Что такое электропроводность почвы
Электрическая проводимость почвы в развитии растений
Источник фото: https://www.mexicampo.com.mx
Развитиекультур обусловлено многими факторами,как биотическими, так и абиотическими,среди последних можно выделить физико- химические свойства почв. Фактором,определяющим качество и плодородиепочв сельскохозяйственного назначенияявляется содержание присутствующихсолей. Эти соли уменьшают осмотическийпотенциал почвенного раствора, приодновременном снижении доступностиводы для растений, даже при том, чтовлажность почвы показывает разумныеуровни. Проблемы засоленности наиболеевыражены в засушливых и полузасушливыхрайонах. Засоленность почвы измеряетсяс помощью электропроводности (EC).
Что такоеэлектропроводность (EC) почвы?
EC измеряет способностьпочвы проводить электрический ток,используя свойство солей проводитьего, таким образом, ЕСизмеряет концентрацию растворимыхсолей, присутствующих в почвенномрастворе. Еезначение тем выше, чем проще указанномутоку проходить через ту же почвупосредством более высокой концентрациейсоли.
Фото 1. Прогрессияповреждения растений земляники вследствиезасоленности почвы.Здоровые растения (справа) и пораженные(слева). Фото: Koike.
Единицейизмерения EC является dS/m(децисименс на метр,дСм/м). Эта единица эквивалентнаприменяемой ранее mmhos/cm.
Засоленность в сельскохозяйственных почвах
Засоленностьчасто путают с солонцеватостью почв,но это совершенно разные вещи, потомучто эти почвы имеют существенные различияв их химических свойствах, как показанов таблице 1.
Таблица1. Классификацияпочв, подверженных воздействию солейв соответствии с их химическимисвойствами. Источник: Havlin, 2013.
Группа почв
Процент обменного натрия
pН почвы
Управление. Засоленные почвы регулируют промыванием,в то время, как на натриевых почвахприменяются мелиораторы на основекальция (гипс сельскохозяйственный)или формирующие кальций (сера, сернаякислота, полисульфид кальция илиаммония), с последующим орошениемдля удаления избытка сульфата натрияиз почвенного раствора.Улучшение физических характеристиктаких почв связано с отсутствием натрия(Castellanos,2000). Кроме того, в случае засоленно-солонцеватыхпочв, вначале применяют мелиораторы,как указано выше, а затем используютпромывание.
Происхождение. Процессами, которые вызывают засолениепочвы, могут быть:
Фото 2. В соответствии стребованиями по промыванию можетпонадобиться от 5 до 10% воды дополнительнок объему для орошения. Фото: Intagri.
Методыизмерения засоленности. Засоленностьпочвы измеряется с помощью двух методов:1) электропроводность в экстрактенасыщения (ЕС е); 2) электропроводностьв экстракте 1:2, то есть, когда на каждуюединицу почвы добавляют две единицыводы. Последний способ является практичными простым. В большинстве отчетовпоказывают ЕС е. В таблице 2представлена эквивалентность междузначениями обоих методов.
Таблица2. Соотношение между ЕСе иэлектрической проводимостью в экстракте1:2, для почв различных текстур центральнойМексики. Источник: Agrolab, 1999.
ЕС в почва: вода (1:2)
Что нам даетзнание ЕС почвы?
Определение ЕС имеетважное значение, чтобы принять решениепо управлению почвами, например, естьнеобходимость в мелиораторах почвы илинет, и какую часть воды необходимоиспользовать дополнительно для промывки.Также знание этогопараметра почвы облегчает определениесельскохозяйственной культуры и сортадля выращивания в соответствии с ихтолерантностью к уровням засоленности,присутствующим в почве.Системакультивирования, например, борозды,также может быть определена, знаязасоленность почвы и даже управлениеводой в ирригационных системах иместонахождение ленты капельногоорошения, если она есть. Содержаниесолей, выраженное через значение ЕС,позволяет принимать решение обиспользовании почвы для сельскохозяйственныхцелей (таблица 3), в зависимости от системыорошения. Система фертигации помогаетуправлять засоленностью почвылокализованно, потому что через этусистему можно перемещать соли из влажнойзоны, где расположена большая частькорневой системы растений, уменьшаянегативное воздействие на культуру.Капельноеорошение обеспечивает большую гибкостьдля управления солями почвы.
