MC-4IN1土壤水分/電導(dǎo)率/溫度/鹽分傳感器

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  一、產(chǎn)品介紹與背景知識(shí)

1、土壤電導(dǎo)(鹽分)對(duì)植物的影響

    土壤鹽分過(guò)多對(duì)植物生長(zhǎng)的影響是多種多樣的，主要危害有以下幾個(gè)方面：  

（1） 生理干旱。土壤中可溶性鹽類(lèi)過(guò)多，由于滲透勢(shì)增高而使土壤水勢(shì)降低，根據(jù)水從高水勢(shì)向低水勢(shì)流動(dòng)的原理，根細(xì)胞的水勢(shì)必須低于周?chē)橘|(zhì)的水勢(shì)才能吸水，所以土壤鹽分愈多根吸水愈困難，甚至體內(nèi)水分有外滲的危險(xiǎn)。因而鹽害的通常表現(xiàn)實(shí)際上是一個(gè)旱害，尤其在大氣相對(duì)濕度低的情況下，隨蒸騰加強(qiáng)，鹽害更為嚴(yán)重，植物生長(zhǎng)異常,植株矮小,葉小暗綠,似干旱缺水狀。

（2） 離子的毒害作用。植物由于吸收某種鹽類(lèi)過(guò)多而排斥了對(duì)另一些營(yíng)養(yǎng)元素吸收。

（3） 破壞正常代謝。鹽分過(guò)多可抑制葉綠素合成與光合器中各種酶的發(fā)生，尤其是影響葉綠-蛋白的形成，生長(zhǎng)在鹽分過(guò)多的土壤中的作物，一般凈光合率低于淡土的植物，凈光合生產(chǎn)率低，不利于生長(zhǎng)。葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的主要場(chǎng)所。葉綠素含量是反映植物光合作用強(qiáng)度的生理指標(biāo)。因此,鹽脅迫下,對(duì)植物光合作用的影響主要是對(duì)植物體中葉綠體的影響。由于鹽脅迫下,植物吸收不到足夠的水分和礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng),造成營(yíng)養(yǎng)不良,致使葉綠素含量低,影響光合作用。另外,鹽分過(guò)多使梭化酶和梭化酶活性降低,葉綠體趨于分解,葉綠素被破壞。葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素的生物合成受阻,氣孔關(guān)閉,使光合速率下降,影響作物產(chǎn)量。

（4） 對(duì)植物細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)的影響。鹽脅迫直接影響細(xì)胞的膜脂和膜蛋白,使脂膜透性增大和膜脂過(guò)氧化,從而影響膜的正常生理功能。正常情況下,細(xì)胞壁和質(zhì)膜相互接觸,細(xì)胞在失水時(shí)質(zhì)膜收縮,由于質(zhì)膜與細(xì)胞壁的彈性不同,質(zhì)壁相互“撕扯”變形,產(chǎn)生機(jī)械脅迫,引起細(xì)胞內(nèi)游離鈣離子濃度增加,誘導(dǎo)植物活性氧迸發(fā)。鹽脅迫使細(xì)胞失水,引起細(xì)胞膨壓和滲透壓變化。

（5） 阻礙農(nóng)作物蛋白質(zhì)合成。鹽分過(guò)多對(duì)蛋白質(zhì)代謝影響比較明顯,抑制合成促進(jìn)分解,抑制蛋白質(zhì)合成的直接原因可能是由于破壞了氨基酸的合成,如蠶豆在鹽脅迫下葉內(nèi)半膚氨酸和蛋氨酸合成減少,從而使蛋白質(zhì)含量減少。使作物產(chǎn)生有毒物質(zhì)。鹽脅迫使植物體內(nèi)積累有毒的代謝產(chǎn)物,如蛋白質(zhì)分解的產(chǎn)物游離的氨基酸、胺、氨等的積累,這些物質(zhì)對(duì)植物有毒害作用,致使植物葉片生長(zhǎng)不良,抑制根系生長(zhǎng),組織變黑壞死等。

