Във вода за напояване.

Способността на водата да провежда електричество се увеличава с концентрацията на соли. По този начин, чрез измерване на електрическата проводимост (ЕС) на водата с помощта на чифт електроди, нейната соленост може да бъде оценена бързо и надеждно. Електрическата проводимост обикновено се измерва в единици dS/m (deciSiemens на метър). Тази електрическа проводимост на водата зависи от температурата, следователно, за да се направят валидни сравнения, електрическата проводимост трябва да бъде изразена по отношение на референтна температура. Обикновено тази температура е 25 ° C. Следователно, колкото по-висока е проводимостта при 25 ° C (EC25), толкова по-висока е концентрацията на сол във водата. Устройствата, които се използват за измерване на електрическа проводимост, се наричат ​​токомери. Има преносими, много лесни за използване модели, които осигуряват надеждни измервания на концентрацията на соли във водата. Тези устройства трябва периодично да се калибрират с известни стандарти за соленост, за да се осигурят надеждни измервания.

електрическата проводимост

Фигура 1. Преносим измервател на проводимост, измерващ електрическата проводимост на воден разтвор.

За да получите представа за стойностите на електрическата проводимост на напоителната вода по отношение на различни води, следващата таблица 1 показва средни стойности на електрическата проводимост на води от различни източници.

Произход Електрическа проводимост (dS/m)
Дъждовна вода 0,15
Вода за консумация от човека 0,5
Вода за напояване0,8 - 2,5
Морска вода60

маса 1. Стойности на електропроводимостта на различните води според техния произход.

Оценяването на содичността на напоителната вода е малко по-сложно от оценяването на солеността, тъй като няма устройства, които да я измерват директно. За да го знаете, трябва да анализирате водна проба в лабораторията. Киселостта на водата се оценява чрез определяне на коефициента на адсорбция на натрий (RAS). Това съотношение изразява относителната концентрация на натрий по отношение на концентрациите на калций и магнезий. Измерва се чрез анализ на концентрацията на тези три йона (Na +, Ca 2+ и Mg 2+) във водата за напояване и като се използва следното уравнение

В това уравнение концентрациите на Na +, Ca 2+ и Mg 2+ трябва да бъдат изразени в meq/L. Колкото повече натрий има една вода в сравнение със сумата на калций и магнезий, ефектът от сок в почвата ще бъде по-голям. Калциевите карбонати и в по-малка степен калцият и магнезият са минерали, които са широко разпространени в почвите на региони със сух и полусух климат, включително средиземноморските райони. Разтварянето на тези минерали увеличава концентрацията на калций в почвения разтвор и следователно намалява риска от натриева киселина. За да се вземе предвид защитният ефект на карбонатните минерали върху структурата на почвата, се изчислява така нареченият коригиран RAS. При изчисляването на коригираната RAS концентрацията на калций, определена чрез анализ, се заменя в предишното уравнение с концентрацията на калций, която може да съществува в разтвора на варовити почви като функция на въглеродния диоксид и електропроводимостта, бикарбоната и калция на вода за напояване. Следващото уравнение представлява метод за изчисляване на споменатата концентрация на калций.

където ECar е електрическата проводимост на напоителната вода, изразена в dS/m, Ca 2+ е концентрацията на калций във водата за напояване, измерена в meq/L, а Alk е концентрацията на бикарбонат на напоителната вода, измерена също в meq/L и pCO2 е парциалното налягане на CO2 в екстракта от насищане, изразено в атмосфери, което може да се приеме за равно на 0,01 като подходяща стойност в повечето почви.

ОЦЕНКА НА КАЧЕСТВОТО НА НАПОЙНИТЕ ВОДИ.

За да се оцени качеството на водата за напояване като функция на соленост и содичност, измерванията на електрическата проводимост и съотношението на адсорбция на натрий (RAS или коригирана RAS) са представени в графиката на фигура 2.

Фигура 2. Диаграма за оценка на качеството на напоителната вода въз основа на нейната соленост и съдържание на натрий.

Водите с най-добро качество за напояване се намират в зеления триъгълник, показан в долната лява част на графиката на фигура 2. Тези води имат ниска соленост (под 1,3 dS/m) и ниски RAS стойности ( по-малко от 3 (mmolL -1) 1/2).

Фигура 3 показва някои примери за вода за напояване, използвана във Валенсия. Водите с най-добро качество са тези, които идват от реки като Jъcar, Turia, Mijares, Palancia, Ebro и Tajo-Segura Transfer. Водите, идващи от водоносни хоризонти, показват по-висока соленост, както и пречистените, които са разположени в границата с умерено солените. Също така е важно да се отбележи, че обезсолените води са склонни да имат ниска соленост, но с висока SAR, което може да доведе до известен проблем с натриенето, ако йонният им състав не бъде коригиран преди употреба.

Фигура 3. Оценка на различни напоителни води, използвани във Валенсия.

ДРУГИ ПАРАМЕТРИ ЗА ВОДА ЗА ПОЛЯВАНЕ.

