GeoScan如何表征土壤盐分与养分?

2020-07-01 0

GeoScan测量结果显示为土水比1:5的土壤电导率

土壤含盐量和电导率是表征土壤盐分状况的主要指标,不仅是用来确定土壤盐渍化程度的主要参数,同时也是田间养分管理和环境监测的重要指标。虽然通过测定土壤含盐量表示土壤盐渍化程度比较准确,但其测定方法较为繁琐且需时过长。由于在一定范围内,土壤溶液含盐量与电导率呈正相关,同时测定土壤电导率具有简便快捷、工作量小等优点,所以土壤浸提液的电导率常用作反映土壤盐分含量状况的重要指标。

目前国外普遍用饱和泥浆浸出液的电导率(ECe)来表示土壤盐分状况,饱和泥浆法测定的盐分状况比较接近于田间实际,因此倡导的学者较多,但由于饱和泥浆的制备经验性强,且饱和点的判定不确定性大,电导率的测定重现性差,因而无法推广普及。

如何较为精确地通过电导率来表征土壤含盐量一直是土壤学研究的热点问题之一。国内外多数学者提倡用25℃不同土水比的电导率来表示,但由于土水比、盐分组成类型、土壤质地等因素的影响,土壤浸提液的电导率的数值有较大差别。对于土壤电导率与土壤盐分含量、水分含量的相关关系以及相应的函数模型和校正系数等有较多的研究,但目前通用的土壤溶液电导率应用指标仍未能确定,并且土壤溶液电导率与含盐量的换算关系多集中于土水比1:5。

因此,巍图科技选择EC1:5作为GeoScan测量土壤盐分值的参数

常用Salinity Units盐度单位

EC

Electrical conductivity电导率

EC1:5

Electrical conductivity of a 1:5 mixture of soil:water土壤与水1:5混合物的电导率

ECw

Electrical conductivity of water水的电导率

ECe

Electrical conductivity of saturated soil extract饱和土壤浸出液电导率

dSm-1

deciSiemens per metre (dS/m)

mmolL-1

Millimoles per litre (mmol/L or mM)毫摩尔/升

TDS

Total dissolved solids溶解性总固体

ppm

Parts per million百万分之几

mgL-1

Milligrams per litre (mg/L)毫克/

gm-3

Grams per cubic metre (g/m3) 克/立方米

换算因素:

Ø 1 dS/m = 1000 µS/cm

Ø TDS (mg/L) ≈ 640 X EC (dS/m) @ < 5 dS/m

Ø TDS (mg/L) ≈ 800 x EC (dS/m) @ > 5 dS/m

Ø 1TDS=1ppm

盐碱土的定义:饱和土壤溶液25℃时大于4dS/m;

当土壤盐分超过作物耐受范围,会对作物产量造成直接影响。

不同作物产量损失的实例

作物

产量潜力

100 %

90 %

75 %

50 %

0 %

ECe

ECe

ECe

ECe

ECe

小麦

6.0

7.4

9.5

13.0

20.0

甘蔗

1.7

3.4

5.9

10.0

19.0

马铃薯

1.7

2.5

3.8

5.9

10.0

生菜

1.3

2.1

3.2

5.1

9.0

紫花苜蓿

2.0

3.4

5.4

8.8

16.0

橙子

1.7

2.3

3.3

4.8

8.0

葡萄

1.5

2.5

4.1

6.7

12.0

ECeEC1:1 

因为EC1:1便于操作,又与饱和泥浆接近,或更接近饱和土壤溶液,因此,巍图科技建议有标定需求的用户,增加使用EC1:1作为土壤电导率检测的标准。

饱和泥浆的制备及其电导率测定:饱和泥浆的制备方法按照理查德提出的手工调制法进行。称取20g待测土样放入塑料容器中一边缓缓加入去CO2蒸馏水,一边用调土板将其调制成饱和泥浆(土样处于一种半流动,表面反光,同时有自由水析出的状态)。将制备好的饱和泥浆静置6h后,用离心机分离土水混悬液,取上层清液,用电导率仪测定电导率记为ECe

