У зрошувальній воді.

Здатність води проводити електрику зростає із збільшенням концентрації солей. Таким чином, вимірюючи електропровідність (ЕС) води за допомогою пари електродів, її соленість може бути оцінена швидко та надійно. Електропровідність, як правило, вимірюється в одиницях дС/м (децизименів на метр). Ця електропровідність води залежить від температури, отже, для правильних порівнянь електропровідність повинна бути виражена відносно контрольної температури. Зазвичай ця температура становить 25 ° С. Отже, чим вища провідність при 25 єС (EC25), тим вища концентрація солі у воді. Прилади, що використовуються для вимірювання електропровідності, називаються лічильниками провідності. Існують портативні, дуже прості у використанні моделі, які забезпечують надійне вимірювання концентрації солей у воді. Ці пристрої повинні періодично калібруватися з відомими стандартами солоності для забезпечення надійних вимірювань.

адсорбції натрію

Фігура 1. Портативний лічильник провідності, що вимірює електропровідність водного розчину.

Щоб отримати уявлення про значення електропровідності зрошувальної води щодо різних вод, у наступній таблиці 1 наведено середні значення електропровідності вод із різних джерел.

Похідна електропровідність (дС/м)
Дощова вода 0,15
Вода для споживання людиною 0,5
Зрошувальна вода0,8 - 2,5
Морська вода60

Таблиця 1. Значення електропровідності різних вод відповідно до їх походження.

Оцінка содичності зрошувальної води є дещо складнішою, ніж оцінка солоності, оскільки немає пристроїв, які безпосередньо її вимірюють. Щоб це знати, вам доведеться проаналізувати зразок води в лабораторії. Натрій у воді оцінюють, визначаючи коефіцієнт адсорбції натрію (SAR). Це співвідношення виражає відносну концентрацію натрію щодо концентрації кальцію та магнію. Вимірюється шляхом аналізу концентрації цих трьох іонів (Na +, Ca 2+ та Mg 2+) у зрошувальній воді та за допомогою наступного рівняння

У цьому рівнянні концентрації Na +, Ca 2+ та Mg 2+ повинні бути виражені в мекв/л. Чим більше натрію має вода у порівнянні із сумою кальцію та магнію, тим більший вплив накисленості в ґрунті. Карбонати кальцію і, меншою мірою, кальцій і магній - це мінерали, які широко поширені в ґрунтах регіонів із посушливим та напівзасушливим кліматом, включаючи середземноморські райони. Розчинення цих мінералів збільшує концентрацію кальцію в ґрунтовому розчині, а отже, зменшує ризик натріювання. Для врахування захисного впливу карбонатних мінералів на структуру ґрунту розраховується так звана скоригована RAS. При розрахунку скоригованої RAS концентрація кальцію, визначена аналізом, замінюється в попередньому рівнянні концентрацією кальцію, яка може існувати в розчині вапняних ґрунтів як функція вуглекислого газу та електропровідності, бікарбонату та кальцію зрошувальна вода. Наступне рівняння являє собою метод розрахунку згаданої концентрації кальцію.

де ECar - електрична провідність зрошувальної води, виражена в дС/м, Ca 2+ - концентрація кальцію у зрошувальній воді, виміряна в мекв/л, а Alk - концентрація бікарбонату зрошувальної води, виміряна також в мекв/л і pCO2 - парціальний тиск CO2 в екстракті насичення, виражений в атмосферах, який можна прийняти рівним 0,01 як відповідне значення в більшості ґрунтів.

ОЦІНКА ЯКОСТІ ЗОЛОШНОЇ ВОДИ.

Для оцінки якості зрошувальної води як функції солоності та содичності вимірювання електропровідності та коефіцієнта адсорбції натрію (RAS або скоригований RAS) представлені на графіку рисунку 2.

Малюнок 2. Графік для оцінки якості зрошувальної води на основі її солоності та кислотності.

Води найкращої якості для зрошення розташовані в зеленому трикутнику, зображеному в нижній лівій частині графіку на малюнку 2. Ці води мають низьку солоність (менше 1,3 дС/м) і низькі значення RAS (менше 3 (ммоль -1) 1/2).

На малюнку 3 наведено кілька прикладів зрошувальної води, що використовується у Валенсійському співтоваристві. Води найкращої якості - це води, що надходять з таких річок, як Джакар, Турія, Міхарес, Палансія, Ебро та трансфер Таджо-Сегура. Води, що надходять з водоносних горизонтів, як правило, мають вищі солоності, а також очищені, які розташовані в межі з помірно солоними. Важливо також зазначити, що опріснені води, як правило, мають низьку солоність, але з високим коефіцієнтом питомого поглинання, тому вони можуть спричинити певні проблеми підсилення соди, якщо їх іонний склад не буде виправлений перед використанням.

Малюнок 3. Оцінка різних зрошувальних вод, що використовуються у Валенсії.

Інші параметри води для поливу.

Якість зрошувальної води для поливу можна оцінити на основі інших параметрів. Наступна таблиця 2 показує деякі з них та те, як води класифікуються під ними.

