灌溉土地占我们食品供应量的40%,盐分影响产量 在这些土地上大约五分之一

盐分管理:为何你应该更加关心/环境环境/测量-洞察/关于我们-米环境

灌溉过程中对盐类管理不善最终会减少生产,在许多情况下会急剧减少。误入灌溉也会增加水的成本以及用于施加水的能源。了解土壤中的盐分平衡,了解渗水量,或需投入的额外灌溉水量,以维持可接受的根区盐度,对于每位灌溉经理的成功都至关重要。然而,监测土壤盐度往往难以被理解。

衡量 EC 对作物产量持续较高的指标

在下面的网络研讨会中,世界著名土壤物理学家博士盖隆·坎贝尔教授测量土壤电导率(EC)的基本原理,以及如何使用一种很少有人想到的工具——但对于维持作物产量和利润至关重要。学习

• 灌溉农业中的盐源

• 盐对植物的影响和原因

• 土壤中盐分的测量方法

• 常见的测量值与土壤中盐分的含量相关

• 盐如何影响各种植物物种

• 如何进行计算,以确定对给定水质的水量进行多少

为什么要衡量EC?

灌溉土地占我们粮食供应量的40%,盐分对这些土地面积的约五分之一产生了影响。所有灌溉水至少含有一些盐。如果允许盐在作物根区周围积聚,它们会损害植物,降低产量,甚至改变土壤结构,对土地本身造成长期损害。为了提高灌溉土地的生产效率,了解如何管理盐分非常重要。

管理盐分的步骤是:

• 测量土壤中目前的盐含量

• 确定通过灌溉添加多少盐

• 灌溉过程中持续监测以管理盐分

电导率(EC)是进行这些测量的关键。纯净水不导电,但大多数水,甚至自来水,都有足够的溶解盐来导电。由于水中盐分的浓度直接影响其导电性,因此测量导电性是测量土壤水中盐浓度的一种非常有效的方法。

盐和植物:有什么问题?

大多数人曾经历过过度施肥,也许是偶然,并导致草类或其他植物死亡。人们常说,这种肥料已经“烧毁”了植物,但通常情况下,造成破坏的并非营养物质本身。这通常是它们对水的影响。植物会吸收水分,但不会吸收大量可食用的盐分。通过施肥和灌溉将盐加入土壤中后,盐就会浓缩在那里。盐可能会给植物带来多种问题。例如,Na+ 可能达到对植物有毒的浓度,尽管该植物并未占用任何可感知的量。盐也会吸引水,使植物更难从土壤中吸收水分。有些植物对土壤中的盐分比其他植物更敏感。如果土壤饱和提取物EC超过2华氏度/米,则豆类产量将受到影响,而大麦则可在不降低高达16华氏度的土壤饱和提取物的情况下种植。然而,最终高盐分会影响所有植物。

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表1。农作物中的盐耐受性

EC的通用单元

用于电导的SI单元是Siemen,因此电导率为S/m。旧文献中使用的单位是 mho/cm(mho 是 ohm 的对等单位)。土壤EC通常以mmho/cm报告。1 mmho/cm等于1 mS/cm,但由于SI会抑制分母中子乘数的使用,因此该单位被改为每米(dS/m)的deciSiemen,其数值等于mmho/cm或mS/cm。

• 电阻电阻 – 欧姆

• 导性 – 1/ohm

• mho——现在是西门子

• 旧单位 - 毫米/毫米

• 现代单位——mS/cm 或 dS/m

表2。土壤盐度课程(理查兹,洛杉矶)[埃德]1954年。盐碱和碱性土壤的诊断与改善,美国农业部AG手册,华盛顿特区

衡量EC的方法不止一种

measure EC测量土壤中的EC有三种方法:测量孔隙水、大容量EC或饱和提取物。这三个都有关联,但有工具可以将其中一个转换为另一个。为了了解测量数据,了解正在测量的是哪种类型的EC。

水后水效应:许多研究人员认为他们正在测量的内容

水体水EC或土壤水(_σ-w)是土壤孔隙中水的导电性。研究人员常常误以为土壤EC传感器产生的数值是孔隙水的。只需在原地测量孔隙水的导电性,就非常理想。试着想象一下这会如何运作。需要将微型传感器插入到充满水的微小孔隙中。显然,无法在该尺度上测量水的EC。事实上,测量孔隙水的唯一方法是提取土壤水样并测量该样本的水果。