Таблица 3. Классификация почв на основе их ECе и общее воздействие на культуры. Источник:Castellanos, 2000.
Условия засоленности и влияние на растения
Чрезвычайно засоленная почва. Практически никакая традиционная культура не может с точки зрения экономики выращиваться на этих почвах.
Электропроводность и ее влияние насельскохозяйственные культуры
Симптомызасоленности и ущерб для растений. Засоленность уменьшает рост растений,вызывая снижение доступности воды исимптомы, похожие на вызванные засухой,даже когда в почве поддерживаютсядостаточные уровни влажности. Симптомыварьируются вместе с фенологическимистадиями культур, и являются болеесерьезными на начальных стадиях ростарастений, особенно во время прорастаниясемян. Другими симптомами, которые могутбыть замечены на культурах при высокихконцентрациях солей являются задержкароста и/или присутствие различныхизменений цвета в зависимости от вида,в основном зелено-голубоватая окраскарастения. Голубоватый внешний видявляется результатом воскового покрытияс малой толщиной на листе, а болееинтенсивный зеленый цвет возникаетиз-за концентрации хлорофилла на единицуплощади листвы. Иногда на листьяхпоявляется хлороз при высокомсодержании солей, связанным с использованиеморосительной воды с высоким содержаниембикарбонатов.
Фото3. Симптомы засоленности почвы на листьяххурмы. Фото: IVIA
Унекоторых видов, растущих на засоленныхпочвах развиваются некротическиеучастки на кончике и по краям листьев.
Урожайностьсельскохозяйственных культур. Не все культуры будут иметь одинаковуюреакцию на один и тот же уровеньзасоленности, некоторые виды даютприемлемый урожай при высоких уровнях.Чувствительные культурыдают плохие урожаи при малейшем увеличенииEC (таблица 4).Отличие этих видов тесно связанно с ихфизиологией, а точнее, с осмотическойадаптацией (уменьшается их осмотическийпотенциал, как в соленой воде) корнейдля поддержания потока воды из почвы к ним.
Таблица 4. Толерантностьсельскохозяйственных культур кзасоленности, выраженная в процентахурожайности. Источники: Mass и Hoffman (1977) иCarter (1981).
Культура
Относительная урожайность в %, в расчете на указанную EC е, dS/m
Пороговая ЕCе, dS/m
О чем рассказывает удельная электропроводность почвы
Роберт «Бобби» Гриссо, преподаватель и инженер-агротехник
Марк Элли, профессор агрономии и специалист по плодородию
Дэвид Холсхаусер, адъюнкт-профессор и консультант по выращиванию сои
Уэйд Томасон, адъюнкт-профессор и консультант по зерновым культурам Вирджинский технический университет
В этой публикации мы обсудим следующие темы:
2) как карты электропроводности почвы, визуально корреспондирующие картам урожайности, могут помочь в объяснении колебаний урожайности.
Экономия времени
Измерение электропроводности в почве.
Электропроводность (soil conductivity) — это свойство материала передавать (проводить) электрический ток, измеряемое в сименсах на метр(См/м) или в миллисименсах на метр (мСм/м). Электропроводность почвы может выражаться также в децисименсах (дСм/м).
