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염분 관리 더 많은 관심을 가져야 하는 이유/ko/측정-인사이트/우리-계측-환경에 대한 정보

관개 시 적용되는 소금을 잘못 관리하면 궁극적으로 많은 경우 생산량이 급격히 감소합니다. 관개를 잘못하면 물 비용과 관개에 사용되는 에너지도 증가합니다. 토양의 염분 균형을 이해하고 침출 비율 또는 허용 가능한 뿌리 영역 염분을 유지하기 위해 추가로 적용해야 하는 관개수의 양을 파악하는 것은 모든 관개 관리자의 성공에 매우 중요합니다. 하지만 토양 염분 모니터링은 제대로 이해되지 않는 경우가 많습니다.

지속적으로 높은 작물 수확량을 위한 EC 측정

아래 웨비나에서는 세계적인 토양 물리학자인 게일런 캠벨 박사가 토양 전기 전도도(EC) 측정의 기본 사항과 작물 수확량과 수익을 유지하는 데 절대적으로 필요하지만 많은 사람이 생각하지 못하는 도구의 사용법을 알려드립니다. 자세히 알아보기:

• 관개 농업의 소금 공급원
• 소금이 식물에 영향을 미치는 방법과 이유
• 토양의 염분 측정 방법
• 일반적인 측정이 토양의 염분량과 얼마나 관련이 있나요?
• 소금이 다양한 식물 종에 미치는 영향
• 주어진 수질에 대해 신청할 물의 양을 파악하는 데 필요한 계산을 수행하는 방법

EC를 측정하는 이유는 무엇인가요?

관개 토지는 식량 공급의 40%를 차지하며, 염분은 그 중 약 5분의 1 에이커의 수확량에 영향을 미칩니다. 모든 관개용수에는 최소한의 염분이 포함되어 있습니다. 염분이 작물의 뿌리 주변에 쌓이면 식물을 손상시키고 수확량을 감소시키며 토양 구조를 변화시켜 토지 자체에 장기적인 피해를 입힐 수 있습니다. 관개 토지의 생산성을 보존하기 위해서는 염분을 관리하는 방법을 이해하는 것이 중요합니다.

염분 관리 단계는 다음과 같습니다:

• 현재 토양에 얼마나 많은 소금이 있는지 측정
• 관개를 통해 첨가되는 소금의 양을 결정합니다.
• 관개 중에 지속적으로 모니터링하여 염분을 관리합니다.

전기 전도도(EC)는 이러한 측정의 핵심입니다. 순수한 물은 전기를 전도하지 않지만 대부분의 물, 심지어 수돗물에도 전도성이 있을 만큼 충분한 염분이 용해되어 있습니다. 물의 염분 농도는 전도도에 직접적인 영향을 미치기 때문에 전기 전도도 측정은 토양수의 염분 농도를 측정하는 매우 효과적인 방법입니다.

소금과 식물: 무엇이 문제인가요?

대부분의 사람들은 실수로 비료를 너무 많이 줘서 잔디나 다른 식물을 죽인 경험이 있을 것입니다. 흔히 비료가 식물을 '태웠다'고 말하지만, 일반적으로 피해를 입히는 것은 영양분 자체가 아닙니다. 그것은 종종 물에 미치는 영향입니다. 식물은 물을 흡수하지만 염분은 눈에 띄게 많이 흡수하지 않습니다. 비료와 관개를 통해 토양에 소금이 첨가되면 토양에 농축됩니다. 소금은 식물에 다양한 문제를 일으킬 수 있습니다. 예를 들어, 질산나트륨(Na+)은 식물이 상당한 양을 흡수하지 않더라도 식물에 독성이 있는 농도에 도달할 수 있습니다. 또한 소금은 물을 끌어당겨 식물이 토양에서 수분을 흡수하는 것을 더 어렵게 만듭니다. 일부 식물은 다른 식물보다 토양의 염분에 더 민감합니다. 예를 들어 토양 포화 추출물 EC가 2dS/m를 초과하면 콩 수확량에 영향을 미치지만, 보리는 토양 포화 추출물에서 최대 16dS/m까지 수확량 감소 없이 재배할 수 있습니다. 그러나 궁극적으로 높은 염분 함량은 모든 식물에 영향을 미칩니다.