ПараметрНизькийПомірнийВисокий чи високий
рН 8.5
Na - SAR 9
Кл - 10
NO3 1.42
SO4 4687
Змінного струму 3.75
Mg 0,123
HCO3 7.5
RSC (залишковий карбонат натрію) 2.5

* Усі значення виражаються в мекв/л, крім Na-SAR.

Таблиця 2. Класифікація зрошувальних вод за кількома її параметрами.

На підлозі.

Коли сіль видно на поверхні ґрунту, рівень її солоності може бути дуже високим, і урожай майже напевно буде зашкоджений. Щоб передбачити появу цих проблем, слід застосовувати інструменти, здатні оцінити рівень солей у ґрунті, перш ніж помітити симптоми солоності.

Для цього можна дотримуватися декількох стратегій:

Дуже дорого в часі та в грошах завдяки тому, що зразки ґрунту потрібно брати на різних ділянках ділянки, на різній глибині, а потім направляти у спеціалізовану ґрунтову лабораторію для визначення.

Стандартна процедура лабораторного визначення солоності ґрунтів вимагає реалізації того, що зазвичай називають «насиченою ґрунтовою пастою», щоб згодом отримати екстракт насичення, де буде вимірюватися електропровідність. Процедуру проводять додаванням дистильованої води до зразка ґрунту, змішуючи їх, отримуючи пасту, насичену водою. Потім екстракт насичення отримують фільтруванням пасти за допомогою всмоктувального насоса і вимірюють електропровідність пасти. За такої величини електропровідності в насиченому екстракті (CEes) можна класифікувати ступінь ураження засоленістю грунту.

Існують спрощені методи, які засновані на отриманні екстракту з грунтово-водної суспензії, що складається з п’яти частин води і однієї частини грунту. У цьому екстракті вимірюється електропровідність, яка може бути приблизно пов'язана з еталонним вимірюванням в екстракті насичення.

Вимірювання солоності ґрунту за допомогою зондів безпосередньо в полі.

Електромагнітний тип: зонд Geonis EM38, зонд Dualem 1S тощо.

Це неінвазивна методика вимірювання, яка широко застосовується для картографування засоленості ділянок, зрошуваних поверхнею, оскільки вимірювання за допомогою цих зондів приблизно відповідають засоленості грунту глибиною до 1,5 м. Для отримання надійних вимірювань мінералізації ґрунту зонди повинні бути відкалібровані щодо вимірювань електропровідності в екстракті насичення. Легкість і швидкість, з якою ці зонди проводять вимірювання, роблять їх дуже корисними для знання просторового розподілу солоності на посівному полі. Ці зонди широко використовуються в точному землеробстві, оскільки їх легко підключити до GPS та ноутбука.

Рисунок 4. Різні положення вимірювання зонда EM38 (вертикальний та горизонтальний)

Малюнок 5. Зонд EM38 для вимірювання солоності в полі

Робота зонда EM38.
Цей зонд почали використовувати більше 30 років тому. Вимірює видиму електропровідність ґрунту (СЕа) як функцію інтенсивності магнітного поля, індукованого в ґрунті самим зондом.

Прилад має дві котушки, передавач і приймач, кожна розташована на кожному кінці зонда. Відстань одного метра між двома котушками - це те, що дозволяє проводити вимірювання на глибині до 1,5 м. Для вимірювання зонд використовує акумулятор 9 В, що забезпечує автономність роботи на кілька годин.

Передаюча котушка підключена до генератора, що працює на частоті 13,2 кГц, який генерує змінне магнітне поле, зване первинним магнітним полем напруженості Hp. Через явище індукції це змінне магнітне поле індукує електричне поле, яке також змінюється в землі. У відповідь на це електричне поле в землі утворюється змінний електричний струм. Інтенсивність цього електричного струму пропорційна електропровідності грунту та напруженості первинного магнітного поля (Hp), тобто близькості зонда до землі. Змінний струм, що генерується в землі, індукує, в свою чергу, тим самим явищем індукції, вторинне магнітне поле напруженості Hi. Сума обох магнітних полів (Hp і Hi) індукують струм в приймальній котушці, який після внесення відповідних регулювань пропорційний електропровідності грунту (CEa). На наступному малюнку (рис. 6) наведена пояснювальна схема роботи цього зонда.

Малюнок 6. Пояснювальна схема роботи зонда EM38. (Від: Robinson et al. 2004, Soil Sci. Soc.Am.J. 68: 339-345)

Зонд у своїх двох положеннях вимірювання, горизонтальному та вертикальному, може безпосередньо вимірювати в трьох діапазонах СЕа: 0-100, 0-300, 0-1000 мСм/м. У горизонтальному положенні вимірювання солоності отримують з найбільш поверхневої частини грунту. У вертикальному положенні зонд забезпечує вимірювання, що включають більшу глибину грунту. Знаючи розподіл вологості з глибиною ґрунту, різниця між вимірами в горизонтальному та вертикальному положенні може сказати нам, яким є розподіл солей з глибиною. Більш високі значення СЕа для горизонтального положення, ніж для вертикального, свідчать про те, що солоність поверхні грунту вища, ніж у глибокій частині. Навпаки, нижчі значення СЕа для горизонтального положення вказують на те, що солоність на глибині більша, ніж на поверхні. Рівність між цими двома значеннями свідчить про рівномірний розподіл солоності з глибиною ґрунту. Що стосується внеску глибини ґрунту в сигнал, ґрунт забезпечує 75% відгуку зонда на глибину 90 см по горизонталі та до 1,9 м по вертикалі.