Что означает миллисименс на метр (мСм/м)
Это стандартная единица измерения величины электропроводности почвы. В сименсах измеряют электропроводность материалов. Преимущество стандартной единицы измерения в том, что она дает точные количественные данные. Визуальная оценка почвы позволяет легко выявить цветовые различия, но не дает количественного значения и объяснения сути цветовых различий. Карты электропроводности почвы показывают значение в мСм/м, что позволяет узнавать и одинаковым образом обрабатывать участки со сходными показателями электропроводности.
 |
| Электропроводность почвы |
Емкость катионного обмена почвы (CEC) зависит от процента глины и органических веществ. С увеличением их содержания растет и емкость катионного обмена. Исследования подтверждают корреляцию между электропроводностью и показателем CEC. Глубина глинистого слоя или каменистой породы. Реакция электропроводности на присутствие глины используется для точного определения глубины пахотного слоя, лежащего над глинистым слоем или каменистой породой. Пористость. Чем выше общая пористость почвы, тем лучше она проводит электричество. При одинаковости всех остальных параметров почва с высоким содержанием глины отличается более высокой пористостью, нежели песчаные почвы.
Осолоненность. Избыток растворенных солей в почве легко определяется с помощью показателя электропроводности.
Температура. Снижение температуры до точки замерзания воды приводит к некоторому снижению электропроводности. Если температура опускается ниже точки замерзания, общая электропроводность почвы резко снижается.
Как измерить электропроводность
1. Контактный сенсор
2. Бесконтактный сенсор
Электропроводность и урожайность
Влияние почвенной влаги
Действительно ли карта поля, отражающая изменения в состоянии почвенных вод, показывает новые зоны, появившиеся вследствие изменения увлажненности? Чтобы карты электропроводимости почвы имели реальную ценность, обозначенные модели и участки должны быть устойчивыми и повторяющимися. Показатели электропроводности почвы должны быть нормализованы (стандартизированы) как для полей с разной историей выращивания зерновых, так и для случаев, когда данные о почвенной электропроводности снимались в разное время. Например, рассмотрим поле в Вирджинии. Оно было наполовину засеяно кукурузой, наполовину соей. Урожай кукурузы был снят за несколько недель до уборки урожая сои. У этих полей разные показатели электропроводности, но разница в показателях является следствием разного содержания воды в почве, а не следствием разных свойств почвы. В той части поля, где выращивалась кукуруза, в почве было много влаги благодаря прошедшим после уборки урожая дождям. В то же время соя поглотила большую часть почвенной влаги, и до почвы она не дошла. В результате на поле появились значительные различия во влажности почвы между той частью, где ничего не росло (после уборки кукурузы), и той частью, где росла соя, потреблявшая воду. Картирование поля сразу же после уборки сои дало карту с тремя отчетливо различающимися зонами. Но эти различия возникли в основном из-за содержания в почве воды, которое было разным из-за выращивания разных культур. Стандартизация электропроводности почвы обеих половин поля позволила устранить временное влияние содержания влаги.
После проведения стандартных измерений электропроводности полученные значения на обеих половинах поля оказались очень похожими и дали только две отчетливо различающиеся зоны на этом поле. Поля, картированные несколько раз в течение года при разном содержании влаги, показали изменение значения электропроводности, но не изменение характера зонирования. За исключением почти чистого песка электропроводность почвы колебалась от 5 до 10%. Таким образом, изменения в типе почвы можно обнаружить независимо от того, сколько влаги в данный момент в ней содержится. С другой стороны, это означает, что не следует использовать электропроводность для определения содержания влаги в почве. Для этой цели больше подходит исследование водоудерживающих способностей почвы.
Электропроводность и посев/внесение удобрений
Связь между электропроводностью и вносимым в почву материалом (семена, удобрения и т.д.) нелинейна. Максимальный экономический эффект достигается при использовании данных почвенной электропроводности в сочетании с другой информацией. Это может быть история урожайности, данные проб почвы и местные агрономические данные. Так, в одних регионах более высокая электропроводность указывает на более высокое содержание глины и емкость катионного обмена почвы (CEC), что позволяет рассчитывать на высокую урожайность и планировать дополнительное внесение семян. В других регионах более высокая электропроводность указывает на избыток глины, что может ограничить урожайность, а значит, есть смысл уменьшить и нормы внесения семян. В обоих случаях карта почвенной электропроводности позволяет выделить разные участки и продумать индивидуальные методы их обработки. Если у вас есть карты почвенной электропроводности, вам пригодятся следующие модели:
Рекомендации по сбору данных
Показатели электропроводности, вводящие в заблуждение
Иногда показатели почвенной электропроводности бывают неверными. Например, неправильная карта может получиться, если замеры проводятся сразу же после внесения больших норм навоза или других твердых веществ биологического разложения. Поскольку из-за такой обработки в почве может образоваться избыток солей, полученные значения могут представлять электропроводность почвы неверно. Слишком сухая почва тоже может дать ошибочные показатели. Не замеряйте электропроводность, когда почва суха на глубине 30-40 см, поскольку при этом электропроводность значительно снижается и результаты становятся ненадежными. Знание подобных ситуаций поможет вам получить более объективные показатели и более надежные карты почвенной электропроводности.