2、  測(cè)量土壤電導(dǎo)(鹽分)的意義

    土壤中的總鹽量是表示土壤中所含鹽類(lèi)的總含量。由于土壤浸出液中各種鹽類(lèi)一般均以離子的形式存在，所以總鹽量也可以表示為土壤浸出液中各種陽(yáng)離子的量和各種陰離子的量之和。近年來(lái)，土壤總鹽量逐年升高，產(chǎn)生土壤酸化和次生鹽漬化現(xiàn)象，這主要是由于土壤常年覆蓋或季節(jié)性覆蓋改變了自然狀態(tài)下的水熱平衡（高溫、缺少雨水淋洗、蒸發(fā)強(qiáng)烈），土壤得不到雨水充分淋洗，致使鹽分在土壤表層上聚集；也是不合理施肥所致。在土壤分析中，含鹽量是一個(gè)重要的綜合指標(biāo)，而測(cè)定土壤中的電導(dǎo)率可以直接反映出混合鹽的含量。因此，對(duì)土壤中電導(dǎo)率進(jìn)行監(jiān)測(cè) 能夠掌握其污染狀況是十分必要的。    

    土壤電導(dǎo)率是研究精細(xì)農(nóng)業(yè)不可缺少的重要參數(shù)，它包含了反映土壤質(zhì)量和物理性質(zhì)的豐富信息。例如：土壤中的鹽分、水分、溫度、有機(jī)質(zhì)含量和質(zhì)地結(jié)構(gòu)都不同程度影響著土壤電導(dǎo)率。有效獲取土壤的電導(dǎo)率值，對(duì)于確定各種田間參數(shù)時(shí)空分布的差異有重大意義。

（1）了解水鹽動(dòng)態(tài)及其對(duì)作物的危害，為土壤鹽分的預(yù)測(cè)、預(yù)報(bào)提供參考，以便采取有力措施，保證作物正常生長(zhǎng)。

（2）了解綜合治理鹽漬土的措施所產(chǎn)生的效果。

（3）根據(jù)土壤含鹽量及其組成，進(jìn)行鹽漬土分類(lèi)，并進(jìn)行合理規(guī)劃，以達(dá)到合理種植、合理灌溉及合理排水的目的。

（4）進(jìn)行灌溉水的品質(zhì)鑒定，測(cè)定灌溉水中的鹽分含量，以便合理利用水利資源，開(kāi)墾荒地，防止土壤鹽漬化。

3、植物收到鹽分脅迫的判斷

    土壤基質(zhì)的電導(dǎo)率EC值越高，表明土壤中可溶性鹽離子的濃度就越大，這樣有可能形成反滲透壓，將植物根系中的水分置換出來(lái)，使根尖受到損傷，進(jìn)而喪失吸收水分和營(yíng)養(yǎng)的能力，這也是過(guò)度施肥會(huì)引起燒苗的原因。

（1）地上植株表現(xiàn)的癥狀為：萎蔫、黃化、組織壞死或植株矮小等癥狀。

（2）根部表現(xiàn)的癥狀為：輕度時(shí)根尖變褐、側(cè)根干枯、沒(méi)有根毛，嚴(yán)重時(shí)整個(gè)根系腐爛壞死。土壤EC值過(guò)高也會(huì)增加根腐?。ňd腐病菌引起）的發(fā)生機(jī)率。

    當(dāng)發(fā)現(xiàn)作物植株生長(zhǎng)緩慢或停止生長(zhǎng)時(shí)，切忌盲目性追肥補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)。首先，應(yīng)當(dāng)觀(guān)察植物根部情況，結(jié)合基質(zhì)特性和水肥管理情況做判斷，用土壤電導(dǎo)率（鹽分）測(cè)試儀檢測(cè)土壤的EC值。當(dāng)植物根部吸收能力下降時(shí)，不合理的施肥會(huì)造成土壤鹽分再度積累，加速植株死亡；其次，使用EC值較低的水灌澆沖洗土壤，以達(dá)到降低土壤鹽分濃度的目的；第三，可以適當(dāng)使用生根劑，促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)，加速植株恢復(fù)正常。