Резистивний тип: зонд SCT Martek, декагон ECH2O-TE.

Малюнок 7. Деталь сенсора Martek SCT.

Як і електропровідність води, очевидна електропровідність ґрунту залежить від температури. Так само, як і у воді, вплив температури слід виправляти, посилаючись на вимірювання електропровідності до стандартної температури 25єС. З цією метою більшість зондів мають датчик, який реагує на температуру, наприклад, термопару або терморезистор. Подібним чином, цей показник опору також змінюється залежно від вологості ґрунту, тому доцільно проводити вимірювання при вологості, близькій до місткості поля, або через 2-3 дні зрошення або сильного дощу.

Малюнок 8. Зонд MARTEK SCT, що виконує вимірювання поля глибокого горизонту.

Іншими більш сучасними зондами є 5TE та GS3 (Десятикутник, малюнок 9). Ці зонди інтегрують датчики солоності та температури з датчиками, здатними оцінювати вологість грунту на основі вимірювань ємності. Таким чином досягаються комбіновані зонди, що дозволяють одночасно вимірювати вологість, солоність та температуру грунту. Деякі результати щодо калібрування даного типу зондів, а також їх практичної корисності у польовому управлінні грунтом, водою та посівами можна отримати у Visconti et al. 2014 (див. Розділ про наукові статті на домашній вкладці)

Малюнок 9. Ємнісні зонди типу: 5TE та GS3.

Рефлектометричні зонди (TDR, FDR): CS655, WET

Зонд типу FDR (WET, Delta-T) Зонд типу TDR (CS655, Кемпбелл)

Малюнок 10. Рефлектометричні зонди: WET та CS655.

Більшість розроблених сьогодні зондів опору та рефлектометрії можна легко підключити до одиниць зберігання даних (реєстраторів даних). Таким чином, за солоністю ґрунту можна постійно контролювати і, таким чином, використовувати його в автоматизованих системах управління і управління зрошувальними водами. Впровадження систем цього типу є, однак, сферою поточних досліджень та розробок.

В якості резюме щодо використання зондів для оцінки солоності ґрунту нижче представлена ​​таблиця 3, яка показує загальні характеристики декількох зондів, що існують на ринку.

Класифікація ґрунтівПроводити. Електрична * в екстракті насичення (дС/м)Вплив на урожай
Не сольовий розчин 0 - 2 Не впливає на посіви
Злегка солоний 2 - 4 Може знизити врожайність чутливих культур
Помірно солоний 4 - 8 Знижує врожайність більшості сільськогосподарських культур.
Фізрозчин 8 - 16 Задовільні показники лише з толерантних культур
Надзвичайно солоний > 16 Задовільні показники лише з дуже толерантних культур

* Електропровідність для 90% відносного врожаю сільськогосподарських культур, за винятком останньої категорії, яка становить 70%.

Класифікація СОДІЧНОСТІ ґрунту.

Содичність ґрунту зазвичай оцінюється шляхом визначення відсотка натрієвої біржі (PSI), застосовуючи таке рівняння:

Для розрахунку PSI необхідно визначити обмінний вміст натрію та катіонообмінну здатність (CEC) ґрунту. Значення PSI> 15% зазвичай повідомляють, що ґрунт починає відчувати інфільтрацію та проблеми з потоком води. Для проведення цих визначень необхідна обладнана лабораторія, оскільки це не є простими визначеннями. Тому це визначення зазвичай замінюють вимірюванням коефіцієнта адсорбції натрію (SAR) розчинних катіонів, виміряних в екстракті насичення, оскільки два визначення пропорційні.

Рівняння, отримане USSL, яке пов'язує PSI з іншим виміром, який простіший у виконанні, наприклад RAS, є:

Цей розрахунок можна виконати графічно, використовуючи номограму на малюнку 11.

Малюнок 11. Графік для розрахунку відсотка натрієвого обміну (PSI) як функції коефіцієнта адсорбції натрію в ґрунтовому розчині (SAR та RAS).

Після того, як PSI буде визначено, солідність ґрунту можна оцінити, порівнюючи це значення, отримане з діапазонами, запропонованими Massoud (1971), які показані в наступній таблиці.

Загалом, ґрунти Валенсійського співтовариства зазвичай не виявляють симптомів содичності, оскільки високі значення PSI не спостерігаються. Це, разом з тим, що глини валенсійських ґрунтів, як правило, є нелітитими, що є погано диспергованими глинами, і агрегуюча функція, яку карбонати кальцію та магнію виконують проти дисперсійної дії натрію, роблять валенсійські грунти не схильними до проблем содичності.