土壤含水率和盐分对土壤电导率的影响-孙宇瑞

中国农业大学学报2000,5(4):39～41JournalofChinaAgriculturalUniversity土壤含水率和盐分对土壤电导率的影响孙宇瑞①(中国农业大学精细农业研究中心)收稿日期:20000229①孙宇瑞,北京清华东路17号中国农业大学(东校区)63信箱,100083摘要基于电流-电压四端法的“polar-dipolearray”形式,以壤土作为研究对象,对土壤含水率和土壤盐分与土壤电导率之间的相互关系进行了试验研究。结果表明,在土壤盐分和含水率2个相关因素中,土壤盐分对土壤电导率的影响较土壤含水率要大得多。关键词土壤电导率;土壤含水率;土壤盐分;测量分类号S153.2ExperimentalSurveyfortheEffectsofSoilWaterContentandSoilSalinityonSoilElectricalConductivitySunYurui(ResearchCenterofPrecisionAgriculture,CAU)AbstractByusingonetypeoffour-electrodesensors,called“polar-dipolearray”,therelationshipamongsoilwatercontent,soilsalinityandsoilelectricalconductivitywasinvestigated.Thetestresultsshowedthatinmostcasessoilsalinitycanbeassesseddirectlyfromthemeasurementofsoilelectricalconductivityeventhoughsoilelectricalconductivityisavariabledeterminedbyacombinationofsoilwatercontent,soilsalinityandsoiltexture,soilcompactionandsoon.Keywordssoilelectricalconductivity;soilwatercontent;soilsalinity;measurement近年来土壤学的研究结果表明,土壤电导率这一参数本身包含了反映土壤品质和物理性质的丰富信息[1]。例如,土壤中盐分、水分及有机质含量,土壤压实度、质地结构和孔隙率等都不同程度地影响着土壤电导率的改变。在以上诸因素中,文献[2]认为土壤盐分和含水率对电导率的影响明显大于其他各因素。借助于测量土壤电导率评价农作物的生长环境,是当前发达国家精细农作研究的热点之一。笔者应用“电流-电压四端法”的“polar-dipolearray”测量组态,对土壤盐分、含水率与土壤电导率间的相互影响分别做了单因素和双因素的试验研究。1测量原理测量电路见图1。I为一恒流源,作为测量电路的激励信号源;ΔVMN为M与N两点间的电位差。4根土壤探针分为2组分别与I和ΔVMN连接。J,K分别为激励电流I的流入与流出端口;M,N分别为测量电路的输出电位端口;a为电流端J和K距离之中点至电压端M和N距离之中点的跨距;b为J和K间的距离;c为M和N间的距离。这种特殊的测量探针分布结图1“polardipole”组态示意图构,称为“polar-dipolearray”。从物理学可知,如果被测导体的横截面积与长度确定,则导体的电导率很容易求得;然而,土壤是一个半开的、无限大的测量对象,对于大地电导率的测量问题来说,它恰恰是一个横截面积与长度都不确定的复杂测量对象。现有研究结果已经证明[3],当土壤探针按“polar-dipolearray”分布时,土壤电导率e可以通过e=12πkIΔVMN(1)计算确定。式中:e为土壤电导率,mScm-1;系数k={[a+(c/2)-(b/2)]-1-[a-(c/2)-(b/2)]-1-[a+(c/2)+(b/2)]-1+[a-(c/2)+(b/2)]-1}-1,其单位为cm。对于式(1)的物理解释是,电流I除以电位差ΔVMN表示土壤的电导,2ck可视为“单位长度”。2实验结果分析实验采用SCT-10土壤电导仪,美国MARTEKINSTRUMENT公司商业化产品。测量原表1SCT-10土壤电导仪性能被测参数测量范围测量精度温度/℃0～100±0.10电导率/(mScm-1)0～1±0.0100～10±0.050～100±0.5理为电流-电压四端法的“polardipole”组态。这种仪器除了测量土壤电导率之外还可测量土壤温度,并根据测得的土壤温度对土壤电导率测量结果进行精确修正。仪器的精度自检通过测量该公司提供的标准浓度的KCl溶液完成。表1给出了SCT-10土壤电导仪的主要指标。图2土壤含水率Zw对电