初谈生态和生态位

人生病的原因可能是因为环境原因或遗传原因,但人平常不论生病是否(这里生病指表达出症状),他整个人就是生态。但是环境很干净不见得就是生态的,比如我们找到一个星球,它很干净,没有有害人类的物质存在,但没有生物赖以生存的物质(比如氧气),那么它就不是生态的,它这个星球就只是一个物质,没有生命力。同样的,对于一座城市有序健康的成长,它和人的身体健康一样的,要让城市有良性的生态循环,这里面就要求系统的考虑问题,千万不能一刀切,环境中污染的现象还会存在,因为我们要生产,那么如何减少污染并治理好污染这种思路就是生态的,反之一刀切把凡是污染的事业全部杀掉,那么就是不生态的,甚至要遭遇灭顶之灾的。
我们人的健康也是如此,我这次内分泌失调就感受很深,人可以有一定范围弹性的加班和休息,但是如果长期加班就整个生态健康系统发生恶性循环,导致病症,并要求调整。诚然,当一个人习惯好的极端到是一个机器人一样,这种也是不健康的,万一有一天有突发的情况,此人也不可能有处理突发应急的分泌系统。
所以我认为我们朝着生态的思维方式去事业和生活都是有益的,反之,如果我们过于纠结在保证很干净的环境或者很温暖适宜的环境下生活也是不正确的。我们一定要有看透这一切的世界观,不要怕酸甜苦辣,也不要担心疾病和死亡,我们要用平衡式奋斗来替代内卷式奋斗。
这里回归到我们思摩特的事业,思摩特当前的资源要朝生态进行监测,而不是环境监测。生态监测就是要监测生态系统中非常常规和非脆弱的参数提前获知,但并非这些太常规的参数就是没有用的,pH、Eh和EC这三个参数就是生态中的通用参数,而不是环境中的各种有机无机重金属等等参数,以上的有机无机重金属是环境中必然存在的,至于测量它的多少含量对于一个国家来说就是长期要坚持发展技术去监测的,以前我们也不测社会运转也很正常(这和当前科技发展了,有高的医疗手段监测,人生病了要进行各种身体体检是一个道理)。这个事实就说明我们当前所活得这个时代下环境测量不一定就是很准的,这种仪器测量事业方向做不了大的事业。再说这些技术和我们的技术继承的关系不大。而pH值是一个系统的质子H的量化,Eh值是一个系统的电子e的量化,EC是一个系统电阻特征量化,这三个参数就是经典电子学来量化生态位,这才是评价生态健康的三大经典参数。反过来,这三大参数在人体健康中评估也是屡见不鲜,内分泌中最重要的也是检查体液的pH、Eh和EC这三个参数,其他血糖、血压和尿酸、血脂等等都是表达出来症状的参数,就好比自然科学中的具体环境参数异常了,等测到这些值的异常时,生态已经被破坏了。所以生态位的检测是评价健康、亚健康和疾病等的手段,解决问题上是先进于环境的。
思摩特科技有幸开展了pH电极的研究,近日进入Eh的电极的设计,储备了EC的测量技术,正此时,三参数的核心技术已然走向了思摩特,思摩特业务上也积累了广大的生态研究学者,理应进一步坚持深化和转换我们的成果,也要引领生态的圈子里面一同维持好我们的自然生态,同时也应积极推行社会经济生态化,相信不久将来这些社会问题也都需要借鉴自然生态的哲学。

王亮亮
2022.09.23

径流泥沙测量技术相关产品JD5002历史及计划

尊敬的用户:

上世纪90年代,李长宝先生认为:目前国内各地的水土保持科研单位和试验站,在进行土壤侵蚀的定量观测时,通常采用径流小区法,径流中的泥沙含量采用体积进行测量的,即对流到接流桶里的浑水径流进行体积测量,搅拌、取样、烘干、称量、理化分析,从而推算出土壤侵蚀模数和土壤营养元素N、P、K的流失量。这种观测方法,径流体积测定较准确,但是,对浑水径流中的泥沙含量测定误差较大,因而不能得到可靠的结论。
为了提高径流泥沙测定精度,李长宝便研制了JD-1径流泥沙测定仪,后于1992年(30年前)李长宝成功研制第一代设备——JD-1型径流泥沙测定仪,经鉴定并登记为吉林省科学技术委员会的科技成果。试验证明,用这种仪器代替传统方法大大提高了径流泥沙的测定精度。
吉林科委
2014年我们赴北京联合李长宝启动新一轮“JD5000径流泥沙测定仪”的研制项目,定型开发JD5000径流泥沙测定仪的基本功能,自2014年至2019年期间我们共计研制了3代产品(SS-XL04、JD5001和JD5002)并开发了计量配套的“流量泥沙模拟发生水槽”,其中SS-XL04和JD5001样机成果应用在江西省红壤研究所,并获得了2021年中国水土保持学会科学技术奖。
水保证书
虽然也获得了相关成果,但我们认为最新的JD5002是测量径流泥沙含量的一种较为理想的仪器。后受新冠疫情影响,该产品一直没有投产和上市。2022年这一年,我们和中科院南京土壤研究所合作开展JD5002仪器原位测量验证工作和仪器生产工艺配套的研究。我们尚未对外发布该产品,请用户谅解。在JD5002仪器投产上市之前,用户可选择我司现有产品SS-XL04型翻斗式流量传感器进行径流测量,SS-XL04或SS-XL05设备内部含泥沙取样功能,用户暂可使用该功能实现泥沙取样。JD5001虽可实现径流泥沙测量的基本功能,但公司已停止对外销售。
3代产品线
虽然我们的JD5002样机已经开始了测试和验证工作,正式产品计划于2023年10月正式对外发布,但以最终实际发布日期时间为准。

南京思摩特传感器有限公司
2022.04

附:

SS-XL-0x翻斗式流量传感器_分流器安装图示.pdf
SS-XL-0x翻斗式流量传感器_标准径流小区建设-思摩特.pdf
SS-XL-0x翻斗式流量传感器.pdf

管道流量计原理概述及注意事项

简介

流量计的作用是通过测量以回答如下这类问题:目前的流量是多少升,或是到现在为止使用了多少升 ? 流量计实际上在各种领域都有应用。例如,流量计可以用于在有 10 升汽油时停止供油,或是给医院的病人施用 500 cc 药物后停止给药。在农业自动化领域,流量计的主要作用是管理水和肥液的流量。

管道水和土壤中的水

当前大家熟悉的是管道的水,成熟的测量技术几乎都是基于管道的,以下我们转载了基恩士的相关材料。
我们认为土壤中的水分运动是复杂版本的毛细管水分运动,但不管怎么样要想深刻理解土壤中水分运动,建议你先把以下的这些资料熟悉。

瞬时流量与累计流量

工厂自动化中的流量控制一般属于两种流量测量类型之一。

瞬时流量

“瞬时流量”表示固定单位时间长度内的流过体积。例如,1 分钟用掉 10 升流量,则瞬时流量等于 10 L/min。例如:每分钟必须给真空泵输送 10 升冷却水。

累计流量

“累计流量”表示从测量开始到结束累计的流量值。例如,以瞬时流量 100 L/min 将水流入水罐中,持续一小时,则累计流量等于 6000 升。例如:这台磨床一天使用多少冷却剂 ?

流量计显示内容

新型的流量计有时配有内置指示器。这是因为没有数字显示器的话,要进行精确设置是极其困难的。管路内的流量可以通过管道直径、产生液体流的压力以及液体的粘度等物理要素确定。不过,如果要精确了解管道中的实际流量,却没有什么简单的办法。如果使用不带指示器的流量计,即便只是发出针对精确值的下限报警,也必须按如下步骤进行“测定”。
测量正常流量

  1. 安装流量计与阀门。
  2. 确保流量处于正常状态,然后开始放水。
  3. 让流水蓄积一段固定的时间。
  4. 根据所蓄积水的重量或体积求出瞬时流量。
    执行报警设置
  5. 放水并拧紧阀门。设定一个下限报警值。
  6. 测量蓄积在容器中的水。然后确认是否为高于下限报警值所对应的瞬时流量。
  7. 完成之后,对流量计进行设置,使流量计能够发出信号。

选择流量计时,请按以下步骤执行:

【1】确认检测流体的性质
【2】确认测量目的并决定检测方法
【3】确认产品规范
【4】考虑成本

【1】首先,必须确认检测流体的性质。

流体性质 具体内容
流体类型·流体名 首先要确认检测流体的类型,是“气体”、“液体”、“蒸汽”?如果是液体的话,是“冷却水”、“水”、“切削油”……?
密度 可以根据流体名、温度以及压力得知。
粘度 不同液体具有不同的粘度,可以通过流体名和温度得知。
电导率 使用电磁型流量计时,需要确认电导率。
污染物 流体是否含有气泡、混入的异物、泥浆等。
流量范围 不同流量计适合的流量范围不同,所以需要确认使用时的最小与最大流量。
流体温度 有些流量计的材质不耐高温或不耐温差,所以测量高温或温度变化剧烈的流体时,需要注意。
流体压力用 不同流量计可承受的压力不同。在检测气体时压力也可用作计算气体密度。
压力损失 有些流量计会产生压力损失。

【2】接着要弄清测量目的。此时,要确定一个可选的检测系统,同时兼顾精度与流量范围等性质。
【3】确定检测方法之后,要仔细了解型号规格并做出决定。
【4】最后,比较成本。由于拆除流量计也要花费时间,因此在做决定时不仅要考虑产品的单价,还要考虑安装之后的维护时间,以及设置成本或故障排除成本。一般来说,产品单价低时,可能就需要频繁维护,或是会频繁发生故障。
流量计适用范围的比较

电磁型 卡门涡流型 叶轮型 浮子型 热型 膜片型 超声波型 科里奥利型
液体 不可
气态 不可 不可 视条件
蒸汽 不可 不可 不可 视条件 不可
高温
小流量 视条件 不可 不可 视条件 不可
中等流量 视条件 视条件
大流量 视条件 视条件
粘度 不可 不可 视条件 不可 不可 视条件
泥浆 视条件 不可 视条件 不可
不可 不可 不可
精确 视条件 视条件 不可
可维护性 不可 不可 不可 不可
压力损失 视条件 不可 视条件 不可 不可 不可
气泡 视条件 视条件 视条件 视条件 不可 不可 不可

1.电磁流量计

原理

电磁流量计利用法拉第感应定律来检测流量。
在电磁流量计内部有一个产生磁场的电磁线圈,以及用于捕获电动势(电压)的电极。正是由于这一点,电磁流量计才可以在管道内似乎什么也没有的情况下仍然可以测量流量。
按照法拉第感应定律,磁场内流动的导电液体会产生电动势(电压),此电动势与管道内径、磁场强度以及平均流速都成比例。换句话说,在磁场中流动的液体的流速会转换成电。(E 与 V × B × D 成比例)
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随着流量变化,电极捕获的电动势(电压)也会按如下所述变化。
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电磁流量计的特点

根据上文所述的原理,电磁流量计一般具有以下特点。
优点
・不受液体的温度、压力、密度或粘度的影响
・能够检测包含污染物(固体、气泡)的液体
・没有压力损失
・没有可动部件(提高可靠性)
缺点
・无法检测不导电的气体与液体
・需要一段不长的直管

电导率

使用电磁流量计时,有一点要特别注意。由于电磁流量计基于电磁感应定律,因此只能检测导电液体的流量。是不是导电液体取决于电导率为何。那什么是电导率呢?
电导率通常是表示电流动容易程度的一个值。与其相对的数值是电阻率,它表示电流动的困难程度。常用单位是 S/cm(西门子每厘米)。要确定电流动的容易程度,方法是将 1 cm2的电极相距 1 cm放置。一些实际测量的导电率示例如下,自来水的电导率在100到200 μS/cm之间,矿泉水为100到500 μS/cm之间,纯水为0.1 μS/cm或以下。
为了计算电导率,有必要正确计算电极面积与电极间的距离等条件。这使得计算相当困难。确定电导率的一般方法是使用电导率计(US$50-1000)进行测量。