민감	보통 수준의 내성	높은 내성
레드 클로버	밀	대추야자
Pea	토마토	보리
Bean	옥수수	사탕무
배	알팔파	면
오렌지	감자	시금치

표 1. 작물의 염분 내성

EC용 공통 단위

전기 전도도의 SI 단위는 시멘이므로 전기 전도도에는 S/m 단위가 사용됩니다. 이전 문헌에서 사용된 단위는 mho/cm입니다(mho는 옴의 역수). 토양 EC는 일반적으로 mmho/cm 단위로 보고되었습니다. 1mmho/cm는 1mS/cm와 같지만 SI는 분모에 소수 배수를 사용하지 못하게 하기 때문에 이 단위는 미터당 데시시멘(dS/m)으로 변경되며, 이는 수치상으로는 mmho/cm 또는 mS/cm와 동일합니다.

• 전기 저항 - 옴
• 컨덕턴스 - 1/ohm
• mho - 현재 지멘스
• 이전 단위 - mmho/cm
• 최신 단위 - mS/cm 또는 dS/m

 

USDA 클래스	포화 추출물 (dS/m)	토양 내 소금 (소금 100g/토양)	삼투 전위 (kPa)	자르기 허용 오차	작물 예시
A	0-2	0-0.13	0 ~ -70	민감	Bean
B	2-4	0.13-0.26	-70 ~ -140	보통으로 민감함	옥수수
C	4-8	0.26-0.51	-140 ~ -280	보통으로 민감함	밀
D	8-16	0.51-1.02	-280 ~ -560	관용	보리

표 2. 토양의 염분 등급 (Richards, L.A. [Ed]. 1954. 염분 및 알칼리 토양의 진단 및 개선, USDA AG 핸드북 60, 워싱턴 DC)

EC를 측정하는 여러 가지 방법

토양의 EC를 측정하는 방법에는 기공수 EC, 벌크 EC 또는 포화 추출물 EC 측정의 세 가지가 있습니다. 세 가지 모두 서로 관련이 있지만, 한 가지를 다른 것으로 변환하는 도구가 있습니다. 측정 데이터를 이해하려면 어떤 유형의 EC를 측정하는지 아는 것이 중요합니다.

모공수 EC: 많은 연구자들이 측정한다고 가정하는 수치

공극수 EC 또는 토양수 EC(_σw)는 토양 공극에 있는 물의 전기 전도도입니다. 연구자들은 종종 토양 EC 센서에서 나오는 값을 공극수 EC로 착각합니다. 현장에서 공극수의 전기 전도도를 간단히 측정하는 것이 이상적일 것입니다. 하지만 이것이 어떻게 작동할지 상상해 보세요. 미세한 물로 채워진 공극에 작은 센서를 삽입해야 합니다. 물론 그 정도 규모로 물의 전기 전도도를 측정하는 것은 불가능합니다. 실제로 기공의 물 EC를 측정하는 유일한 방법은 토양 물 샘플을 추출하여 해당 샘플의 EC를 측정하는 것입니다.

벌크 EC

벌크 EC(_σb)는 벌크 토양(토양, 물, 공기)의 전기 전도도입니다. 토양에 설치된 토양 수분 센서는 모두 벌크 EC를 측정합니다. 경험적 또는 이론적 방정식을 사용하여 측정된 벌크 EC 값에서 공극수 EC와 포화 추출물 EC(_σe)를 결정할 수 있습니다. 벌크 EC는 현장에서 지속적으로 모니터링할 수 있는 유일한 EC 측정값입니다.

