一种耕地土壤质量检测系统的制作方法

本发明涉及土壤检测，尤其涉及一种耕地土壤质量检测系统。

背景技术：

1、土壤检测技术领域涉及一系列方法和设备，用于评估土壤的质量、成分、肥力以及存在的各种污染物，包括化学分析、物理测量和生物指标测试，旨在确保土壤能支持农业生产并评估环境健康状况。化学分析可以检测土壤中的营养素如氮、磷、钾以及重金属和有机污染物的含量。物理测量则关注土壤的密度、质地、水分保持能力等物理特性，而生物测试则评估土壤中微生物活性和有害生物的存在，不仅对农业生产至关重要，也是环境保护和土地管理决策的关键因素。

2、其中，耕地土壤质量检测系统指的是一套集成的设备和方法，用于评估和监测耕地的土壤质量，确保其适宜于农作物的生长。系统的主要用途是为农民和土地管理者提供精确的土壤健康数据，帮助制定合理的施肥计划、灌溉策略和作物轮作方案。通过持续监测土壤的化学成分、物理特性及生物活性，系统能够及时发现土壤退化或污染问题，从而采取有效措施以维护或改善土壤条件，提升农业生产力和可持续性。

3、传统的土壤质量检测技术主要依赖于间歇性的样本采集和随后的实验室分析，常常面临数据时效性差和反应速度慢的问题。周期性的数据收集方法难以捕捉土壤状况的即时变化，尤其在遇到快速环境波动时，如极端天气事件导致的快速土壤特性变化，常规方法难以提供及时的决策支持。此外，土壤的物理和化学性质测试过程繁琐、时间消耗大，加上分析设备通常不具备移动性和适应性，这限制了检测作业的灵活性和效率。技术上的滞后不仅增加了农业生产的风险，也可能导致对土壤健康状态的误判，影响长期的土地管理和农作物的可持续生产。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种耕地土壤质量检测系统。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种耕地土壤质量检测系统包括：

3、土壤实时监测模块采用便携式传感器连续监测耕地土壤的温度、湿度、盐碱度、n、p、k元素浓度及ph值，数据通过网络实时上传至云平台，得到实时耕地土壤参数数据；

4、土壤环境分析模块根据所述实时耕地土壤参数数据，分析耕地土壤的温湿度变化对养分吸收和盐碱状态的影响，根据分析结果结合历史和区域环境数据，识别耕地土壤潜在营养失衡或盐碱问题，得到耕地土壤环境分析记录；

5、土壤物理分析模块采用所述耕地土壤环境分析记录，应用声学波谱和电磁波反射进行耕地土壤密度评估，根据评估结果分析耕地土壤的电导率和渗透性，评估土壤物理结构，生成耕地土壤物理特性数据；

6、综合土壤质量分析模块基于所述耕地土壤物理特性数据，综合分析土壤的化学性质和物理结构，根据分析结果进行耕地土壤结构和营养状况的综合评价，建立并输出耕地土壤综合质量检测记录。

7、作为本发明的进一步方案，所述实时耕地土壤参数数据的获取步骤为：

8、利用便携式传感器进行实时耕地土壤监测，测量土壤物理和化学参数，采用公式：

9、；

10、进行参数转化，生成土壤参数归一化数据集，其中，代表原始测量值，代表归一化比率，和分别代表测量范围的最小和最大值，是小量，用于确保数值稳定性；

11、根据所述土壤参数归一化数据集，进行参数综合性分析，采用公式：

12、；

13、计算得到土壤综合指数，其中，代表土壤综合指数，是参数的总数，是第个参数的归一化比率，是第个参数的权重；

14、将所述土壤综合指数与测量时间进行结合，采用公式：

15、；

16、生成时间戳标记的土壤质量数据，其中，表示带有时间戳标记的土壤质量数据，代表测量时间戳，是土壤综合指数；

17、结合所述时间戳标记的土壤质量数据，利用网络技术和云计算资源，进行数据的即时上传和处理，得到实时耕地土壤参数数据。

18、作为本发明的进一步方案，所述温湿度变化对养分吸收和盐碱状态的影响分析步骤为：

19、根据所述实时耕地土壤参数数据，提取温度和湿度数据，采用公式：

20、；

21、；

22、计算温度和湿度数据的均值和方差，得到温度均值数据和湿度方差数据，其中，代表第次测量的耕地土壤温度，代表第次测量的耕地土壤湿度，代表耕地土壤湿度的平均值，代表测量次数；

