Niewłaściwe zarządzanie solą stosowaną podczas nawadniania ostatecznie zmniejsza produkcję - w wielu przypadkach drastycznie. Nieprawidłowe nawadnianie zwiększa również koszty wody i energii zużywanej do jej aplikacji. Zrozumienie bilansu soli w glebie i poznanie frakcji wymywania lub ilości dodatkowej wody do nawadniania, którą należy zastosować w celu utrzymania akceptowalnego zasolenia strefy korzeniowej, ma kluczowe znaczenie dla sukcesu każdego menedżera nawadniania. Jednak monitorowanie zasolenia gleby jest często mało zrozumiałe.
W poniższym webinarium światowej sławy fizyk gleby, dr Gaylon Campbell, uczy podstaw pomiaru przewodności elektrycznej gleby (EC) oraz tego, jak korzystać z narzędzia, o którym niewiele osób myśli, ale które jest absolutnie niezbędne do utrzymania plonów i zysków. Dowiedz się:
Nawadniane grunty stanowią 40% naszych dostaw żywności, a sole wpływają na plony na około jednej piątej tych akrów. Każda woda do nawadniania zawiera przynajmniej pewną ilość soli. Jeśli sole gromadzą się wokół strefy korzeniowej upraw, szkodzą roślinom, zmniejszają plony, a nawet zmieniają strukturę gleby, powodując długoterminowe szkody dla samej ziemi. Aby zachować produktywność nawadnianych gruntów, ważne jest, aby zrozumieć, jak zarządzać solami.
Kroki zarządzania solami są następujące:
Przewodność elektryczna (EC) jest kluczem do wykonywania tych pomiarów. Czysta woda nie przewodzi prądu elektrycznego, ale większość wody, nawet woda z kranu, zawiera wystarczającą ilość rozpuszczonych soli, aby przewodzić prąd. Ponieważ stężenie soli w wodzie bezpośrednio wpływa na jej przewodność, pomiar przewodności elektrycznej jest bardzo skutecznym sposobem pomiaru stężenia soli w wodzie glebowej.
Większość ludzi doświadczyła zbyt intensywnego nawożenia, być może przez przypadek, i zabiła trawę lub inne rośliny. Często mówi się, że nawóz "spalił" rośliny, ale generalnie to nie same składniki odżywcze powodują szkody. Często jest to ich wpływ na wodę. Rośliny pobierają wodę, ale nie pobierają soli w żadnych znaczących ilościach. Kiedy sól jest dodawana do gleby poprzez nawożenie i nawadnianie, zostaje tam skoncentrowana. Sól może powodować różne problemy dla roślin. Na przykład Na+ może osiągnąć stężenie toksyczne dla roślin, nawet jeśli roślina nie pobiera żadnych znaczących ilości. Sól przyciąga również wodę i utrudnia roślinom pobieranie wody z gleby. Niektóre rośliny są bardziej wrażliwe niż inne na sól w glebie. Na przykład, plon fasoli zostanie obniżony, jeśli ekstrakt nasycenia gleby EC przekroczy 2 dS/m, podczas gdy jęczmień może być uprawiany bez spadku plonu przy ekstrakcie nasycenia gleby do 16 dS/m. Ostatecznie jednak wysoka zawartość soli wpłynie na wszystkie rośliny.
Wyszukiwanie:
| Wrażliwy | Umiarkowana tolerancja | Wysoka tolerancja |
|---|---|---|
| Czerwona koniczyna | Pszenica | Palma daktylowa |
| Groch | Pomidor | Jęczmień |
| Fasola | Kukurydza | Burak cukrowy |
| Gruszka | Lucerna | Bawełna |
| Pomarańczowy | Ziemniak | Szpinak |
Tabela 1. Tolerancja na sól w uprawach
Jednostką przewodności elektrycznej w układzie SI jest Siemen, więc przewodność elektryczna ma jednostki S/m. Jednostki używane w starszej literaturze to mho/cm (mho jest odwrotnością ohma). EC gleby było powszechnie podawane w mmho/cm. 1 mmho/cm odpowiada 1 mS/cm, ale ponieważ SI zniechęca do stosowania podwielokrotności w mianowniku, jednostka ta została zmieniona na decysiemen na metr (dS/m), co jest liczbowo równoważne mmho/cm lub mS/cm.