포화 추출물 EC: 전통적인 방법

포화 추출물 EC(_σe)는 토양에 얼마나 많은 염분이 있는지 정확히 알려주며 토양 염분으로 환산할 수 있습니다. 이것은 EC를 측정하는 전통적인 방법입니다. 토양 샘플을 채취하여 토양과 탈이온수로 포화 페이스트를 만들고 물을 추출한 다음 추출된 용액의 EC를 측정하여 측정합니다. 문헌에 보고된 EC 값은 거의 항상 포화 추출물 EC입니다.

벌크 EC를 기공수 EC로 변환하기

앞서 설명한 것처럼 현장 센서는 센서를 둘러싼 벌크 토양의 전기 전도도(_σb)를 측정합니다. _σb와 공극수 전도도(_σw) 사이의 관계를 파악하기 위해 상당한 양의 연구가 수행되었습니다. 힐호스트(2000)는 토양 벌크 유전 유전율(_εb)과 _σw 사이의 선형 관계를 활용하여 _εb를 알면 _{σb에서 σw로} 변환할 수 있도록 했습니다. TEROS 12 센서는 동일한 토양 부피에서 _{εb와 σb를} 거의 동시에 측정합니다. 이 방법은 이 센서에 매우 적합합니다. 기공 수분 전도도는 다음에서 결정할 수 있습니다(파생에 대해서는 Hilhorst, 2000 참조).

 

여기서 _σw는 공극수 전기 전도도(dS/m), _εw는 토양 공극수의 유전 유전율의 실제 부분(단위 없음), _σb는 센서에서 직접 측정한 벌크 전기 전도도(dS/m), _εb는 벌크 토양의 유전 유전율의 실제 부분(단위 없음), _{εσb=0은 σb} = 0일 때 유전 유전율의 실제 부분(단위 없음)을 나타냅니다. _εw ( 방정식 2)의 값은 약 80입니다. 다음을 사용하여 토양 온도에서 더 정확한 값을 계산할 수 있습니다.

 

여기서 _Tsoil은 벌크 EC 측정과 함께 배치된 온도 센서로 측정한 토양 온도(ºC)로, METER 토양 EC 센서에서 흔히 볼 수 있는 값입니다.

_εb는 대부분의 연구용 체적 수분 함량 센서에서도 측정됩니다.

마지막으로 _εσb=0은 EC=0일 때 토양의 유전 유전율을 느슨하게 나타내는 오프셋 용어입니다. 힐호스트(2000)는 _εσb=0= 4.1을 일반적인 오프셋으로 사용할 것을 권장했습니다. 힐호스트(2000)는 개별 토양 유형에 대해 _εσb=0을 결정하는 간단하고 쉬운 방법을 제공하며, 이는 대부분의 경우 _σw 계산의 정확성을 향상시킵니다.

테스트 결과, 위의 _σ계산 방법은 수분 함량이 높은 토양 및 기타 성장 매체(25% 이상)에서 상당한 정확도(± 20%)를 보이는 것으로 나타났습니다. 수분 함량이 감소함에 따라 방정식 1의 분모가 작아져 계산에 큰 오류가 발생할 수 있습니다. 최상의 결과를 얻으려면 수분 함량이 높을 때 힐호스트 방정식을 사용하여 포화 추출물 EC(_σe)를 구한 다음 물이 제거되는 동안 염분이 토양에 남아 있다고 가정하여 낮은 수분 함량(25% 미만)에서 기공수 EC를 계산하는 것이 좋습니다(방정식 3 참조). 이 가정을 사용하면

여기서 θ는 토양의 체적 수분 함량이고 _θs는 포화 시 수분 함량으로, 토양의 부피 밀도에서 계산할 수 있습니다.

_ρb는 토양의 부피 밀도(^Mg/m3)이고 _ρs는 고형물의 밀도(광물성 토양의 경우 2.^65Mg/m3 )입니다.