EC1:1的制备及其电导率测定:土壤经自然风干、研磨并过2mm筛后混匀待测。称取测试土样10g置于100ml广口塑料瓶中加入无CO2的蒸馏水10ml,以此制备土水比1:1的土壤溶液。加盖在恒温往复振荡机上振荡3min,将土水混悬液用离心机分离,取上层清液,用电导率仪测定电导率,即为EC1:1

我们开放了体积盐度索引指数VSIC用于客户盐分值的校正

在电磁学上,土壤介质可以表示成由空气、散装土壤、结合水和自由水四种成分组成的介质混合物(Hallikainen et al, 1985)。研究人员认为结合水和自由水的复介电常数分别为电磁频率(F)、温度(T)和盐度(S)的函数。沈阳巍图科技,采用分频技术,在同一传感器的频率前端,分成两个频段,其中一个频段用来测量水分,另一个频段用来测量水、盐、温三项的综合影响。

巍图科技提出的体积盐度索引指数VSIC(Volumetric Salinity Indexation Characteristic)概念,以表征传感器在不同土壤质地、不同水分含量和盐分浓度下,可测出不同盐浓度间导电性的差异特征指数。其运算方法可用以下函数概括:

VSIC=f(T,Fs1,Fs2,Fa,Fw);

ECe=a*VSIC+b;

其中T为土壤温度;

Fs1Fs2为传感器在土壤中频段1和2输出的频率值;

Fa为传感器在空气中输出的频率值;

Fw为传感器在纯水中输出的频率值;

ab为方程标定常数,与土壤质地相关。

总结为:在特定的安装地点和土壤环境下,您可以将VSIC看做与传感器属性相关的电器属性,在与您需要测量的土壤盐分专业属性之间建立线性关系,完成传感器土壤电导率校正。

监测大水漫灌洗盐过程

大水漫灌压盐是高盐地种植常用的管理措施。GeoScan监测实际压盐效果。当灌溉发生时,充足的水分造成表层(10cm土层)盐分值迅速下降,随着灌溉峰向深层土壤移动,向20、40、60cm或者更深土层推移,盐分逐渐下行,积盐位置一般位于灌溉20、40cm深度。灌溉结束后,随着水分的蒸发,深层土壤中的盐分又向表层凝聚图解如下:

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监测土壤通体总盐含量的变化

对整个土层的盐分进行叠加,发现在整个生育期内,随着大水漫灌洗盐过程的进行,监测土层中的盐分呈现明显下降趋势,从7月1日至10月1日,下降1.6ms/cm;对有施肥灌溉发生的8月4日数据,在盐分积盐的过程中,有每日微量的下降趋势,可能与有效养分被植物消耗有关系。

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土壤通体内盐分总量变化图(大田玉米)

监测单纯灌溉与灌溉施肥在盐分运移上的差异

7月12日单纯灌溉,8月4日进行了灌溉施肥,同一灌溉量下,盐分影响范围明显不同。8月4日160cm以内对盐分均有响应,140cm对盐分有明显的响应变化,甚至到200cm,盐分值都在缓慢的增加。分析原因有二,一是因为两次监测到的水分影响范围不同,7月12日水分影响土层小于8月4日,灌溉峰到达的位置影响盐分运动;二是施肥对土壤中盐分运动的影响,尤其是120cm与140、160cm之间,存在明显的盐分交互运动。

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同一灌溉量下,单纯灌溉与灌溉施肥的影响

地下水位变化,引起的盐分交换过程

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100与120cm之间地下水位变化引起的盐分交换与累积过程

田间实测积盐过程

在不同的土壤类型中,滴灌时,会在土壤中形成不同的灌溉峰,当盐分运移到相应位置时,就在灌溉峰处产生积盐效应。在传感器布设时,根据使用目的,可以选择高盐点和低盐点进行布设。

灌溉施肥发生时,50cm各土层均有响应,在湿润峰边缘,有积盐效果,在VSIC的曲线中显示明确。

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IrriScan分析显示积盐过程

田间实测固体肥料溶解

监测灌溉施肥的效果,尤其是固体肥料的溶解过程和溶解效果。土壤水分和盐分跟踪,当灌溉施肥发生时,土壤总盐含量随之升高,灌溉过后土壤中总盐含量维持在一定水平,当发生单纯灌溉时,盐份随水分有淋溶过程,随后数值下降。

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灌溉施肥引起土壤盐离子浓度升高


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