| Klasa USDA | Ekstrakt nasycenia (dS/m) | Sól w glebie (g soli/100 g gleby) | Potencjał osmotyczny (kPa) | Tolerancja upraw | Przykładowe uprawy |
|---|---|---|---|---|---|
| A | 0-2 | 0-0.13 | 0 do -70 | Wrażliwy | Fasola |
| B | 2-4 | 0.13-0.26 | -70 do -140 | Umiarkowana wrażliwość | Kukurydza |
| C | 4-8 | 0.26-0.51 | -140 do -280 | Umiarkowana wrażliwość | Pszenica |
| D | 8-16 | 0.51-1.02 | -280 do -560 | Tolerancyjny | Jęczmień |
Tabela 2. Klasy zasolenia gleb (Richards, L.A. [Ed]. 1954. Diagnosis and Improvement of Saline and Alkali Soils, USDA AG Handbook 60, Washington DC)
Istnieją trzy sposoby pomiaru EC w glebie: pomiar EC wody porowej, EC objętościowego lub EC ekstraktu nasycenia. Wszystkie trzy są ze sobą powiązane, ale istnieją narzędzia do konwersji jednego na drugi. Aby zrozumieć dane pomiarowe, ważne jest, aby wiedzieć, jaki rodzaj EC jest mierzony.
EC wody porowej lub EC wody glebowej(σw) to przewodność elektryczna wody w porach gleby. Naukowcy często mylą wartość pochodzącą z czujnika EC gleby z EC wody porowej. Idealnie byłoby po prostu zmierzyć przewodność elektryczną wody porowej in situ. Spróbujmy sobie jednak wyobrazić, jak by to działało. Maleńkie czujniki musiałyby zostać umieszczone w mikroskopijnych porach wypełnionych wodą. Oczywiście pomiar EC wody w takiej skali nie jest możliwy. W rzeczywistości jedynym sposobem pomiaru EC wody porowej jest pobranie próbki wody glebowej i pomiar EC tej próbki.
Luzem EC(σb) to przewodność elektryczna gleby luzem (gleby, wody i powietrza). Wszystkie czujniki wilgotności gleby zainstalowane w glebie mierzą EC całkowite. Równania empiryczne lub teoretyczne można wykorzystać do określenia EC wody porowej i EC ekstraktu nasycenia(σe) na podstawie zmierzonych wartości EC luzem. Luzem EC jest jedyną miarą EC, która może być stale monitorowana in situ.
Ekstrakt nasycenia EC(σe) mówi dokładnie, ile soli znajduje się w glebie i może być przekształcony w zasolenie gleby. Jest to tradycyjny sposób pomiaru EC. Jest on mierzony poprzez pobranie próbki gleby, sporządzenie nasyconej pasty z gleby i wody dejonizowanej, ekstrakcję wody, a następnie pomiar EC wyekstrahowanego roztworu. Opublikowane w literaturze wartości EC są prawie zawsze wartościami EC ekstraktu nasyconego.
Jak wspomniano wcześniej, czujniki in situ mierzą przewodność elektryczną gleby otaczającej czujniki(σb). Przeprowadzono wiele badań w celu określenia zależności między σb a przewodnością wody porowej(σw). Hilhorst (2000) wykorzystał liniową zależność między masową przenikalnością dielektryczną gleby(εb) i σw, aby umożliwić konwersję z σb na σw, jeśli εb jest znane. Czujniki TEROS 12 mierzą εb i σb niemal jednocześnie w tej samej objętości gleby. Są one dobrze dostosowane do tej metody. Przewodność wody porowej można określić na podstawie (patrz Hilhorst, 2000 dla wyprowadzenia)
gdzie σw jest przewodnością elektryczną wody porowej (dS/m); εw jest rzeczywistą częścią przenikalności dielektrycznej wody porowej gleby (bez jednostek); σb jest przewodnością elektryczną objętościową (dS/m), która jest mierzona bezpośrednio przez czujnik; εb jest rzeczywistą częścią przenikalności dielektrycznej gleby objętościowej (bez jednostek); εσb=0 jest rzeczywistą częścią przenikalności dielektrycznej, gdy σb = 0 (bez jednostek). εw ( równanie 2) ma wartość około 80. Dokładniejszą wartość można obliczyć na podstawie temperatury gleby przy użyciu
gdzie Tsoil jest temperaturą gleby (ºC) mierzoną przez czujnik temperatury kolokowany z pomiarem objętościowego EC, co jest powszechne w przypadku czujników EC gleby METER.
