贡献者

管理盐分：您为何应该更加关注/en/measurement-insights/about-us-meter-environment

灌溉过程中施盐管理不当最终会导致减产，在许多情况下甚至会大幅减产。灌溉不当还会增加水成本和灌溉能耗。了解土壤中的盐分平衡，知道沥滤部分，或者说知道为保持可接受的根区盐分而必须额外施用的灌溉水量，对每个灌溉管理者的成功都至关重要。然而，人们往往对土壤盐分监测知之甚少。

测量导电率，实现作物持续高产

在下面的网络研讨会中，世界著名的土壤物理学家盖伦-坎贝尔博士（Dr. Gaylon Campbell）将传授测量土壤导电率（EC）的基本原理，以及如何使用一种很少有人想到的工具，但它对保持作物产量和利润绝对至关重要。学习：

• 灌溉农业中的盐分来源
• 盐如何以及为何影响植物
• 如何测量土壤中的盐分
• 常见测量方法与土壤中盐分含量的关系
• 盐如何影响各种植物物种
• 如何进行必要的计算，以了解特定水质下的用水量

为什么要测量 EC？

灌溉地占我们粮食供应的 40%，而盐分影响了其中约五分之一的产量。所有灌溉水至少都含有一些盐分。如果任由盐分在作物根部积聚，就会伤害植物、降低产量，甚至改变土壤结构，对土地本身造成长期损害。为了保护灌溉土地的生产力，了解如何管理盐分非常重要。

管理盐分的步骤是

• 测量目前土壤中的含盐量
• 确定通过灌溉增加了多少盐分
• 灌溉期间持续监测，以管理盐分

电导率 (EC) 是进行这些测量的关键。纯水不导电，但大多数水，甚至是自来水，都含有足够的溶解盐，因此具有导电性。由于水中的盐浓度会直接影响其导电性，因此测量导电率是测量土壤水中盐浓度的一种非常有效的方法。

盐和植物：问题出在哪里？

大多数人都有过施肥过量的经历，也许是不小心，导致草或其他植物死亡。人们常说是肥料 "烧死 "了植物，但一般来说，造成损害的并不是养分本身。通常是它们对水的影响。植物会吸收水分，但不会大量吸收盐分。当通过施肥和灌溉向土壤中添加盐分时，盐分就会集中在土壤中。盐分会给植物带来各种问题。例如，Na+ 的浓度可能会对植物产生毒性，即使植物并没有吸收大量的盐分。盐还会吸水，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。例如，如果土壤饱和提取物 EC 超过 2 dS/m，豆类的产量就会受到影响，而大麦在土壤饱和提取物高达 16 dS/m 的情况下也能生长，产量不会降低。不过，高含盐量最终会影响所有植物。

敏感	中等耐受性	高耐受性
红苜蓿	小麦	枣椰树
豌豆	番茄	大麦
豆类	玉米	甜菜
梨子	紫花苜蓿	棉质
橙色	马铃薯	菠菜

表 1.作物的耐盐性

欧共体通用单位

电导的 SI 单位是西门子，因此电导率的单位是 S/m。旧文献中使用的单位是 mho/cm（mho 是欧姆的倒数）。土壤导电率通常以 mmho/cm 为单位进行报告。1 mmho/cm 等于 1 mS/cm，但由于国际单位制不鼓励在分母中使用亚倍数，因此该单位改为分西门子/米（dS/m），在数值上等同于 mmho/cm 或 mS/cm。

• 电阻 - 欧姆
• 电导 - 1 欧姆
• mho - 现在的西门子
• 旧单位 - mmho/cm
• 现代单位 - mS/cm 或 dS/m

 

USDA 等级	饱和萃取（dS/m）	土壤中的盐分（克盐/100 克土壤）	渗透电位（千帕）	作物耐受性	作物实例
A	0-2	0-0.13	0 至 -70	敏感	豆类
B	2-4	0.13-0.26	-70至-140	中度敏感	玉米
C	4-8	0.26-0.51	-140至-280	中度敏感	小麦
D	8-16	0.51-1.02	-280至-560	宽容	大麦

表 2.土壤盐度等级（Richards, L.A. [Ed].1954.盐碱土的诊断与改良》，USDA AG Handbook 60，华盛顿特区)

测量导电率的方法不止一种

测量土壤导电率有三种方法：测量孔隙水导电率、体积导电率或饱和萃取导电率。这三种方法相互关联，但有一些工具可以将其中一种方法转换成另一种方法。为了理解测量数据，了解所测量的导电率类型非常重要。

孔隙水导电率：许多研究人员认为他们在测量什么

孔隙水导电率或土壤水导电率（_σw）是土壤孔隙中水的导电率。研究人员经常会将土壤导电率传感器得出的数值误认为是孔隙水导电率。如果能在原位测量孔隙水的导电率，那就更理想了。然而，试想一下这将如何实现。必须将微型传感器插入充满水的微孔中。显然，在这种尺度上测量水的导电率是不可能的。事实上，测量孔隙水导电率的唯一方法是提取土壤水样本并测量该样本的导电率。