批量EC

散装土(σ _b)是散装土壤(土壤、水和空气)的导电性。Soil moisture sensors土壤中安装的土壤湿度传感器均测量散装的EC。经验或理论方程可用于测定孔隙水的EC和饱和提取EC(_σe),其体积为EC的测量值。批量EC是唯一可持续进行原位监控的EC指标。

饱和度提取物 EC:传统方法

饱和度提取物 EC(σ _ee) 准确说明了土壤中的盐分含量,并可转化为土壤盐分。这是衡量EC的传统方法。通过采集土壤样本、形成土壤和去离子水的饱和糊状物、提取水,然后测量提取溶液的EC。文献中报告的已发表的EC值几乎总是饱和提取。

将散装式EC转换为孔隙水

如前所述,原位传感器会测量传感器周围散装土壤的电导率(σ _b)。已开展大量研究以确定σ_bσb与孔隙水电导率(σ _w)之间的关系。希尔霍斯特(2000年)利用了土壤散装介电许可率(_εb)与σw之间的线性关系σ_w,使得从σ_bwε_bεb的σb转换为σ。TEROS 传感器在相同土壤体积下几乎同时测量 ε _{b b}和 σ b。它们非常适合这种方法。孔隙水电导率可从中确定(参见Hilhorst,2000用于推导)

方程1

其中σ_wπw是孔隙水的电导率(dS/m);ε_wε是土壤孔隙水介电率(单位)的实际部分;_bσb是大容量电导率(dS/m),_{由传感器直接测量;}εb是大容量土壤介电电导率(单位)的实际部分;_{ε σb} =0是介电许可值的实际部分,当_bπb = ₀(无单位)。更准确的数值可根据土壤温度计算

方程式

T_soil其中T土是通过与大块EC测量相配的温度传感器测量的土壤温度(oC),这与METER土壤EC传感器的情况类似。

_εb volumetric water content sensors也由大多数研究级体积含水量传感器进行测量。

最后,ε _σ =0 是一个偏移词,在 EC=0 时,它大致代表土壤的介电性。希尔霍斯特(2000年)建议将 ε _{σ b} =0= 4.1 用作通用偏移。希尔霍斯特(2000年)提供了一种简单易懂的方法,用于确定 ε _{σ b} =0 单个土壤类型,在大多数情况下会提高数值(π的精确性。

我们的测试表明,σ_w上述计算方法在土壤和其他生长介质中的准确率(±20%)在高含水量(高于25%)时得出。随着水含量降低,方程1的分母变得微小,导致计算中存在较大的潜在误差。为了达到最佳效果,我们建议在水含量高时使用Hilhorst方程来获取饱和提取物EC(_σe),然后计算孔径水的水含量低于(低于25%),前提是在去除水时盐分会留在土壤中(如方程3所示)。利用这一假设

方程3

土壤的体积含水量为θθ_,其中的含水量为饱和度,可根据土壤的体积密度计算

第四类

ρ _b 是土壤的体积密度(³Mg/m 3),_ρ s 是固体的密度(矿物土壤为2.65 ^Mg/m 3)。

孔径水EC转换为饱和提取物

饱和提取物的EC(通常显示为EC _ee或_σe)是指从土壤饱和糊状物中去除孔隙水的导电性。土壤被蒸馏水润湿,直至土壤饱和。然后将土壤放在真空漏斗的滤纸上,并施加吸力。对从样品中去除的水进行电导率测量将给出 σ _ee。_土壤的σ _e 是几乎所有盐度推荐所使用的数值(例如,参见 Richards, 1954),因此是需要获取的重要数值。可以通过以下公式从孔隙水中计算

第五类

结合第1和第4项

第六类

方程6很可能是评估该领域盐度最有用的公式。再次,在水含量最高时使用,以最大限度地提高准确性。

例如,³假设我们土壤的体积密度为1.33毫克/立方米。从第4方程中,其饱和水量为1–1.33/2.65等于0.5。假设我们测量了0.3 dS/m的体积,³³当水分含量为0.345米3/米3时,大容量介电(_bε b)=20。σ _e将是