εb jest również mierzone przez większość czujników objętościowej zawartości wody klasy badawczej.
Wreszcie, εσb=0 jest terminem przesunięcia luźno reprezentującym przenikalność dielektryczną gleby, gdy EC=0. Hilhorst (2000) zalecił, aby εσb=0= 4,1 było używane jako ogólne przesunięcie. Hilhorst (2000) oferuje prostą i łatwą metodę określania εσb=0 dla poszczególnych typów gleby, co w większości przypadków poprawi dokładność obliczeń σw.
Przeprowadzone przez nas testy wskazują, że powyższa metoda obliczania σw dajedość wysoką dokładność (± 20%) w glebach i innych podłożach o wysokiej zawartości wody (powyżej 25%). Wraz ze spadkiem zawartości wody mianownik równania 1 staje się mały, co prowadzi do dużych potencjalnych błędów w obliczeniach. Aby uzyskać najlepsze wyniki, zalecamy użycie równania Hilhorsta, gdy zawartość wody jest wysoka, aby uzyskać EC ekstraktu nasycenia(σe), a następnie obliczenie EC wody porowej przy niższej (poniżej 25%) zawartości wody, zakładając, że sól pozostaje w glebie, podczas gdy woda jest usuwana (pokazane w równaniu 3). Korzystając z tego założenia
Gdzie θ to objętościowa zawartość wody w glebie, a θs to zawartość wody w stanie nasycenia, którą można obliczyć na podstawie gęstości nasypowej gleby.
ρb to gęstość nasypowa gleby (Mg/m3), a ρs to gęstość ciał stałych (2,65 Mg/m3 dla gleby mineralnej).
EC ekstraktu nasycenia (często przedstawiane jako ECe lub σe) to przewodność elektryczna wody porowej usuniętej z nasyconej pasty gleby. Gleba jest zwilżana wodą destylowaną do momentu jej nasycenia. Następnie glebę umieszcza się na bibule filtracyjnej w lejku próżniowym i stosuje się odsysanie. Pomiar przewodności elektrycznej wody usuniętej z próbki da σe. σegleby jest wartością używaną w prawie wszystkich zaleceniach dotyczących zasolenia (patrz na przykład Richards, 1954) i dlatego jest ważną wartością do uzyskania. Można ją obliczyć na podstawie EC wody porowej przy użyciu następującego równania
Połączenie równań 1 i 4 daje
Równanie 6 jest prawdopodobnie najbardziej użytecznym równaniem do oceny zasolenia w terenie. Ponownie, należy go używać, gdy zawartość wody jest najwyższa, aby zmaksymalizować dokładność.
Jako przykład przyjmijmy, że gęstość nasypowa naszej gleby wynosi 1,33 Mg/m3. Z równania 4 wynika, że zawartość wody w stanie nasycenia wynosi 1 - 1,33/2,65 = 0,5. Załóżmy, że zmierzyliśmy EC objętościowe 0,3 dS/m, gdy zawartość wody wynosi 0,345 m3/m3, a dielektryk objętościowy(εb) = 20. σe będzie wynosić
Obliczanie EC wody porowej na podstawie masowego EC to nie to samo, co konwersja z jednego zestawu jednostek na inny - to w rzeczywistości model. A raczej jest to wiele różnych rodzajów modeli. Niektóre są empiryczne, inne teoretyczne, ale wszystkie mają swoje mocne i słabe strony. Przedstawiliśmy model Hilhorsta, ale istnieją też inne popularne modele, w tym model Rhodesa oraz model Mualema i Friedmana.