批量 EC

体积导电率(_σb)是体积土壤（土壤、水和空气）的导电率。安装在土壤中的土壤水分传感器都能测量体积导电率。根据测量到的体积导电率值，可使用经验或理论方程确定孔隙水导电率和饱和萃取导电率(σ_e)。体积导电率是唯一可在原位连续监测的导电率测量值。

饱和萃取 EC：传统方法

饱和提取物导电率（_σe）可准确显示土壤中的含盐量，并可转换为土壤盐度。这是测量导电率的传统方法。测量方法是取土壤样本，将土壤和去离子水制成饱和糊状，提取水分，然后测量提取溶液的导电率。文献中公布的导电率值几乎都是饱和提取导电率。

将体积导电率转换为孔隙水导电率

如前所述，原位传感器测量的是传感器周围块状土壤的电导率（_σb）。为了确定_σb与孔隙水电导率(σ_w)之间的关系，已经进行了大量研究。Hilhorst (2000) 利用土壤体介电常数(_εb)与_σw之间的线性关系，在已知_εb的情况下将_σb转换为_σw。TEROS 12传感器几乎同时测量同一土壤体积中的_εb 和_σb。它们非常适合这种方法。孔隙水电导率可根据以下公式确定（推导过程见 Hilhorst, 2000 年）

 

式中：_σw 为孔隙水电导率（dS/m）；ε_w为土壤孔隙水介电常数的实部（无单位）；σ_b为由传感器直接测量的块体电导率（dS/m）；ε_b 为 块体土壤介电常数的实部（无单位）；εσb₌0 为当_σ b= 0 时介电常数的实部（无单位）。ε_w（ 公式 2）的值约为 80。更精确的值可通过土壤温度计算得出，即

 

其中，_Tsoil是由温度传感器测量的土壤温度（ ºC），该温度传感器与体积导电率测量同时进行，这在 METER 土壤导电率传感器中很常见。

大多数科研级体积含水量传感器也能测量 ε_b。

最后，_εσb=0 是一个偏移项，松散地表示 EC=0 时土壤的介电常数。Hilhorst（2000 年）建议使用_εσb=0= 4.1 作为通用偏移项。Hilhorst (2000) 提供了一种简单易行的方法，用于确定不同土壤类型的_εσb=0 值，在大多数情况下可提高_σw计算的准确性。

我们的测试表明，在土壤和其他生长介质含水量较高（超过 25%）的情况下，上述_σw计算方法的准确度尚可（± 20%）。随着含水量的降低，等式 1 的分母会变小，从而导致计算中出现较大的潜在误差。为获得最佳结果，我们建议在含水量较高时使用 Hilhorst 方程来获得饱和萃取 EC(_σe)，然后计算含水量较低（低于 25%）时的孔隙水 EC，假定盐分留在土壤中，而水分被排出（如公式 3 所示）。利用这一假设

其中，θ是土壤的体积含水量，θ_s是饱和含水量，可根据土壤的容重计算得出

_ρb是土壤的体积密度（毫克^/立方米），ρ_s是固体密度（矿质土壤为 2.65^毫克/立方米）。

将孔隙水导电率转换为饱和萃取物导电率

饱和提取物的导电率（通常称为_ECe或_σe）是从土壤饱和糊状物中去除的孔隙水的导电率。用蒸馏水润湿土壤，直到土壤饱和。然后将土壤放在真空漏斗中的滤纸上，并施加吸力。对从样品中抽出的水进行电导率测量，即可得出 σ_e。土壤的_σe是几乎所有盐度建议中都会用到的数值（例如，见 Richards，1954 年），因此是一个需要获得的重要数值。该值可通过孔隙水 EC 用以下公式计算得出

将公式 1 和 4 相结合，得出

等式 6 可能是实地评估盐度最有用的等式。同样，应在含水量最高时使用，以最大限度地提高准确性。

例如，假设土壤的容重为 1.33^兆克/立方米。根据公式 4，饱和含水量为 1 - 1.33/2.65 = 0.5。假设含水量为 0.345^m3/m3 时，我们测得的体积导电率为 0.3 dS/m，体积介电常数(_εb) = 20。则_σe为

根据体积导电率计算孔隙水导电率

从体积导电率计算孔隙水导电率与从一组单位转换为另一组单位不同--它实际上是一个模型。或者说，它是许多不同类型的模型。有些是经验模型，有些是理论模型，但都有各自的优缺点。我们已经介绍了希尔霍斯特模型，但还有其他流行的模型，包括罗兹模型以及穆阿利姆和弗里德曼模型。

表 3.测量不同类型导电率的方法

应用 1：尽量减少盐分积聚

测量土壤导电率的最常见原因之一是尽量减少生长旺盛植物根区的盐分。如果根区的导电率过高，种植者可以增加灌溉水量，将盐分浸出到根区以下。下图展示了饱和浸提值之间的相对比较，颜色越浅表示饱和浸提 EC 值越低，颜色越深表示饱和浸提 EC 值越高。

