LIBS技术研究番茄与土壤元素之元素与番茄生长的关系

番茄作为普遍栽培的蔬菜品种之一，因其风味而且含有多种矿物质、番茄红素等营养成分，深受大家的喜爱。随着经济水平的提高，人们对番茄品质需求也不断增加，因此种植者在关注番茄产量的同时越来越重视品质和风味。

番茄生长所必需的营养元素有17种，其中质量分数为0.1%～0.5%的元素称为中量元素，包括Ca、Mg、S等；质量分数介于2×10^-7～2×10^-4 mg·kg^-1的元素为微量元素，包括Zn、B、Cl、Fe、Mn、Cu、Mo等7种元素。中微量元素是酶、维生素、激素等的重要组成部分，直接或间接地参与作物机体的代谢过程，对于提高番茄产量、改善果实品质、增加植株抗逆性具有重要意义。经实验发现，增施中微量元素肥料能够提高番茄的单果质量、产量和糖度等品质，从而提高经济效益。因此，探究番茄中各种主要元素、微量元素对番茄产量和各项品质指标的影响效果对于番茄提质增效具有重要意义。

常用的微量元素测量方法很多，例如原子吸收光谱法AAS，电感耦合等离子体质谱法ICP-MS等。这些传统方法虽然结果较为理想，但是需要长时间和复杂的前处理过程，样品也不能重复使用，污染较大，有腐蚀，对操作人员要求也很高。因此急需一种快速，微损，无污染，可以实时检测元素的方法。激光诱导击穿光谱（Laser Induced Breakdown Spectroscopy）LIBS技术是一种新兴的元素检测和分析技术。当激光作用于样品表面时，在极短的时间内诱导产生含有样品物质信息的等离子体。通过对等离子体发出的光谱进行收集分析，建立光谱与元素一一对应的关系。由此可以检测出元素周期表中的大部分元素。

微量元素对番茄的生长作用很大。Ca元素的作用是有效防治裂果，增强抗旱，抗热能力；Ca会导致植株顶端新叶边缘发黄皱缩，叶柄扭曲，生长点幼芽变小黄化，坏死；植株顶端新叶边缘发黄皱缩，叶柄扭曲，生长点幼芽变小黄化，坏死；花蕾变褐，焦枯脱落；后期全株叶片向上卷曲，果实易发生脐腐病。Mg元素是叶绿素的合成成分之一。S元素参与叶绿素形成，增加某些作物的抗寒抗旱能力。Fe元素调节叶绿体蛋白和叶绿素的合成。B元素参与叶片光合作用中碳水化合物的合成，有利其向根部输送；促进生长素的运转，提高植物的抗逆性；对植物的授粉也有着重要的影响。Mn元素参与光分解，提高植物的呼吸强度。促进种子的萌发，和幼苗的生长；以及促进植物对磷和钙的高效吸收。Cu元素提高叶绿素的稳定性，从而更好的进行光合作用。Zn元素改变植物体内有机氮和无机氮的比例，提高抗旱，抗寒能力，促进枝叶生长，参与叶绿素生成。Mo元素提高固氮能力，促进光合作用。Cl元素参与光合作用，有助于钾、钙、镁等离子的运输。

中微量元素对于番茄而言虽然不如氮、磷、钾等元素需求那么大，但也是番茄生长发育过程中所且不可相互替代的存在。一般情况下，只要施足有机底肥，并及时追肥。在番茄种植的过程中基本不会有缺乏微量元素的情况出现。需要注意的是，要记得额外给番茄补充一些钙肥。钙元素不仅能提高番茄的抗裂果能力，还能有效预防脐腐病。

           图1                                                                            图2

由图1可知，施用含中微量元素的肥料能够提高番茄植株的株高和茎粗，提高幅度分别为4.7%和10.2%。从图2中可以看出，含中微量元素肥料施用能够提高番茄果实中维生素和番茄红素含量、降低硝酸盐含量，在95%的置信区间内效应显著；能够提高番茄果实中可溶性固形物和可溶性糖的含量。

我们后续将使用LIBS技术研究土壤元素与番茄之间的关系，包括土壤样品的制备，实验条件的研究及确定，以及从实验结论中得出秸秆和改良剂对番茄土壤肥力的影响等。

实验装置我们采用EcoChem 激光光谱元素分析系统，该系统采用LIBS技术。激光能量200mJ@1064nm，能量输出0-100%可调；重现率20Hz；光斑大小20-200μm连续可调；检测器谱宽190-1040nm；三维全自动工作台；样品室可通入氦气或氩气。