4、電導(dǎo)與鹽分的測(cè)量

    通常電導(dǎo)率EC（Electrical Conductivity）是用來(lái)衡量溶液中可溶性鹽濃度的指標(biāo)，單位為西門(mén)子每米S/m（1S/m=10mS/cm = 10000uS/cm = 10dS/m）。根據(jù)土壤基質(zhì)或營(yíng)養(yǎng)液的電導(dǎo)率取決于其溫度和鹽度（即鹽分）的性質(zhì)，通過(guò)測(cè)定其電導(dǎo)率和溫度就可以求得鹽度。EC值的測(cè)量溫度通常為25℃，同一溶液中，測(cè)量溫度越低EC值越低。正常的氣溫條件下，每相差1℃電導(dǎo)率的變化值約為2%。

    電導(dǎo)率與鹽分大致成線(xiàn)性關(guān)系，以溫度25℃為基準(zhǔn)，其比例為：1μS/cm=0.55～0.75mg/l含鹽量，在其它溫度下，則需加以校正，即溫度每變化1℃，其含鹽量大約變化1.5-2%。溫度高于25℃時(shí)用負(fù)值，溫度低于25℃時(shí)用正值。所以可以根據(jù)電導(dǎo)率估算鹽分。

5、土壤含水率對(duì)植物的影響

    適度的水分是植物生長(zhǎng)的一個(gè)重要條件。水分過(guò)多或者缺乏，生長(zhǎng)就會(huì)受到以下多方面的影響。

（1）對(duì)植物形態(tài)的影響:植物通過(guò)水分供應(yīng)進(jìn)行光合作用和干物質(zhì)積累，其積累量的大小直接反映在株高、莖粗、葉面積和產(chǎn)量形成的動(dòng)態(tài)變化上。遭受水分脅迫后的植株個(gè)體低矮，光合葉面積明顯減小，產(chǎn)量降低。

（2）對(duì)葉片變化的影響:葉片是光合與蒸騰的主要場(chǎng)所。葉肉細(xì)胞擴(kuò)張和葉片生長(zhǎng)對(duì)水分條件十分敏感。植株葉片要保持挺立狀態(tài)，既要靠纖維素的支持，還要靠組織內(nèi)較高膨壓的支持，植株缺水時(shí)所發(fā)生的萎蔫現(xiàn)象便是膨壓下降的表現(xiàn)。

（3）對(duì)產(chǎn)量形成的影響:作物產(chǎn)量是太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能在作物上的積累。土壤水分狀況影響植物根系吸水和葉片蒸騰，進(jìn)而影響到干物質(zhì)積累，影響作物產(chǎn)量。

（4）水分對(duì)根冠發(fā)育的影響:植物根系是吸水的主要器官，其發(fā)育受多方面的影響，但起主要作用的是土壤水分狀況和通氣狀況。土壤水分狀況影響根系的垂直分布，當(dāng)土壤含水量較高時(shí)，根系擴(kuò)散受到土壤的阻力變小，有利于新根發(fā)生，根系發(fā)達(dá)。土壤中通常含有一定的可利用水，所以根系本身不容易發(fā)生水分虧缺。土壤干旱或供水不足時(shí)，根系吸收有限的水分，首先滿(mǎn)足自己的需要，給地上部分輸送的就很少。所以土壤水分不足時(shí)對(duì)地上部的影響比地下部的影響更大。根冠比增大。反之，若土壤水分過(guò)多，土壤通氣條件差，對(duì)地下部分的影響比地上部分的影響更大，根冠比降低。適度而緩慢的水分虧缺可增加絕對(duì)根重，抑制地上部分的生長(zhǎng)，減少地上部分的干物質(zhì)積累，單產(chǎn)降低，但有利于密植，從而提高總產(chǎn)。研究表明：一定時(shí)期的水分虧缺有利于提高產(chǎn)量和品質(zhì)。前期干旱可以增強(qiáng)后期的抗旱能力，苗期的輕度抗旱能促進(jìn)根系的“補(bǔ)償生長(zhǎng)”，提高植株的抗旱能力。