Резюме
Для успешного воплощения идей точного земледелия необходимы более точные карты, показывающие свойства почвы. Ненадлежащая площадь выборки и высокая стоимость обычных проб и анализа почвы могут препятствовать правильной классификации почв. Использование данных о почвенной электропроводности дает хозяйствам хорошую альтернативу: оно способно улучшить разрешение (заменив пробы с большей плотностью) и снизить расходы на составление почвенных карт. Карты почвенной электропроводности можно использовать для разграничения зон, требующих разной обработки ввиду очевидных различий в свойствах почвы. Каждую такую зону можно обследовать и обрабатывать отдельно.
Электропроводность почвы
Электропроводность почвы является хорошим индикатором производительности почвы, так как коррелирует с основными показателями ее продуктивности. Это показатели структуры почвы, уровня органических веществ, осолоненности, дренажной системы, емкости катионного обмена и др. Определение электропроводности является одним из самых простых и дешевых измерений характеристик поля. Определение электропроводности почвы дает представление о ее относительном плодородии, в связи с тем, что ионы, находящиеся в почвенном растворе, влияют на показатель электропроводности. Развитие культур обусловлено многими факторами, как биотическими, так и абиотическими, среди последних можно выделить физико- химические свойства почв. Одним из факторов, определяющим качество и плодородие почв сельскохозяйственного назначения является содержание присутствующих солей. Эти соли уменьшают осмотический потенциал почвенного раствора, при одновременном снижении доступности воды для растений, даже при том, что влажность почвы показывает разумные уровни. Проблемы засоленности наиболее выражены в засушливых и полузасушливых районах. Засоленность почвы измеряется с помощью электропроводности (EC).
Процессами, которые вызывают засоление почвы, могут быть:
Результаты обследования почв на электропроводность могут быть использованы для борьбы с засолением почвы, корректировки внесения удобрений. Данное обследование помогает подобрать технологии для получения наиболее рационального и эффективногоиспользования земель и получения высокого урожая.
Комплексное
решение под ключ
Получите индивидуально разработанный рецепт
удобрений, а также нормы внесения под ваши задачи!
О чем рассказывает удельная электропроводность почвы
О чем рассказывает удельная электропроводность почвы
Роберт «Бобби» Гриссо, преподаватель и инженер-агротехник
Марк Элли, профессор агрономии и специалист по плодородию
Дэвид Холсхаусер, адъюнкт-профессор и консультант по выращиванию сои
Уэйд Томасон, адъюнкт-профессор и консультант по зерновым культурам Вирджинский технический университет
Удельная электропроводность почвы (или просто электропроводность) – показатель, коррелирующий со свойствами почвы, оказывающими влияние на продуктивность выращиваемых культур. Речь идет о структуре почвы, емкости катионного обмена почвы (CEC), дренажной системе, уровне органических веществ, осолоненности и других характеристиках подпочвы.
В этой публикации мы обсудим следующие темы:
1) каким образом при работе непосредственно на поле электропроводность почвы может быть связана со специфическими свойствами почвы, влияющими на урожайность культур, – глубиной верхнего (пахотного)слоя почвы, кислотностью, концентрацией солей и водоудерживающей способностью;
2) как карты электропроводности почвы, визуально корреспондирующие картам урожайности, могут помочь в объяснении колебаний урожайности.