모공수 EC를 포화 추출물 EC로 변환하는 방법

포화 추출물의 EC(종종 _ECe 또는 _σe로 표시)는 토양의 포화 페이스트에서 제거된 기공수의 전기 전도도입니다. 토양이 포화될 때까지 증류수로 토양을 적십니다. 그런 다음 토양을 진공 깔때기의 여과지 위에 놓고 흡입을 가합니다. 샘플에서 제거된 물의 전기 전도도를 측정하면 _σe가 나옵니다. 토양의 _σe는거의 모든 염분 권장량에 사용되는 값이므로(예: Richards, 1954 참조) 반드시 구해야 하는 중요한 값입니다. 다음 공식을 사용하여 공극수 EC에서 계산할 수 있습니다.

방정식 1과 4를 결합하면 다음과 같습니다.

방정식 6은 현장에서 염도를 평가하는 데 가장 유용한 방정식일 가능성이 높습니다. 다시 말하지만, 정확도를 극대화하려면 수분 함량이 가장 높을 때 이 공식을 사용하세요.

예를 들어 토양의 부피 밀도가 1.^{33Mg/m3라고} 가정합니다. 방정식 4에서 포화 수분 함량은 1 - 1.33/2.65 = 0.5가 됩니다. 수분 함량이 0.^{345m3/m3이고} 벌크 유전체(_εb) = 20일 때 벌크 EC를 0.3dS/m로 측정했다고 가정합니다. _σe는 다음과 같습니다.

벌크 EC에서 기공수 EC 계산하기

벌크 EC에서 기공수 EC를 계산하는 것은 한 단위 세트에서 다른 단위로 변환하는 것과는 달리 실제로는 하나의 모델입니다. 오히려 다양한 유형의 모델이 있습니다. 일부는 경험적 모델이고 일부는 이론적 모델이지만 모두 장단점이 있습니다. 힐호스트 모델을 소개했지만 로즈 모델, 무알렘과 프리드먼 모델 등 널리 사용되는 다른 모델도 있습니다.

표 3. 다양한 유형의 EC를 측정하는 방법

적용 사례 1: 염분 축적 최소화

토양에서 EC를 측정하는 가장 일반적인 이유 중 하나는 활발하게 자라는 식물의 뿌리 영역에서 염분을 최소화하기 위해서입니다. 뿌리 영역의 EC가 너무 높아지면 재배자는 관개용 물을 추가하여 뿌리 영역 아래의 염분을 침출할 수 있습니다. 아래 그림은 포화 추출물 값을 상대적인 기준으로 비교하여 밝은 색은 낮은 포화 추출물 EC를 나타내고 어두운 색은 높은 포화 추출물 EC를 나타내는 방법을 보여줍니다.

애플리케이션 2: 침출 비율 계산

침출 비율(LF)은 뿌리 영역의 바닥에서 배수되는 물의 깊이(_Ddrain)를 토양 프로파일에 (관개 및 강수량을 통해) 적용된 물의 깊이(_Dapplied)로 나눈 값으로 정의합니다.

침출 분율을 사용하여 루트 영역에서 특정 전기 전도도를 유지하기 위해 프로파일을 통과해야 하는 물의 양을 계산합니다.

예를 들어, 액체 관개수의 EC가 0.3dS/m이고 뿌리 영역을 지나 배수되는 물의 EC가 3dS/m 이하인 경우, 관개기는 적용된 물의 1/10을 프로파일을 통해 흘려보내야 합니다.

그러나 이 모든 것은 배수량(뿌리 영역의 바닥에서 배수되는 물의 양)이 정확하게 측정된다는 가정 하에 이루어집니다. 실제로는 이를 측정하기가 매우 어렵습니다. 혁신적인 접근 방식은 침출 분율 방정식을 뒤집어 배수수의 EC를 사용하여 심부 배수를 계산하는 것입니다. 배수수의 EC는 뿌리 영역 아래에 프로브를 설치하여 측정할 수 있습니다.

방정식을 다시 정리하면 배수 수심은 적용된 물의 깊이와 적용된 물(강수량 및 관개)의 EC를 곱한 값을 배수 수심의 EC로 나눈 값과 같습니다.

대부분의 지역에서는 염분을 포함하지 않는 비가 전체 염분 균형에 중요한 역할을 합니다. 비의 기여도에 따라 적용된 물의 EC(_ECapplied)를 조정하는 좋은 방법은 관개수의 EC에 관개 깊이를 곱한 다음 비의 깊이와 관개 깊이를 더한 값으로 나누는 것입니다.