（5）對(duì)光合作用的影響:光合作用是綠色植物獲能量的主要源泉。光合速率的大小與植物的水分狀況密切相關(guān)。試驗(yàn)表明，植物組織水分接近飽和時(shí)，光合最強(qiáng)；水分過(guò)多，組織水分達(dá)到飽和時(shí)，氣孔被動(dòng)關(guān)閉，光合受到抑制。水分缺乏，光合降低；嚴(yán)重缺水至葉子萎蔫時(shí)，光合急劇下降，甚至停止。土壤水分狀況也影響植物的光合作用。土壤含水量降低引起葉片水勢(shì)降低，氣孔阻力增大，最終導(dǎo)致葉片擴(kuò)散阻力加大，CO2擴(kuò)散受阻，光合速率下降。

（6）對(duì)有機(jī)質(zhì)運(yùn)輸?shù)挠绊?水分供應(yīng)減少，葉片水勢(shì)隨之降低，從源葉運(yùn)輸?shù)巾g皮部的同化物質(zhì)減少。原因一方面是葉片水勢(shì)降低，光合速率降低，使葉肉細(xì)胞內(nèi)可運(yùn)出蔗糖濃度變低，另一方面是由于篩管內(nèi)集流的縱向運(yùn)動(dòng)的速度降低。水是物質(zhì)轉(zhuǎn)化運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)，同時(shí)它也直接參運(yùn)某些生化反應(yīng)。通常，作物果實(shí)膨大期或灌漿期水分不足，由于光合作用和運(yùn)輸受阻，使果實(shí)和種子不能積累充足的有機(jī)物而變得干癟瘦小。因此在干旱情況下，灌水可以加速有機(jī)物質(zhì)的運(yùn)輸。但是，水分過(guò)多也不利于有機(jī)質(zhì)的運(yùn)輸，這主要是由于水分過(guò)多而造成土壤通氣不良，影響呼吸作用和其他代謝過(guò)程引起的。

（7）對(duì)礦質(zhì)元素吸收和運(yùn)輸?shù)挠绊?礦質(zhì)元素必須溶解在水中才能被植物吸收。但是植物吸收水分和吸收礦質(zhì)鹽分的量是不成比例的，兩種吸收均因環(huán)境的變化而產(chǎn)生很大差異。植物對(duì)水分和礦質(zhì)的吸收是既有關(guān)，又無(wú)關(guān)。有關(guān)，表現(xiàn)在鹽分一定要溶解在水中才能被植物根系吸收，并隨水流進(jìn)入植物的根系；無(wú)關(guān)，表現(xiàn)在兩者的吸收機(jī)理不同。水分吸收主要是蒸騰作用引起的被動(dòng)吸水，而礦質(zhì)吸收主要是消耗代謝能量的主動(dòng)吸收為主。

（8）對(duì)種子萌發(fā)的影響:吸水是種子萌發(fā)的主要條件。種子只有吸收了足夠的水分后，各種與萌發(fā)有關(guān)的生理生化作用才能逐步開(kāi)始。這是因?yàn)樗挚梢允狗N皮膨脹軟化，氧氣容易透入而增強(qiáng)胚的呼吸，同時(shí)也使胚易于突破種皮；水分可使原生質(zhì)由凝膠狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z狀態(tài)，使代謝增強(qiáng)，并在一系列酶的作用下，使胚乳的貯藏物質(zhì)逐步轉(zhuǎn)化為可溶性物質(zhì)，供胚生長(zhǎng)分化之用；水分可促進(jìn)可溶性物質(zhì)運(yùn)輸?shù)秸谏L(zhǎng)的幼芽、幼根，供給呼吸需要和新細(xì)胞結(jié)構(gòu)的形成。