Экономия времени
Фермеры, практикующие точное земледелие, сегодня могут получить более подробную информацию о пространственных характеристиках своих сельскохозяйственных операций, чем это было возможно прежде. Теперь в дополнение к картам урожайности, картам границ участка и различным картам полей разрабатываются новые электронные, механические и химические сенсоры, позволяющие замерять множество свойств почвы и растений, необходимых для уточнения параметров и составления карт. Электропроводность почвы – одна из простых в использовании и самых дешевых в измерении характеристик поля, имеющихся в распоряжении фермера. Замеры почвенной электропроводности могут за короткий промежуток времени дать больше данных, чем традиционный отбор почвенных образцов. Электропроводность почвы меняется в зависимости от количества влаги в частицах почвы. У песков низкая электропроводность, илистые почвы обладают средней электропроводностью, глинистые почвы – высокой. Следовательно, электропроводность устойчиво коррелирует с размерами и структурой составляющих почву частиц.
Значения электропроводности не только указывают на различия в структуре почвы,но и тесно связаны с другими свойствами почвы, используемыми для определения продуктивности почвы. Водоудерживающая способность/дренаж. Засушливые участки обычно отличаются заметными различиями в структуре почвы от участков, в которых воды в избытке. И это можно определить с помощью электропроводности. Почвы со средним уровнем электропроводности, имеющие среднюю структуру и среднюю водоудерживающую способность, часто оказываются наиболее плодородными. Поскольку водоудерживающая способность уже сама по себе оказывает сильнейшее влияние на урожай зерновых, то данные о ней – самая ценная информация, которую дают показатели электропроводности.
Измерение электропроводности в почве.
Электропроводность (soil conductivity) – это свойство материала передавать (проводить) электрический ток, измеряемое в сименсах на метр(См/м) или в миллисименсах на метр (мСм/м). Электропроводность почвы может выражаться также в децисименсах (дСм/м).
Что означает миллисименс на метр (мСм/м)
Это стандартная единица измерения величины электропроводности почвы. В сименсах измеряют электропроводность материалов. Преимущество стандартной единицы измерения в том, что она дает точные количественные данные. Визуальная оценка почвы позволяет легко выявить цветовые различия, но не дает количественного значения и объяснения сути цветовых различий. Карты электропроводности почвы показывают значение в мСм/м, что позволяет узнавать и одинаковым образом обрабатывать участки со сходными показателями электропроводности.
|
| Электропроводность почвы |
Емкость катионного обмена почвы (CEC) зависит от процента глины и органических веществ. С увеличением их содержания растет и емкость катионного обмена. Исследования подтверждают корреляцию между электропроводностью и показателем CEC. Глубина глинистого слоя или каменистой породы. Реакция электропроводности на присутствие глины используется для точного определения глубины пахотного слоя, лежащего над глинистым слоем или каменистой породой. Пористость. Чем выше общая пористость почвы, тем лучше она проводит электричество. При одинаковости всех остальных параметров почва с высоким содержанием глины отличается более высокой пористостью, нежели песчаные почвы.
Осолоненность. Избыток растворенных солей в почве легко определяется с помощью показателя электропроводности.
Температура. Снижение температуры до точки замерзания воды приводит к некоторому снижению электропроводности. Если температура опускается ниже точки замерзания, общая электропроводность почвы резко снижается.
Как измерить электропроводность
Для измерения электропроводности в полевых условиях используются коммерческие кондуктометры с двумя типами сенсоров – контактными и бесконтактными. Использование обоих типов сенсоров дает примерно одинаковые результаты.
