Y轴步进电机把待测土壤调整到需要击打的初级点位，然后根据要求，设定X轴和Y轴步进电机的位移，采用先X轴(或Y轴)向击打，然后Y轴(或X轴)向击打，最终完成整个待测土壤表面的光谱数据采集。

具体地，三维移动平台为合金铝材质的30mm*30mm*5mm的平板，样品池(外径20mm，内径18mm，高为8mm的空心柱形容器)固定在三维移动平台上。三个轴向步进电机通过传动系统与三维移动平台连接，驱动三维移动平台在三维空间内进行移动。三个轴向电机均通过脉冲信号控制，其根据微型电机主控单元10发送的控制指令和脉冲信号时长进行运行。

其中，负压样品采集舱为15cm*12cm*10cm的长方体，材料为合金铝，整个舱体进行机密性处理。工作时，气泵进行抽气，使舱体内部形成一定的负压(20-40％标准大气压)，进气口被动打开，对舱体内冲入氩气，直至达到新的平衡，也就是舱内的气压达到预设负压值，进气口和出气口关闭，气泵停止工作。

本发明实施例通过样品压实，消除基体效应和土壤飞溅，提高测量精度。

在上述实施例的基础上，优选地，所述激光发射模块包括激光器、第一可调分光器和第二可调分光器；

其中，所述激光器用于发射初始激光，若所述激光器处于稳定状态，所述第一可调分光器用于按照第一预设比例将所述初始激光分为第一激光和第二激光，以使得所述第一激光进入到所述第二可调分光器，所述第二可调分光器用于按照第二预设比例将所述第一激光分为第三激光和第四激光，以使得所述第三激光照射到所述待测土壤表面。

在激光器处于稳定状态的情况下，激光器发射初始激光，初始激光进入第一可调分光器，第一可调分光器把初始激光按照第一预设比例分为两部分，这两部分分别为第一激光和第二激光，第一激光进入第二可调分光器，第二可调分光器按照第二预设比例把第一激光分为两部分，分别为第三激光和第四激光，第三激光进行输出，通过光纤照射到待测土壤表面。

判断激光器是否处于稳定状态的方法为如下，在上述实施例的基础上，优选地，所述激光发射模块还包括：激光控制单元14和第一光电探测器；

其中，所述第一光电探测器用于将所述第一激光转换为第一电平，所述激光控制单元根据所述第一电平与预设范围进行比较，若所述第一电平在所述预设范围内，则判断所述激光器处于稳定状态，将调整后的第一预设比例重新作为所述第一预设比例，并将调整后的第二预设比例重新作为所述第二预设比例。

为了提高激光器的稳定性，在进行测量之前，需要先判断激光器是否处于稳定状态，首先，按照第一预设比例，调节第一可调分光器的激光输出比率，使大部分激光进入第一光电探测器，仅有微弱的激光信号进入第二可调分光器，由于能量较弱，无法完成对土壤的击打。

第一光电探测器把接收到的第二激光转换成第一电平信号，主控单元获取此第一电平信号，并与内部预先存储的预设电平信号进行比较，若在阈值之外，主控单元通过改变激光器的驱动电流，使激光器信号能量发生变化，按照上述相同的步骤得到下一次的电平信号，此时再次判断电平信号是否在预设范围内，若是，则结束流程，说明激光器已经进入稳定状态，否则，重复执行上述步骤。

当激光器进入稳定状态后，主控单元向第一可调分光器发送指令，调节第一预设比例，按照调整后的第一预设比例调整第一可调分光器的分光比率，使绝大部分激光(95％以上)进入第二可调分光器，第二可调分光器的输出部分激光能量进入第二光电探测器，第二光电探测器把光信号转换成电平信号，用于触发光谱仪的使能端，使光谱仪进入工作状态。另外第二可调分光器输出的大部分激光能量经光信号出射光纤击打在土壤样品表面，形成等离子态光电子。

在上述实施例的基础上，优选地，所述激光发射模块还包括：第二光电探测器，所述第二光电探测器用于将所述第四激光转换为第二电平，以驱动所述光谱采集模块。

第二光电探测器将光信号转换为电信号，驱动光谱采集模块中的光谱仪，光谱仪进入工作状态，对等离子态光电子进行采集。

其中，本土壤营养元素检测系统采用小型化风冷、出射波长为1064nm的Nd：YAG调Q激光器，光信号出射光纤和激光器控制单元构成激光发射模块，用于产生高能量的激光脉冲。

本发明实施例在激光器发射激光时，会先对激光器是否处于稳定状态进行判断，只有当激光器处于稳定状态的时候，才会发射激光，保证了激光器始终工作在较好的单模状态，抑制边摸并消除双模共存和跳模现象，从而可以提高激光器单模工作的稳定性。

图3为本发明实施例一种土壤营养元素检测方法的流程图，如图3所示，该方法包括：

S1，将所述待测土壤放置于所述负压样品采集舱中，并压实所述待测土壤；

S2，通过所述激光发射模块发射激光并照射到所述待测土壤表面，在所述负压样品采集舱中形成等离子态光电子；

S3，通过所述光谱采集模块根据所述等离子态光电子获取所述待测土壤中每一营养元素的特征光谱；

S4，通过所述传感器分析模块根据任一营养元素的特征光谱和所述任一营养元素的特征光谱对应的预设光谱分析模型，获取所述待测土壤中所述任一营养元素的含量。

在对待测土壤中的营养元素进行测量时，首先，田间原状待测土壤样品经进样口置入三维移动平台样品盒内，通过压实装置和三维移动平台对待测土壤样品进行压实，移动三维移动平台，使待测土壤样品处于最优击打位置，激光发射模块击打待测土壤样本表面，形成等离子态光电子，光谱收集模块收集击打后产生的等离子态光学信号，传感器分析模块获得原子发射光谱数据，通过分析计算获得所激发位置的营养元素(氮和碳)含量。