Качеството на напоителната вода за напояване може да бъде оценено въз основа на други параметри. Следващата таблица 2 показва някои от тях и как водите обикновено се класифицират под тях.

ПараметърНискаУмеренВисока или висока
рН 8.5
Na - SAR 9
Cl - 10
NO3 1.42
SO4 4687
AC 3.75
Mg 0,123
HCO3 7.5
RSC (остатъчен натриев карбонат) 2.5

* Всички стойности са изразени в мекв/л с изключение на Na-SAR.

Таблица 2. Класификация на напоителните води според няколко от нейните параметри.

На пода.

Когато солта е видима на повърхността на почвата, нейното ниво на соленост може да бъде много високо и реколтата почти сигурно ще бъде засегната. За да се предвиди появата на тези проблеми, трябва да се използват инструменти, способни да оценят нивото на соли в почвата, преди да се забележат симптоми на соленост.

За целта могат да се следват няколко стратегии:

Много скъпи във време и пари поради факта, че пробите от почвата трябва да бъдат взети на различни места в парцела, на различни дълбочини и след това изпратени в специализирана почвена лаборатория за определяне.

Стандартната процедура за лабораторно определяне на солеността на почвите изисква реализирането на това, което обикновено се нарича "наситена почвена паста", за да се получи по-късно екстрактът от насищане, където ще бъде измерена електрическата проводимост. Процедурата се извършва чрез добавяне на дестилирана вода към почвена проба, като се смесва, за да се получи паста, която е наситена с вода. След това екстрактът от насищане се получава чрез филтриране на пастата чрез смукателна помпа и се измерва електрическата проводимост на същата. С тази стойност на електропроводимостта в екстракта от насищане (CEes) е възможно да се класифицира степента на въздействие от солеността на почвата.

Има опростени методи, които се основават на получаването на екстракта от суспензия почва-вода, съставена от пет части вода и една част от почвата. В този екстракт се измерва електрическата проводимост, която може да бъде приблизително свързана с референтното измерване в екстракта за насищане.

Измерване на солеността на почвата с сонди директно в полето.

Електромагнитен тип: Geonis EM38, сонда Dualem 1S и др.

Това е неинвазивна измервателна техника, която е широко използвана за картографиране на солеността на напоените с повърхност участъци, тъй като измерванията с тези сонди съответстват приблизително на солеността на почвата с дълбочина до 1,5 m. За да се получат надеждни измервания на солеността на почвата, сондите трябва да бъдат калибрирани спрямо измерванията на електрическата проводимост в екстракта от насищане. Лекотата и скоростта, с които тези сонди извършват измервания, ги правят много полезни за познаване на пространственото разпределение на солеността в културно поле. Тези сонди са широко използвани в прецизното земеделие, тъй като лесно могат да бъдат свързани към GPS и лаптоп.

Фигура 4. Различни позиции на измерване на сондата EM38 (вертикална и хоризонтална)

Фигура 5. Сонда EM38, измерваща солеността в полето

Работа на сондата EM38.
Тази сонда започва да се използва преди повече от 30 години. Измерва привидната електрическа проводимост на почвата (CEa) като функция от интензивността на магнитно поле, индуцирано в почвата от самата сонда.

Инструментът има две намотки, предавател и приемник, всеки разположен в двата края на сондата. Разделянето на един метър между двете намотки е това, което позволява да се правят измервания до дълбочина 1,5 m. За измервания сондата използва 9V батерия, която й осигурява автономност от няколко часа.

Предаващата намотка е свързана с осцилатор, работещ на 13,2 kHz, който генерира променливо магнитно поле, наречено първично магнитно поле с интензивност Hp. Поради явлението индукция, това променливо магнитно поле индуцира електрическо поле, също променливо в земята. В отговор на това електрическо поле в земята се генерира променлив електрически ток. Интензитетът на този електрически ток е пропорционален на електрическата проводимост на почвата и на интензивността на първичното магнитно поле (Hp), тоест на близостта на сондата до земята. Променливият ток, генериран в земята, индуцира, от своя страна, от същия индукционен феномен, вторично магнитно поле с интензивност Hi. Сумата от двете магнитни полета (Hp и Hi) индуцира ток в приемната намотка, който след извършване на съответните настройки е пропорционален на електрическата проводимост на почвата (CEa). Следващата фигура (фиг. 6) показва обяснителна схема за работата на тази сонда.

Фигура 6. Обяснителна схема за работата на сондата EM38. (От: Robinson et al. 2004, Soil Sci. Soc.Am.J. 68: 339-345)

Сондата, в двете си измервателни позиции, хоризонтална и вертикална, може да измерва директно в три обхвата на CEa: 0-100, 0-300, 0-1000 mS/m. В хоризонтално положение се измерват солеността от най-повърхностната част на почвата. Във вертикално положение сондата осигурява измервания, които интегрират по-голяма дълбочина на почвата. Знаейки разпределението на влагата с дълбочината на почвата, разликата между измерването в хоризонтално и вертикално положение може да ни каже какво е разпределението на солите с дълбочина. По-високите стойности на CEa за хоризонталното положение, отколкото за вертикалното, показват, че солеността на почвената повърхност е по-висока, отколкото в дълбоката част. Напротив, по-ниските стойности на CEa за хоризонталното положение показват, че солеността е по-голяма на дълбочина, отколкото на повърхността. Равенството между тези две стойности показва равномерно разпределение на солеността с дълбочината на почвата. По отношение на приноса на дълбочината на почвата към сигнала, 75% от реакцията на сондата се осигурява от почвата до дълбочина от 90 cm хоризонтално и до 1,9 m вертикално.