| Ekstrakt nasycenia EC | Masowe EC gleby | Woda porowa EC | |
|---|---|---|---|
| Definicja | aaaaPrzewodność elektryczna roztworu wody wyekstrahowanej z nasyconej próbki gleby | Łączna przewodność elektryczna gleby, powietrza i wody w porowatym podłożu glebowym | Przewodność elektryczna roztworu zawartego w porach gleby |
| Zastosowania | Zastosowania rolnictwa polowego do zarządzania solą | Zawsze, gdy potrzebne są pomiary ciągłe. Używany do obliczania EC wody porowej i ekstraktu nasycenia. | Zastosowania w szklarniach i szkółkach, obliczenia frakcji wymywania |
| Korzyści | Ilościowy pomiar ilości soli w glebie (zasolenie gleby)
Najlepszy środek do określania przydatności upraw dla danej gleby |
Może być mierzony w sposób ciągły za pomocą in situ sonda
Wartość może być używana w połączeniu z objętościową zawartością wody do modelowania EC ekstraktu nasycenia lub EC wody porowej |
Mierzy to, czego faktycznie doświadcza roślina
Określa ilość soli transportowanej przez wodę drenażową. |
| Jak mierzony jest parametr
*Wszystkie metody zakładają wartości EC skorygowane o temperaturę (wszystkie czujniki EC METER zawierają tę korektę: patrz instrukcja obsługi). |
Próbka gleby pobrana z pola i zmieszana z wodą dejonizowaną aż do nasycenia. Następnie woda jest ekstrahowana przez filtr, a EC i temperatura wody są mierzone za pomocą miernika EC
Wartość jest obliczana na podstawie masowych pomiarów EC i objętościowej zawartości wody |
W przypadku przewodności elektrycznej czujnik jest umieszczany w glebie na żądanej głębokości | Próbnik wody z porów gleby służy do pobierania wody z porów gleby na określonej głębokości. Miernik EC służy do pomiaru EC wody.
Wartość jest obliczana na podstawie masowych pomiarów EC i objętościowej zawartości wody Wartość jest określana na podstawie EC czujnika Drain Gauge Lysimeter , w którym zbierana i monitorowana jest woda z porów gleby |
Tabela 3. Metody pomiaru różnych typów EC
Jednym z najczęstszych powodów pomiaru EC w glebie jest zminimalizowanie ilości soli w strefach korzeniowych aktywnie rosnących roślin. Jeśli EC w strefie korzeniowej staje się zbyt wysokie, hodowca może dodać dodatkową wodę do nawadniania, aby wypłukać sole poniżej strefy korzeniowej. Poniższa ilustracja pokazuje, w jaki sposób, w ujęciu względnym, wartości ekstraktu nasycenia mogą być porównywane ze sobą, przy czym jaśniejszy kolor wskazuje na niższe EC ekstraktu nasycenia, a ciemniejszy kolor wskazuje na wyższe EC ekstraktu nasycenia.
Frakcja wymywania (LF) jest definiowana jako głębokość wody odpływającej z dna strefy korzeniowej(Ddrain) podzielona przez głębokość wody zaaplikowanej (poprzez nawadnianie i opady) do profilu glebowego(Dapplied).
Użyj frakcji wymywania, aby obliczyć, ile wody musi przepłynąć przez profil, aby utrzymać określoną przewodność elektryczną w strefie korzeniowej.
Na przykład, jeśli EC ciekłej wody do nawadniania wynosi 0,3 dS/m, a woda odprowadzana poza strefę korzeniową powinna mieć EC nie większe niż 3 dS/m, irygatorzy powinni przepuszczać przez profil jedną dziesiątą zastosowanej wody.
Wszystko to zakłada jednak, że drenaż (ilość wody odprowadzanej z dna strefy korzeniowej) jest dokładnie mierzony. W praktyce jest to bardzo trudne do zmierzenia. Innowacyjnym podejściem jest odwrócenie równań frakcji wymywania i wykorzystanie EC wody drenażowej do obliczenia głębokiego drenażu. EC wody drenażowej można zmierzyć, instalując sondy poniżej strefy korzeniowej.
Przekształcając równania, głębokość wody drenażowej jest równa głębokości zastosowanej wody pomnożonej przez EC zastosowanej wody (opady i nawadnianie), podzielonej przez EC wody drenażowej.
Na większości obszarów deszcz - który nie zawiera soli - będzie odgrywał znaczącą rolę w ogólnym bilansie soli. Dobrym sposobem na dostosowanie EC zastosowanej wody(ECapplied) do wkładu deszczu jest pomnożenie EC wody do nawadniania przez głębokość nawadniania i podzielenie przez głębokość deszczu plus głębokość nawadniania.
Frakcja wymywania wynosi 0,4/4, czyli 10%. Całkowita utrata wody z drenażu wynosi 2,5 cm.
Rysunek 2 przedstawia wartości zawartości wody w glebie na trzech głębokościach w czasie, bezpośrednio po nawożeniu. Ale gdzie jest nawóz? Wartości wilgotności gleby nie wskazują na wymywanie lub drenaż składników odżywczych
Na rysunku 3 pomiary objętościowej EC i objętościowej zawartości wody z GS3 zostały wykorzystane do obliczenia EC wody porowej na tych samych trzech głębokościach. Należy zauważyć, że nawóz tymczasowo pozostaje w strefie korzeniowej, ale jest wypłukiwany wraz z wodą odpływającą ze strefy korzeniowej. Oba wykresy pochodzą z publikacji Stirzaker (2010).
