電導率 (EC) 是衡量土壤鹽度的最常用指標,它表示水溶液攜帶電流的能力。土壤鹽分是指溶解的鹽分,如氯化鈉、氯化鈣和氯化鎂。鹽不僅可以是氯化物,還可以是碳酸鹽。硝酸鹽等肥料的導電性不強,因此在土壤中測量的 EC 主要歸因于鈉。
許多營養素都是鹽——鹽分的來源。養分積累、排水不暢、沿海地區的鹽水侵入和咸水灌溉會導致土壤中鹽分的積累。高 EC 會影響濕度讀數并導致基于電容(充電時間和頻率)濕度傳感器的誤差。
鹽(或特別是溶液中溶解的離子)是土壤基質中導電的主要成分。雖然 EC 高度依賴于土壤鹽度水平,但它也會隨著土壤濕度的上升和下降。
EC 對植物根部可用水分的影響很大。土壤中鹽分的積累通常對作物、草類或土壤中的微生物群落無益。土壤鹽分也會影響土壤水文。土壤鹽分過高可能導致植物病害和病原體、作物減產甚至歉收,因此適當監測土壤鹽分將有助于確保作物的健康。
土壤 EC 會隨含水量發生顯著變化,并且會受到灌溉水質量、施肥、排水和其他自然過程的影響。隨著時間的推移,壓實、粘土含量和有機質會影響水分保持趨勢,也會影響土壤中的 EC 容量。
散裝 EC 與孔隙水 EC
土壤中的 EC 比水樣中的更復雜,并且可能難以解釋且令人困惑。大塊土壤電導率 (σ
b ) 是未受干擾的土壤/水/空氣基質的 EC,是土壤傳感器測量的參數。重要的是不要將體積 EC 與土壤孔隙水 EC (σ
p )混淆。土壤孔隙水 EC 是土壤孔隙空間中水的電導率。由于孔隙水 EC 可能難以直接測量,可以通過取一份干土壤和兩份蒸餾水并測量從泥漿中提取的水的 EC 來制備土壤泥漿。提取物的 EC(EC
e或 σ
e) 是傳統上在土壤科學或農業文獻中發現的參數,因為相對論易于測量,并提供了土壤鹽度條件的“蘋果與蘋果”比較。
土壤中的大量 EC 和 EC 途徑
土壤是一種基質,基本上由固體物質、孔隙空間中的水和空氣組成。原位土壤傳感器(地下土壤傳感器)測量體積電導率 (σ
b ),它是土壤/水/空氣基質組合的電導率。
電導率在土壤中傳播的三種途徑。體積密度、孔隙度、曲折度、含水量和溶解離子濃度與不同途徑協同作用,顯著影響土壤的體積電導率。
通路 1 是從水到土壤并再次通過水返回的電氣通路。通路 1 的電導率貢獻是水和土壤電導率的函數。隨著水的增加,路徑 1 的電導管增加,這可能會增加整個土壤的電導率。
途徑 2 是歸因于土壤孔隙中水的導電性的途徑。增加溶解鹽會增加通路 2 的電導率;然而,與途徑 1 一樣,土壤含水量的增加將增加途徑的尺寸,從而提高整體電導率。也就是說,有兩個因素影響通路2的電導率,即溶解鹽濃度和歸因于土壤中水量的通路大小。
途徑 3 是土壤顆粒的電導率。與其他途徑一樣,途徑 3 的貢獻受許多因素的影響,包括容重、土壤類型、氧化/還原反應和離子易位。
土壤傳感器提供的大量 EC 測量值是整個動態土壤基質的電導率,它是來自所有不同途徑的電導率的總和。沒有原位土壤傳感器可以直接區分不同途徑之間的差異,也沒有任何傳統的原位土壤傳感器可以區分氯化鈉和溶液中任何其他數量的離子之間的差異,這些離子都對土壤的電導率有一定影響/水/空氣矩陣。
批量 EC 測量的應用
雖然很難與批量 EC 進行蘋果與蘋果的比較,但我們可以確定某些基準。例如,如果土壤濕度達到一個閾值,例如田間容量,則可以在該閾值處記錄大量 EC 以進行比較。這在土壤鹽分存在問題且需要監測的情況下很有用。
在某些情況下,孔隙水 EC 可以通過有關土壤介電常數的知識來估計(Hilhorst 1999)。這個方程使我們能夠從大多數土壤中的大量 EC 測量中進行可比較的孔隙水 EC 估計:
其中σ
p是孔隙水EC,ε
rp是水的實際介電含量(≈80),σ
b是土壤中測得的體積EC,ε
rb是土壤的實際介電常數。ε
rb _O 是一個偏移量,3.4 可以用作大多數無機土壤的偏移量。請注意,只有使用 同軸阻抗介質反射計濕度測量方法的傳感器才能確定實際介電常數。
總溶解固體 (TDS)
水樣的總溶解固體(g/L 或 ppm)可以通過電導率估算。要評估土壤中的 TDS,您需要首先從上述方程或漿水提取物中獲得孔隙水 EC。從 EC 計算的 TDS 對土壤孔隙水的意義可能較小,因為水中可能存在其他對水的 EC 沒有貢獻的成分,例如存在于土壤中但不存在于土壤中的硝酸鹽、磷酸鹽和其他成分一個水樣。從 EC 估計 TDS 的另一個錯誤來源是不同的鹽具有不同的 EC 強度和溶解度。氯化鈣在 TDS 計算中的代表性不足,因為它具有較低的 EC 值并且比氯化鈉更快地從溶液中脫落(McBride 1994)。
水鹽度 (g/L) ≈ EC (S/m) x 6.4
為了驗證來自 EC 的 TDS 估計或可能針對特定水樣更正此方程,可以干燥水樣并獲得留下的材料的重量,以進行 TDS 的真正重量測量。請注意,如果使用 EC 測量來估計 TDS,則傳感器的尖齒需要完全浸沒在水樣或漿料的水提取物中。