1. Контактный сенсор
2. Бесконтактный сенсор
Электропроводность и урожайность
Влияние почвенной влаги
Действительно ли карта поля, отражающая изменения в состоянии почвенных вод, показывает новые зоны, появившиеся вследствие изменения увлажненности? Чтобы карты электропроводимости почвы имели реальную ценность, обозначенные модели и участки должны быть устойчивыми и повторяющимися. Показатели электропроводности почвы должны быть нормализованы (стандартизированы) как для полей с разной историей выращивания зерновых, так и для случаев, когда данные о почвенной электропроводности снимались в разное время. Например, рассмотрим поле в Вирджинии. Оно было наполовину засеяно кукурузой, наполовину соей. Урожай кукурузы был снят за несколько недель до уборки урожая сои. У этих полей разные показатели электропроводности, но разница в показателях является следствием разного содержания воды в почве, а не следствием разных свойств почвы. В той части поля, где выращивалась кукуруза, в почве было много влаги благодаря прошедшим после уборки урожая дождям. В то же время соя поглотила большую часть почвенной влаги, и до почвы она не дошла. В результате на поле появились значительные различия во влажности почвы между той частью, где ничего не росло (после уборки кукурузы), и той частью, где росла соя, потреблявшая воду. Картирование поля сразу же после уборки сои дало карту с тремя отчетливо различающимися зонами. Но эти различия возникли в основном из-за содержания в почве воды, которое было разным из-за выращивания разных культур. Стандартизация электропроводности почвы обеих половин поля позволила устранить временное влияние содержания влаги.
После проведения стандартных измерений электропроводности полученные значения на обеих половинах поля оказались очень похожими и дали только две отчетливо различающиеся зоны на этом поле. Поля, картированные несколько раз в течение года при разном содержании влаги, показали изменение значения электропроводности, но не изменение характера зонирования. За исключением почти чистого песка электропроводность почвы колебалась от 5 до 10%. Таким образом, изменения в типе почвы можно обнаружить независимо от того, сколько влаги в данный момент в ней содержится. С другой стороны, это означает, что не следует использовать электропроводность для определения содержания влаги в почве. Для этой цели больше подходит исследование водоудерживающих способностей почвы.
Электропроводность и посев/внесение удобрений
Связь между электропроводностью и вносимым в почву материалом (семена, удобрения и т.д.) нелинейна. Максимальный экономический эффект достигается при использовании данных почвенной электропроводности в сочетании с другой информацией. Это может быть история урожайности, данные проб почвы и местные агрономические данные. Так, в одних регионах более высокая электропроводность указывает на более высокое содержание глины и емкость катионного обмена почвы (CEC), что позволяет рассчитывать на высокую урожайность и планировать дополнительное внесение семян. В других регионах более высокая электропроводность указывает на избыток глины, что может ограничить урожайность, а значит, есть смысл уменьшить и нормы внесения семян. В обоих случаях карта почвенной электропроводности позволяет выделить разные участки и продумать индивидуальные методы их обработки. Если у вас есть карты почвенной электропроводности, вам пригодятся следующие модели:
Рекомендации по сбору данных
Показатели электропроводности, вводящие в заблуждение
Иногда показатели почвенной электропроводности бывают неверными. Например, неправильная карта может получиться, если замеры проводятся сразу же после внесения больших норм навоза или других твердых веществ биологического разложения. Поскольку из-за такой обработки в почве может образоваться избыток солей, полученные значения могут представлять электропроводность почвы неверно. Слишком сухая почва тоже может дать ошибочные показатели. Не замеряйте электропроводность, когда почва суха на глубине 30-40 см, поскольку при этом электропроводность значительно снижается и результаты становятся ненадежными. Знание подобных ситуаций поможет вам получить более объективные показатели и более надежные карты почвенной электропроводности.
Резюме
Для успешного воплощения идей точного земледелия необходимы более точные карты, показывающие свойства почвы. Ненадлежащая площадь выборки и высокая стоимость обычных проб и анализа почвы могут препятствовать правильной классификации почв. Использование данных о почвенной электропроводности дает хозяйствам хорошую альтернативу: оно способно улучшить разрешение (заменив пробы с большей плотностью) и снизить расходы на составление почвенных карт. Карты почвенной электропроводности можно использовать для разграничения зон, требующих разной обработки ввиду очевидных различий в свойствах почвы. Каждую такую зону можно обследовать и обрабатывать отдельно.