2.卡门涡流流量计

原理

此设备属于涡流流量计,利用的是西奥多 · 冯· 卡门 (Theodore von Karman) 于 1912 年从理论上证明的一个定律。在流动的流体中存在柱状障碍物(涡流发生体)时,将会在下游生成交替涡流。
流体的流速与涡流频率互成比例。因此,检测涡流脉冲数量便能够测出流量。主要检测方法是使用压电元件来感测涡流振动。不过使用超声波来检测涡流振动更为可靠。
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卡门涡流流量计的特点
优点
・没有机械可动部件
• 可以检测液体、气体以及蒸汽
• 由于没有电极,因此具有耐化学性优异的特点
• 量程大、精度高
缺点
・由于它会限制流道,因此将发生压力损失
• 水垢与包含固体的液体会造成堵塞
• 对高粘度流体不适用
• 对管道振动敏感
• 需要一段直管

3.桨轮流量计

原理

它属于涡轮流量计。叶轮流量计通常分为两种机械类型,如下所述:
(1) 横向叶轮流量计,带有水轮结构
(2) 轴向叶轮流量计,带有风车结构

流量与叶轮的转速相互成比例。这样,用流动的流体产生的力来转动叶轮,就可以根据转速测出流量。通过在回转轴中与叶轮的边缘上嵌入磁铁,便可以提取出脉冲形式的信号,从而得出转动数量以换算流量。

【流量计算方法】

每脉冲流量 × 脉冲数 ÷ 时间= 瞬时流量

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桨轮流量计的特点
优点
・优异的可重复性与响应能力
・结构简单,价格低廉
・紧凑却能执行大容量的测量
缺点
・对异物极其敏感(导致堵塞)
・由于叶轮高速旋转,因此需要定期维护,以处理轴向磨损问题或是更换叶轮

4.浮子流量计

原理

它属于面积流量计。主流方法是在锥形管(越向上宽度越大)中悬浮一个浮子。流体被迫进入锥形管与浮子之间时,便会形成压力差。此时,浮子会停留在压力差产生的向上的力与浮子重力产生的向下的力相平衡的区域。得到的显示结果就是瞬时流量。
锥形管通常用透明材料制作并根据流量进行校准,这样就可以直接从管子读取流量。也有一些类型在浮子中内置磁铁,使用磁传感器进行检测。
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浮子流量计的特点
优点
・能够检测气体、液体以及蒸汽
・价格一般较低
・压力损失相对较小
缺点
・精度不是非常高
・对包含固体的流体不适用(将会发生堵塞)
・直接读数型在锥形管变脏时,将看不见浮子(需要经常维护)

5.热流量计

原理

流体接触到加热后的物体时,会从物体上带走热量,流体的温度得以升高。热流量计利用这个原理来测量流量。热流量计可以分为两类:
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温差测量法

在流体中安装一个加热器,在上游与下游两个点测量流体温度。然后根据这两点之间的温差得出流量。这主要用在流量低的应用场合。

功耗测量法

在流体中安装一个加热器,在上游与下游两个点测量流体温度。通过对加热器进行控制,使这两个点之间的温差保持恒定。流量根据维持这个温度所需的功率得出。

加热器

热流量计的特点

优点
・能够检测气体
• 基本没有压力损失
• 可以对质量流量进行测量
缺点
・流体的温度变化时会产生误差
• 设置与流体的类型和成分相匹配的规范比较困难
• 温度传感器或加热元件上有沉淀物/ 积垢时会产生误差

6.压力膜片流量计

原理

它属于压力差流量计。就流量计产量而言,压力差流量计当前占据很大的市场份额。利用伯努利原理,在流动的流体流道中安装一个故意用来产生压力损失的节流孔板。测量节流孔板前后的压力差。节流孔板产生的压力损失、流速以及流量之间的关系如下:

流量小 ⇒ 流速小 ⇒ 节流孔板产生的压力损失小
流量大 ⇒ 流速大 ⇒ 节流孔板产生的压力损失大

上游与下游之间的压力差用压力膜片来检测。
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膜片流量计的特点

优点
・能够检测液体、气体以及蒸汽
・价格一般较低
・没有可动部件
缺点
・由于有节流孔板,会产生很大的压力损失
・对包含固体的流体不适用(会发生堵塞)
・由于对紊流敏感,因此需要一段较长的直管

7.超声波流量计

原理

还有一类流量计使用超声波传感器。其中最普遍的形式是利用称为传播时间或飞行时间的原理。

[ 传播时间流量计]