应用 2：计算沥滤分数

沥滤部分 (LF) 的定义是：从根系区底部排出的水深（_Ddrain）除以施加（通过灌溉和降水）到土壤剖面的水深（_Dapplied）。

使用沥滤分数计算需要多少水流过剖面才能在根区保持特定的导电率。

例如，如果液体灌溉水的 EC 值为 0.3 dS/m，而排过根区的水的 EC 值应不超过 3 dS/m，那么灌溉者应将十分之一的施用水流过剖面。

不过，所有这些都以准确测量排水量（有多少水从根区底部排出）为前提。实际上，这很难测量。一种创新的方法是将沥滤分数方程反过来，使用排水的导电率来计算深层排水。可以通过在根区下方安装探头来测量排水的导电率。

将公式重新排列，排水深度等于施水深乘以施水（降水和灌溉）的导电率，再除以排水的导电率。

在大多数地区，雨水（不含盐）在总体盐分平衡中起着重要作用。根据雨水的影响调整施用水的导电率（_ECapplied）的一个好方法是将灌溉水的导电率乘以灌溉深度，再除以雨水深度加上灌溉深度。

利用体积导电率测量值计算沥滤分数的示例

沥滤率为 0.4/4，即 10%。排水损失的总水量为 2.5 厘米。

应用 3：跟踪根区的营养状况

图 2 显示了施肥后三个深度的土壤水分含量值。但肥料在哪里呢？土壤水分值无法显示养分沥滤或排水情况

在图 3 中，利用 GS3 测量的体积导电率和容积含水量来计算同样三个深度的孔隙水导电率。请注意肥料是如何暂时留在根区，但随着水从根区排出而被沥滤掉的。两张图表均摘自 Stirzaker（2010 年）。

为欧盟委员会收集数据

通过以下传感器，您可以收集特定 EC 型号和应用的数据。

5TE、GS3、TEROS 12

这些土壤水分传感器可用于确定

• 土壤排水的体积导电率(_σb)--安装在根区下方的土壤水分/温度/导电率传感器
• 土壤或无土栽培基质的体积导电率（_σb）--安装在根区的土壤水分/温度/导电率传感器
• 土壤湿度-体积含水量(θ) 或介电常数(_εb)
• 土壤温度-温度值与土壤导电率测量值（_Tsoil）同位

G3 Drain Gauge 和 CTD + DG（EC/温度/深度传感器）

和 21 + DG G3和HYDROS 21+ DG 安装在根区以下时，可用于测定土壤排水的孔隙水 EC 值（σ_w,_ECdrain）。此外，孔隙水取样器也可用于测定孔隙水导电率(σ_w)。

ES-2 温度和导电率传感器

当 ES-2安装在灌溉管道中时，可用于测定灌溉水的导电率（_σw，_ECirrig）（这需要定制校准）。

雨量计

雨量计可用于确定雨深（_排水量）。

獾式流量计

只要知道灌溉总面积，就可以使用该仪器确定灌溉深度（_Dirrig）。

参考资料

Hamed、Yasser、Magnus Persson 和 Ronny Berndtsson。"使用不同介电技术测量土壤溶液电导率"。美国土壤科学学会会刊》第 67 卷第 4 期（2003 年）："土壤溶液电导率测量"。4 (2003):1071-1078.(文章链接）

Hilhorst, Max A."孔隙水传导性传感器"。美国土壤科学学会期刊》64，第 6 期（2000 年）：1922-1925.(文章链接）

Mualem, Y., and S. P. Friedman."饱和及非饱和土壤导电性的理论预测"。Water Resources Research27, no：2771-2777.(文章链接）

Rhoades, J. D., P. A. C. Raats and R. J. Prather."液相电导率、含水量和表面电导率对块状土壤电导率的影响"。美国土壤科学学会杂志40 (1976)：651-655.

Rhoades, J. D., N. A. Manteghi, P. J. Shouse, and W. J. Alves."土壤电导率和土壤盐度：新配方与校准"。Soil Science Society of America Journal, no：433-439.(文章链接）

了解更多：掌握测量土壤湿度的基础知识

土壤湿度不仅仅是了解土壤中的含水量。在决定如何测量之前，您需要了解一些基本原则。在这个 20 分钟的网络研讨会中，您将发现

• 为什么土壤水分不仅仅是一个量
• 含水量：什么是含水量、如何测量含水量以及为什么需要含水量
• 水势：水势是什么，与含水量有何不同，为什么需要水势
• 是测量含水量、水势，还是同时测量含水量和水势
• 哪些传感器可测量各类参数

了解全貌

一站式了解测量土壤湿度所需的所有信息：为什么需要测量、如何测量、方法/传感器比较、测量次数、测量地点、最佳实践、数据故障排除等。

• 下载完整的灌溉管理指南 
• 下载 "研究人员的土壤湿度完整指南"

参加我们的土壤湿度大师班

六段视频短片将向您传授有关土壤含水量和土壤水势的所有知识--以及为什么要同时测量它们。此外，您还可以掌握土壤导水性的基础知识。

• 立即观看

有问题吗？

我们的科学家拥有数十年帮助研究人员和种植者测量土壤-植物-大气连续体的经验。

• 咨询专家
• 索取报价