Резистивен тип: Martek SCT сонда, Декагон ECH2O-TE.

Фигура 7. Подробности за сензора на Martek SCT.

Подобно на електропроводимостта на водата, привидната електрическа проводимост на почвата зависи от температурата. По същия начин, както във водата, влиянието на температурата трябва да се коригира чрез препращане на измерванията на електрическата проводимост към стандартна температура от 25 ° C. За тази цел повечето сонди включват сензор, който реагира на температурата, като термодвойка или термистор. По същия начин тази мярка на устойчивост също варира в зависимост от влажността на почвата, така че е препоръчително да се извършват измервания при влажност, близка до капацитета на полето, или след 2-3 дни напояване или обилен дъжд.

Фигура 8. Сонда MARTEK SCT, извършваща измервания на дълбоки хоризонти.

Други по-модерни сонди са 5TE и GS3 (Decagon, фигура 9). Тези сонди интегрират сензори за соленост и температура, със сензори, способни да оценят влажността на почвата въз основа на измервания на капацитета. По този начин се получават комбинирани сонди, които позволяват едновременно измерване на влажността, солеността и температурата на почвата. Някои резултати относно калибрирането на този тип сонди, както и практическата им полезност при управлението на почвата на почвата, водата и културите могат да бъдат получени в Visconti et al. 2014 (вижте раздела за изследователски статии, в раздела начало)

Фигура 9. Капацитивен тип сонди: 5TE и GS3.

Рефлектометрични сонди (TDR, FDR): CS655, WET

Сонда тип FDR (WET, Delta-T) TDR тип сонда (CS655, Campbell)

Фигура 10. Рефлектометрични сонди: WET и ​​CS655.

Повечето от разработените днес сонди за съпротивление и рефлектометрия могат лесно да бъдат свързани към единици за съхранение на данни (регистратори на данни). По този начин солеността на почвата може непрекъснато да се следи и по този начин да се използва в автоматизирани системи за управление и контрол на напоителните води. Внедряването на системи от този тип обаче е област на текущите изследвания и разработки.

Като обобщение на използването на сонди при оценката на солеността на почвата, по-долу е представена таблица 3, която показва общите характеристики на различни сонди, които съществуват на пазара.

Класификация на почватаПоведение, ръководене. Електрически * в екстракта от насищане (dS/m)Ефект върху реколтата
Не солено 0 - 2 Не засяга посевите
Леко физиологичен разтвор 2 - 4 Може да намали добивите от чувствителни култури
Умерено физиологичен разтвор 4 - 8 Намалява добива на повечето култури.
Физиологичен разтвор 8 - 16 Задоволителни резултати само от толерантни култури
Изключително физиологичен разтвор > 16 Задоволително представяне само от много толерантни култури

* Електрическа проводимост за 90% относителен добив на култури, с изключение на последната категория, която е 70%.

Класификация на почвата СОДИЧНОСТ.

Киселостта на почвата обикновено се оценява чрез определяне на процента на натриев обмен (PSI), като се използва следното уравнение:

За изчисляването на PSI е необходимо да се определи сменяемото съдържание на натрий и катионообменната способност (CEC) на почвата. Стойностите на PSI> 15% обикновено обявяват, че почвата започва да има проблеми с инфилтрацията и водния поток. За извършване на тези определяния е необходима оборудвана лаборатория, тъй като те не са прости определяния. Следователно това определяне обикновено се замества с измерване на коефициента на адсорбция на натрий (SAR) на разтворимите катиони, измерен в екстракта от насищане, тъй като двете определяния са пропорционални.

Уравнението, получено от USSL, което свързва PSI с друга мярка, която е по-лесна за изпълнение, като RAS, е:

Това изчисление може да се извърши графично, като се използва номограмата на фигура 11.

Фигура 11. Графика за изчисляване на процента на натриев обмен (PSI) като функция от коефициента на адсорбция на натрий в почвения разтвор (SAR и RAS).

След като PSI е определена, содичността на почвата може да бъде оценена чрез сравняване на тази стойност, получена с диапазоните, предложени от Massoud (1971), които са показани в следващата таблица.

Като цяло почвите на Валенсийската общност обикновено не проявяват симптоми на сок, тъй като не се наблюдават високи стойности на PSI. Това, заедно с факта, че глините на валенсийските почви обикновено са необработени, които са слабо диспергируеми глини, и агрегиращата функция, която калциевите и магнезиевите карбонати упражняват срещу диспергиращия ефект на натрия, правят валенсийските почви малко склонни да проявяват проблеми със содичността.