第七类

从散装水中计算孔隙水

从大容量EC计算孔隙水EC与从一组单元转换到另一个单元并不相同,它实际上是一种模型。或者更确切地说,这是许多不同类型的模型。有些是实证的,有些是理论性的,但都有其自身的优点和缺点。我们推出了Hilhorst模型,但还有其他受欢迎的模型,包括Rhodes模型以及Mualem和Friedman模型。

表3。测量不同类型EC的方法

应用1:减少盐分堆积

测量土壤中EC的最常见原因之一是减少生长植物根部区域的盐分。如果根区的水分变高,种植者可以在根区下方的浸出盐中添加额外的灌溉水。下图展示了饱和提取值在相对基础上如何以较浅的颜色相互比较,表示正饱和度较低的提取物,以及表示高饱和度的深色。

图1。饱和提取值之间如何相互比较的图示[图片取自Stirzaker(2010)]

应用2:计算浸出分数

渗水量(LF)定义为根区底部(_D排水沟)排出的水深,除以通过灌溉和降水对土壤分布_applied(D)施加的水深。

使用浸出分数计算通过根区需要多少水才能保持特定电导数。

第八类

例如,如果液态灌溉水的EC为0.3 dS/m,而通过根区排出的水位应具有不超过3 dS/m的EC值,则灌溉设备应通过该孔径运行十分之一的水。

然而,这一切都假设排水(排水量在根区底部排干了多少)得到了准确测量。实际上,这是一件很难衡量的事情。一种创新方法是扭转渗水量分量方程,并利用排水水的EC计算深度排水。排水水的EC可以通过在根区下方安装探头来测量。

重新排列方程,排水水的深度等于所施水的深度,乘以所施水的EC(降水与灌溉),除以排水水的EC。

第九类

在大多数地区,雨水(不含盐)将在整体盐分平衡中发挥重要作用。调整水用(EC_applied)的EC以促进雨水作用的一个好方法是,将灌溉水的EC乘以灌溉深度,并除以雨水深度以及灌溉深度。

第十项

使用大量EC测量得出的渗脂分数示例计算

渗滤率为0.4/4,为10%。排水过程中流失的水总量为2.5厘米。

应用3:根区中的营养物质追踪

图2。土壤含水量随时间推移在三个深度

图2显示了经过施肥后,土壤含水量值随时间的变化,处于三个深度。但肥料在哪里?土壤湿度值未显示养分渗漏或排水的迹象

图3。用于计算相同三个深度下孔隙水EC的散装EC和VWC的GS3测量值

在图3中,使用GS3对散装水的EC和体积水含量进行测量,以计算相同三个深度的孔隙水。注意肥料如何暂时停留在根区,但通过根区排出水分而脱水。两张图表均取自《斯特扎克》(2010年)。

为EC收集数据

以下传感器将允许您为特定的EC模型和应用收集数据。

5TE、GS3、TEROS 12

soil moisture sensors这些土壤湿度传感器可用于确定:

• 土壤排水水的散装水(_σb)——土壤湿度/温度/EC传感器安装在根区下方

• 土壤或无土基质的散装EC(_σb)——根区安装的土壤湿度/温度/EC传感器

• 土壤湿度——含水量(θ)或介电许可率(ε _b)

• 土壤温度——温度值与土壤EC测量(T _soilmotory)相同

G3 排水量和 CTD + 直流(EC/温度/深度传感器)

G3 和 HYDROS 21 + DG 可用于在根区下方安装时,确定土壤排水水的孔隙水 EC(w_,EC 排水)。此外,可以使用孔隙水采样器来确定孔隙水的水位(σ _w为 × )。

ES-2 温度和 EC 传感器

ES-2 可用于在灌溉管内安装时确定灌溉水(σ _w,_{EC 灌溉})的EC(这需要定制校准)。

雨量计

rain gauge雨量表可用于确定雨度(D₎。

獾流量计

该仪器可用于确定灌溉深度(_{D 灌溉}),前提是您了解灌溉总面积。