23、根据所述温度均值数据和湿度方差数据，分析温湿度对养分吸收效率的影响，使用公式：

24、；

25、计算得到养分吸收效率，其中，和分别为温度和湿度对耕地土壤吸收率的调节系数；

26、结合所述养分吸收效率，评估对盐碱状态的影响，采用增强模型，；

27、计算得到盐碱状态指数，其中，为调节系数，用于平衡公式，防止分母为零。

28、作为本发明的进一步方案，所述耕地土壤环境分析记录的获取步骤为：

29、整合所述盐碱状态指数与耕地土壤历史盐碱状态数据，分析当前状态与历史变化，采用差异分析模型，；

30、计算得到耕地土壤盐碱状态变化差值，其中，代表耕地土壤历史平均盐碱状态；

31、根据所述耕地土壤盐碱状态变化差值，评估耕地土壤潜在的营养失衡风险，采用风险评估模型，；

32、计算得到营养失衡风险指数，其中，为历史盐碱状态的标准偏差，为历史数据的均值调节系数，使用双曲正切函数调节模型对极端值的敏感性；

33、将所述营养失衡风险指数与区域作物生长数据进行对比，确定土壤管理和改良建议，形成耕地土壤环境分析记录。

34、作为本发明的进一步方案，所述耕地土壤密度的评估步骤为：

35、结合所述耕地土壤环境分析记录，进行声学波谱分析，采用公式：

36、；

37、计算得到声学土壤密度指数，其中，代表声波在土壤中的速度，代表频率，和代表差异深度的声波反射率；

38、结合所述耕地土壤环境分析记录，利用电磁波分析土壤的反射特性，采用公式：

39、；

40、计算得到电磁波土壤密度指数，其中，代表电磁波的波长，为电磁波反射功率，为电磁波入射功率；

41、综合所述声学土壤密度指数和电磁波土壤密度指数，使用加权平均法进行土壤密度最终评估，采用公式：

42、；

43、计算得到综合土壤密度数据，其中，和分别代表声学土壤密度指数和电磁波土壤密度指数的权重系数。

44、作为本发明的进一步方案，所述耕地土壤物理特性数据的获取步骤为：

45、利用所述综合土壤密度数据，评估土壤的电导率，采用公式：

46、；

47、计算得到土壤电导率，其中，是基准电导率，代表耕地土壤在标准条件下的电导率，是衰减因子，用于调整密度对电导率的影响；

48、利用所述综合土壤密度数据，评估耕地土壤的渗透性，采用公式：

49、；

50、计算得到土壤渗透性，其中，是基准渗透性系数，表示在理想状态下的耕地土壤渗透性，是土壤密度影响渗透性的调节系数；

51、结合所述土壤电导率和土壤渗透性，使用数据整合公式：

52、；

53、生成耕地土壤物理特性数据，其中，和是电导率和渗透性的权重因子。

54、作为本发明的进一步方案，所述土壤的化学性质和物理结构的综合分析步骤为：

55、收集所述耕地土壤物理特性数据和化学性质数据，并进行标准化处理，使用公式：

56、；

57、；

58、得到标准化的物理和化学数据和，其中，和是耕地土壤物理特性数据的均值和标准差，和是化学性质数据的均值和标准差；

59、基于所述标准化的物理和化学数据，采用公式：

60、；

61、计算得到土壤综合物理化学指数。

62、根据所述土壤综合物理化学指数，进行报告生成，采用公式：

63、；

64、得到耕地土壤结构综合报告，其中，代表综合报告数值，包括耕地土壤的物理和化学状况。

65、作为本发明的进一步方案，所述耕地土壤综合质量检测记录的获取步骤为：

66、利用所述土壤综合物理化学指数，进行耕地土壤质量评估，采用公式：

67、；

68、计算得到土壤综合质量评级，其中，和是调整参数，用于调整曲线的中点和陡峭度；

69、整合所述土壤综合质量评级，采用公式：

70、；

71、形成土壤营养状况评估报告，其中，表示土壤营养状况评估报告数值；

72、将所述耕地土壤结构综合报告和土壤营养状况评估报告进行内容合并，采用公式：

73、；

74、输出耕地土壤综合质量检测记录。

75、与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：

76、本发明中，通过实时连续监测和即时数据上传，显著增强土壤质量监测的动态响应能力，利用便携式传感器获取的多元数据实现对土壤状态的实时评估，突破数据收集的时间局限，确保即时获取关键土壤参数，包括温度、湿度、盐碱度及营养元素浓度，同时整合声学波谱和电磁波反射技术为土壤密度和物理特性提供深度分析，提高分析精度和土壤状况的可视化级别，扩展了传统土壤分析的边界，通过高频率的数据更新和增强的土壤结构分析，提升耕地土壤管理策略的科学性和适应性。