二、 產(chǎn)品介紹

    MC-4IN1土壤水分/電導(dǎo)率/溫度/鹽分傳感器性能穩(wěn)定靈敏度高，是觀(guān)測(cè)和研究鹽漬土的發(fā)生、演變、改良以及水鹽動(dòng)態(tài)的重要工具。通過(guò)測(cè)量土壤的介電常數(shù)，能直接穩(wěn)定地反映各種土壤的真實(shí)水分含量。MC-4IN1土壤水分/電導(dǎo)率/溫度/鹽分傳感器測(cè)量土壤水分的體積百分比。適用于土壤墑情監(jiān)測(cè)、科學(xué)試驗(yàn)、節(jié)水灌溉、溫室大棚、花卉蔬菜、草地牧場(chǎng)、土壤速測(cè)、植物培養(yǎng)、污水處理、農(nóng)業(yè)等場(chǎng)合。傳感器具有以下特點(diǎn)：

（1） 土壤含水率、電導(dǎo)率以及溫度三參數(shù)合一。

（2） 也可用于水肥一體溶液、以及其他營(yíng)養(yǎng)液與基質(zhì)的電導(dǎo)率。

（3）電極采用特殊處理的合金材料。

（4）可埋入土壤或直接投入水中進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)。

（5）保護(hù)電路與多種信號(hào)輸出接口可選。

三、數(shù)據(jù)計(jì)算方法

土壤溫濕度，電導(dǎo)率RS485報(bào)文

修改地址

10功能碼寫(xiě)地址指令：00 10 80 00 00 01 02 00（新地址）（校驗(yàn)位低）（校驗(yàn)位高）

查詢(xún)傳感器（地址為01）的土壤溫度，濕度，電導(dǎo)率數(shù)據(jù)。

若傳感器接收正確回復(fù)以下數(shù)據(jù)。

以上數(shù)據(jù)表示：

土壤溫度FFXE7=65511=65535-65511+1=25/10=-2.5℃（讀出值除以十計(jì)算）

注：當(dāng)數(shù)據(jù)小于8000時(shí)，換算成十進(jìn)制數(shù)據(jù)后÷10，即小數(shù)點(diǎn)左移一位，當(dāng)數(shù)據(jù)大于等于（≥）8000時(shí)，用FFFF減去該數(shù)據(jù)后加1，換算成十進(jìn)制數(shù)據(jù)后÷10，即小數(shù)點(diǎn)左移一位，然后前面加負(fù)號(hào)。

土壤濕度00XB1=177=177/10=17.7％（讀出值除以十計(jì)算）

土壤電導(dǎo)率00XC5=197us/cm（讀出值為實(shí)際值）

查詢(xún)傳感器（地址為01）的土壤溫度數(shù)據(jù)。

若傳感器接收正確回復(fù)以下數(shù)據(jù)。

以上數(shù)據(jù)表示：土壤溫度00XE2=226=226/10=22.6℃（讀出值除以十計(jì)算）

查詢(xún)傳感器（地址為01）的土壤濕度數(shù)據(jù)。

若傳感器接收正確回復(fù)以下數(shù)據(jù)。

以上數(shù)據(jù)表示：土壤濕度00X94=148=148/10=14.8％（讀出值除以十計(jì)算）

查詢(xún)傳感器（地址為01）的土壤電導(dǎo)率數(shù)據(jù)。

若傳感器接收正確回復(fù)以下數(shù)據(jù)。

以上數(shù)據(jù)表示：土壤電導(dǎo)率00XBF=191us/cm（讀出值為實(shí)際值）