벌크 EC 측정을 사용한 침출 비율 계산 예시

침출 비율은 0.4/4로 10%입니다. 배수로 인해 손실된 총 수분은 2.5cm입니다.

애플리케이션 3: 뿌리 영역의 영양소 추적

그림 2는 시비 직후의 시간 경과에 따른 세 가지 깊이의 토양 수분 함량 값을 보여줍니다. 하지만 비료는 어디에 있을까요? 토양 수분 값은 영양분 침출이나 배수를 나타내지 않습니다.

그림 3에서는 GS3의 벌크 EC 및 체적 수분 함량을 측정하여 동일한 세 가지 깊이에서 공극수 EC를 계산했습니다. 비료가 뿌리 영역에 일시적으로 머무르지만 뿌리 영역에서 물이 빠져나가면서 침출되는 방식에 주목하세요. 두 차트는 모두 Stirzaker(2010)에서 가져온 것입니다.

EC를 위한 데이터 수집

다음 센서를 사용하면 특정 EC 모델 및 애플리케이션에 대한 데이터를 수집할 수 있습니다.

5TE, GS3, TEROS 12

이러한 토양 수분 센서를 사용하여 다음을 확인할 수 있습니다:

• 뿌리 영역 아래에 설치된 토양 배수수(_σb)-토양 수분/온도/EC 센서의 벌크 EC
• 뿌리 영역에 설치된 토양 또는 토양이 없는 기질(_σb)-토양 수분/온도/EC 센서의 벌크 EC
• 토양 수분-체적 수분 함량 (θ) 또는 유전 유전율(_εb)
• 토양 온도-온도 값은 토양 EC 측정값(_Tsoil)과 함께 배치됩니다.

G3 Drain Gauge 및 CTD + DG(EC/온도/심도 센서)

및 G3 와 HYDROS 21 + DG는 뿌리 영역 아래에 설치할 경우 토양 배수수의 공극수 EC(_σw, _ECdrain)를 측정하는 데 사용할 수 있습니다. 또한 공극수 샘플러를 사용하여 공극수 EC(_σw)를 측정할 수 있습니다.

ES-2 온도 및 EC 센서

는 ES-2 를 사용하여 관개 파이프에 인라인으로 설치할 때 관개수의 EC(_σw, _ECirrig)를 측정할 수 있습니다(사용자 지정 보정이 필요함).

강우량 게이지

빗물 게이지를 사용하여 빗물의 깊이(_배수)를 확인할 수 있습니다.

오소리 유량계

이 기기는 관개하는 총 면적을 알고 있다면_관개 깊이를 결정하는 데 사용할 수 있습니다(관개).

참조

하메드, 야세르, 매그너스 페르손, 로니 베른트손. "다양한 유전체 기술을 사용한 토양 용액 전기 전도도 측정." 미국 토양 과학 협회 저널 67, no. 4 (2003): 1071-1078.(기사 링크)

힐호스트, 맥스 A. "공극 수분 전도도 센서." 미국 토양 과학 학회지 64, 6 호 (2000): 1922-1925.(기사 링크)

무알렘, Y., 및 S. P. 프리드먼. "포화 및 불포화 토양의 전기 전도도에 대한 이론적 예측." 수자원 연구 27, 10 (1991): 2771-2777.(기사 링크)

Rhoades, J. D., P. A. C. Raats 및 R. J. Prather. "액상 전기 전도도, 수분 함량 및 표면 전도도가 벌크 토양 전기 전도도에 미치는 영향." 미국 토양 과학 협회 저널 40 (1976): 651-655.

Rhoades, J. D., N. A. Manteghi, P. J. Shouse 및 W. J. Alves. "토양 전기 전도도 및 토양 염분: 새로운 공식 및 보정." 미국 토양 과학 협회 저널, 2 호 (1989): 433-439.(기사 링크)

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