氮元素是植物生長的必需養分之一，它是每個活細胞的組成部分，植物需要大量的氮。如果氮元素缺乏植物往往會表現為生長緩慢，植株矮小，葉片薄而小，葉色缺綠發黃。生長后期缺氮則表現為穗短小，籽粒不飽滿。磷元素能夠促進花芽分化，促進幼苗根系生長和改進果實品質。缺少磷元素會導致幼芽和根系生長緩慢，植株矮小，夜色暗綠無光澤。鉀元素能夠促進植株莖稈健壯，改善果實品質，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，果實品質下降，著色不良。
缺少氮元素的狀態
缺少磷元素的狀態
缺少鉀元素的狀態
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。基于元素的檢測，目前、的方法就是激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術。樣品無需前處理，無污染。檢測限可達ppm級，測量的元素可覆蓋元素周期表中的大部分元素。
我們取玉米籽粒，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行實驗。實驗儀器我們選擇EcoChem激光光譜元素分析系統，該系統采用LIBS技術。激光能量200mJ@1064nm，能量輸出0-99%可調；重現率20Hz；光斑大小20-200μm連續可調；檢測器譜寬190-1040nm。
查詢EcoChem激光光譜元素分析系統內置的ElementLIBS元素識別數據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
通過玉米標準物質以及系統內置的PLS多變量定量模型（可減少基質中的影響因素，提高分析計算的準確性）的運算，如右上圖，我們可以建立玉米中氮磷鉀元素的定標擬合曲線，相關系數達0.96，比較理想，可作為氮磷鉀元素含量預測的定標曲線，快速大量對待測玉米的元素含量進行計算。
我們繼續針對玉米籽粒進行實驗，測量內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。實驗結果如下圖所示，暖色區為元素富集區域，冷色區元素含量較低。實驗得知，不同元素在玉米籽粒內部富集的區域有所不同。
EcoChem激光光譜元素分析系統因具有無需前處理，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，品質鑒定等諸多方面發揮重要的作用。同時此方法也可以引用到其他多種糧食和作物的檢測領域。