Poniższe czujniki umożliwiają gromadzenie danych dla określonych modeli EC i aplikacji.
5TE, GS3, TEROS 12
Te czujniki wilgotności gleby mogą być używane do określania:
G3 Drain Gauge i CTD + DG (czujnik EC/temp/głębokości)
W przypadku instalacji poniżej strefy korzeniowej G3 i HYDROS 21 + DG mogą być używane do określania EC wody porowej w drenażu gleby(σw, ECdrain), gdy są zainstalowane poniżej strefy korzeniowej. Próbniki wody porowej mogą być również używane do określania EC wody porowej(σw).
ES-2 czujnik temperatury i EC
Miernik ES-2 może być używany do określania EC wody irygacyjnej(σw, ECirrig), gdy jest zainstalowany w rurze irygacyjnej (wymaga to niestandardowej kalibracji).
Deszczomierz
Deszczomierz może być używany do określania głębokości deszczu(Drain).
Przepływomierz Badger
Przyrząd ten może być używany do określania głębokości nawadniania ((Dirrig) pod warunkiem, że znany jest całkowity nawadniany obszar.
Hamed, Yasser, Magnus Persson i Ronny Berndtsson. "Pomiary przewodności elektrycznej roztworu glebowego przy użyciu różnych technik dielektrycznych". Soil Science Society of America Journal 67, no. 4 (2003): 1071-1078.(Link do artykułu)
Hilhorst, Max A. "Czujnik przewodności wody porowej". Soil Science Society of America Journal 64, nr 6 (2000): 1922-1925.(Link do artykułu)
Mualem, Y. i S. P. Friedman. "Teoretyczne przewidywanie przewodności elektrycznej w nasyconej i nienasyconej glebie". Water Resources Research 27, nr 10 (1991): 2771-2777.(Link do artykułu)
Rhoades, J. D., P. A. C. Raats i R. J. Prather. "Wpływ przewodności elektrycznej fazy ciekłej, zawartości wody i przewodności powierzchniowej na przewodność elektryczną gleby". Soil Science Society of America Journal 40 (1976): 651-655.
Rhoades, J. D., N. A. Manteghi, P. J. Shouse i W. J. Alves. "Przewodność elektryczna gleby i zasolenie gleby: Nowe formuły i kalibracje". Soil Science Society of America Journal, nr 2 (1989): 433-439.(Link do artykułu)
Wilgotność gleby to coś więcej niż tylko znajomość ilości wody w glebie. Poznaj podstawowe zasady, które musisz znać przed podjęciem decyzji o sposobie jej pomiaru. Podczas tego 20-minutowego webinarium dowiesz się:
Dowiedz się wszystkiego, co musisz wiedzieć o pomiarze wilgotności gleby - wszystko w jednym miejscu: dlaczego jest to potrzebne, jak to zmierzyć, porównanie metod/czujników, ile pomiarów, gdzie należy mierzyć, najlepsze praktyki, rozwiązywanie problemów z danymi i nie tylko.
Sześć krótkich filmów wideo nauczy Cię wszystkiego, co musisz wiedzieć o zawartości wody w glebie i potencjale wodnym gleby - i dlaczego powinieneś mierzyć je razem. Ponadto opanuj podstawy przewodnictwa hydraulicznego gleby.
Nasi naukowcy mają wieloletnie doświadczenie w pomaganiu badaczom i hodowcom w pomiarach kontinuum gleba-roślina-atmosfera.
Wszystko, co musisz wiedzieć o pomiarze potencjału wody - czym jest, dlaczego jest potrzebny, jak go mierzyć, porównania metod. Ponadto można go zobaczyć w akcji, korzystając z krzywych uwalniania wilgoci z gleby.
Wszystko, co musisz wiedzieć o pomiarze wilgotności gleby - w jednym miejscu.
Uproszczone zarządzanie nawadnianiem. Doskonałe zarządzanie wodą i składnikami odżywczymi bez straty czasu i pieniędzy z powodu problemów spowodowanych nadmiernym nawadnianiem.
Regularne otrzymywanie najnowszych treści.