进一步地，若想获取整个待测土壤样品表面营养元素(氮和碳)含量的分布状况，在主控单元的控制下，三维移动平台在步进电机带动下将样本池进行微小距离移动，从而测量土壤样品表面另一位置的营养元素(氮和碳)的含量。

重复上述过程，将预设的区域扫描完成后，传感器分析系统在获得每一像素位置营养元素(氮和碳)含量的基础上，生成整个待测土壤样品表面营养元素(氮和碳)的分布图。

本发明实施例提供的一种土壤营养元素检测方法，通过采用小型的激光器，大大缩小了土壤营养元素检测系统的体积，并且在激光器发射激光时，会先对激光器是否处于稳定状态进行判断，只有当激光器处于稳定状态的时候，才会发射激光，保证了激光器始终工作在较好的单模状态，从而可以提高激光器单模工作的稳定性。另外，通过对待测土壤进行压实处理，消除了基体效应和土壤飞溅，提高了测量精度。并且，通过向负压样品采集舱中充入稀有气体，消除了空气对测量结果的影响。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种土壤营养元素检测系统，其特征在于，包括：负压样品采集舱、激光激发模块、光谱采集模块和传感器分析模块；

所述负压样品采集舱用于为待测土壤提供真空环境，并压实所述待测土壤；

所述激光发射模块用于发射激光并照射到所述待测土壤表面，在所述负压样品采集舱中形成等离子态光电子；

所述光谱采集模块用于根据所述等离子态光电子获取所述待测土壤中每一营养元素的特征光谱；

所述传感器分析模块用于根据任一营养元素的特征光谱和所述任一营养元素的特征光谱对应的预设光谱分析模型，获取所述待测土壤中所述任一营养元素的含量。

2.根据权利要求1所述系统，其特征在于，还包括：气泵和稀有气体储藏室，所述气泵和所述稀有气体储藏室分别与所述负压样品采集舱连接；

其中，所述气泵用于抽出所述负压样品采集舱内的空气，以使得所述稀有气体储藏室中的稀有气体进入所述负压样品采集舱，形成具有所述预设负压的真空环境。

3.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述负压样品采集舱包括样本池和压实装置，所述压实装置的上端与所述负压样品采集舱固连，所述样本池位于所述压实装置的下方，所述压实装置用于压实所述样本池中的所述待测土壤。

4.根据权利要求3所述系统，其特征在于，还包括：三维移动平台，所述样本池安装在所述三维移动平台的上方，所述三维移动平台通过在以下三个方向中的一个或多个方向进行移动，以改变所述样本池的位置，所述三个方向为X轴方向、Y轴方向和Z轴方向。

5.根据权利要求3所述系统，其特征在于，所述压实装置的下端安装有压力传感器。

6.根据权利要求1所述系统，其特征在于，所述激光发射模块包括激光器、第一可调分光器和第二可调分光器；

其中，所述激光器用于发射初始激光，若所述激光器处于稳定状态，所述第一可调分光器用于按照第一预设比例将所述初始激光分为第一激光和第二激光，以使得所述第一激光进入到所述第二可调分光器，所述第二可调分光器用于按照第二预设比例将所述第一激光分为第三激光和第四激光，以使得所述第三激光照射到所述待测土壤表面。

7.根据权利要求6所述系统，其特征在于，所述激光发射模块还包括：激光控制单元和第一光电探测器；

其中，所述第一光电探测器用于将所述第二激光转换为第一电平，所述激光控制单元根据所述第一电平与预设范围进行比较，若所述第一电平在所述预设范围内，则判断所述激光器处于稳定状态，将调整后的第一预设比例重新作为所述第一预设比例，并将调整后的第二预设比例重新作为所述第二预设比例。

8.根据权利要求6所述系统，其特征在于，所述激光发射模块还包括：第二光电探测器，所述第二光电探测器用于将所述第四激光转换为第二电平，以驱动所述光谱采集模块。

9.一种根据权利要求1至8任一所述土壤营养元素检测系统的土壤营养元素检测方法，其特征在于，包括：

S1，将所述待测土壤放置于所述负压样品采集舱中，并压实所述待测土壤；

S2，通过所述激光发射模块发射激光并照射到所述待测土壤表面，在所述负压样品采集舱中形成等离子态光电子；

S3，通过所述光谱采集模块获取所述待测土壤中每一营养元素的特征光谱；

S4，通过所述传感器分析模块根据任一营养元素的特征光谱和所述任一营养元素的特征光谱对应的预设光谱分析模型，获取所述待测土壤中所述任一营养元素的含量。

10.根据权利要求9所述方法，其特征在于，步骤S4之后还包括：

S5，移动所述待测土壤在所述负压样品采集舱中的位置，以测量所述待测土壤另一位置任一营养元素的含量，重复上述过程，以测量所述待测土壤表面预设区域中每一位置中任一营养元素的含量，并生成所述待测土壤表面营养元素的分布图。