在农业作物耕作中,合理施用化学肥料既能保障作物生长所需养分,也极大地减少肥料流失造成的环境污染。与目标产量紧密相关的化学肥料是氮肥和磷肥,其中氮肥的施肥量最多。土壤中易于被作物吸收的无机氮素包括铵态氮和硝态氮,且硝态氮活性大,不易被土壤胶体吸附。通常硝态氮测试方式普遍采用将田间采集的土壤样品带回实验室进行检测,但由于土壤样品离开土体后受时间和空间而发生变化,导致硝态氮测量值与实际土壤中所含硝态氮之间存在差异,也就无法精准指导施肥和评价农业面源污染。因此,研究开发适用于田间实时土壤硝态氮快速测定方法及仪器就显得十分迫切。本论文主要针对解决现场硝态氮现场快速测定的问题,提出了一种集现场采集土壤、快速土壤硝态氮提取与处理、实时检测一体化的测定方案,研制了基于离子选择性电极阵列的多传感器土壤硝态氮测定系统,并在河南许昌和湖北潜江等地进行了现场验证实验,本研究工作主要包括以下4部分:1.集全固态硝酸根离子选择电极、p H电极、温度传感器和液位传感器一体研制了土壤硝态氮测量的多传感器阵列和测试系统,实现了现场土壤硝态氮快速自动化流动分析。快速现场土壤硝态氮测定系统由传感器阵列、搅拌器、过滤器、土壤水分传感器、液位传感器、丝杆滑台、蠕动泵、电子秤和液晶触摸屏组成。全固态离子选择电极输出阻抗极高,为保证准确采集到有效的电极信号,对电极信号进行稳压滤波、阻抗匹配和信号放大处理等。将调理过的电极信号与树莓派微处理器相连并进行数据处理,微处理通过标准总线接口协议管理蠕动泵、搅拌器、过滤器等功率器件,测量结果同时在液晶显示屏上显示和通过蓝牙接口传输至手机APP。2.为了提高硝态氮的检测准确度,需要采用浸提剂对土壤中硝态氮进行提取,提取硝态氮含量与土壤含水量有关。实验表明,不同含水率土壤引起硝氮测试结果相对误差高达24.02%。为了确保不同含水率的土壤添加浸提液后能够获得硝态氮的准确测量,采用时域反射技术（TDR）快速检测土壤含水率,并建立了土壤含水率和土壤中硝态氮含量之间的对应关系,通过校正土壤硝态氮含量测定结果的相对误差有效降低了13.09%。3.论文采用时间相关密度泛函理论（Time-dependent density functional theory,TDDFT）在M06-2X/6-311+G（2d,p）理论水平上对类似离子NO2-、NO3-、SO42-等最大吸收峰位置进行计算,依据最大吸收峰位置建立了紫外可见分光光度法硝态氮测定标准曲线。实验结果表明,系统响应时间≤14 s,灵敏度-51.63 m V/decade,线性范围10-5~10-2.2 mol/L,最低检测限10-5.23 mol/L,标准差低于5.40 mg/kg,相对标准差低于4.47%,加标回收量均在90%~110%。4.采用本论文研制的多传感器阵列土壤硝态氮测定系统对河南省许昌市的小麦-玉米轮植试验田和湖北省潜江市的水稻试验田四个不同梯度施肥处理后田间现场土壤硝态氮测试,测定结果与紫外可见分光光度法进行了对比分析,相关系数（R~2）0.9952。并对测试结果进行F检验、相关分析、回归分析和Bland-Altman一致性分析,测值均在95%置信区间内。