超声波按照倾斜角度横穿过管道中的流体后被交替接收 / 发送。穿过水前进的超声波与水的流向相反时,传播速度将变慢;相反,与水的流向相同时,传播速度将变快。这两个超声波的传播时间差将被换算成流量。
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超声波流量计的特点
优点
・没有压力损失
・具有能够从管路外面进行检测的类型
缺点
・需要一段较长的直管
・含有较大固体物的液体将会导致故障
・有很多气泡时无法测试

8.科里奥利流量计

原理

科里奥利流量计在其自身内部利用称为科里奥利效应的物理现象。如下图所示,流体流过振动的 U 形管时,科里奥利效应便会起作用, 使流入端 A 与流出端 B 之间的流动反向,并且将管道扭曲。根据科里奥利效应,物体的重量与速度互成比例关系,因此通过测量扭曲量, 便可以知道质量流量。
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科里奥利流量计的特点
优点
・高精度
・可以对质量流量进行测量
・不需要一段直管
・高响应速度
・能检测高粘度液体
・可以测量密度
缺点
・与其它检测原理相比价格较高
・压力损失较大
・易受振动的影响
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什么是科里奥利效应?
以太阳做参考系,在北半球,从赤道向正北方向射出的子弹将略微向东(向右)偏离目标。
这是因为地球自西向东自转,在赤道上处于静止状态的物体的运动速度非常快,因此惯性效应会在目标点处体现出来。
类似地,如果U形管中点处的振幅增大到产生巨大的振动,则一旦流体流过管子内部,就会产生科里奥利效应,而其中流体的质量与速度(质量流量)互成比例。
该效应在流入端与流出端的作用方向相反,从而将管道扭曲。通过比较管道流入端与流出端的输出电压信号、进行计算,然后测量扭曲量,便可以知道质量流量。

流量计故障根源

在此汇总流量控制中多发故障的原因。流量管理需要持续监控和准确的测量。如果流量计/流量传感器发生异常,可能导致产品品质和生产效率降低、作业机械损坏。如果维护和修理非常耗时,那么不仅是成本问题,还会导致巨大的机会损失。为了避免引发此类重大故障,了解原因并采取必要措施进行流量控制至关重要。

1.水垢

这是指地下水或自来水中包含的金属离子结晶并粘附在管路内壁后所产生的物体。它们由钙、锰以及钠等元素组成。如果积有太多层的水垢,则管路内的流道会变窄并限制流量。水垢也有可能粘附到流量计内部,对流量计的正常工作产生不利影响。此外对于具有机械部件的流量计,可能会有从积垢上剥落的碎片导致堵塞的情况发生。

使用浮子与叶轮流量计时,可能会发生显示装置无法读数或者运动机构卡住的情况。电磁型流量计几乎不会有问题,但如果流道内壁附有厚厚一层水垢,则流量计可能会无法感测所产生的电压,此时将需要进行维护。

2.淤积物

这是描述流体中存在的悬浮物与沉淀物的一般术语。在生产线上,这通常包括来自磨床的碎屑与磨粒。淤积物随流体一起持续循环,导致流量计堵塞或是造成噪声干扰。对于在管路中有机械部件的流量计,可能会发生轴向磨损与磨蚀,从而降低流量。虽然可以使用滤网* 或磁力分离器对淤积物进行控制,但彻底去除很难,因此仍需要维护。

使用电磁型流量计时,流动管道具有自由流动结构,因此不会发生积聚与堵塞。淤积物与“湿”电极碰撞时可能会产生干扰。不过,这些效应可利用具有“非湿”电极的电磁流量传感器加以限制。此外,能够调整响应时间与采样频率的流量传感器更不易受干扰。

  • 滤网
    用于滤除流体中较大颗粒杂质(淤积物)的过滤器。如下图所示,流体通过金属网进行过滤。该过滤器可以拆下并进行清洁。

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3.铁锈

与水垢不同,这是管道内发生氧化时的问题。在流体中添加阻蚀剂可防止生锈,但未使用的管道接触到空气时仍会生锈。水再次流经管道时,铁锈便会剥落成碎片,导致流量计内部发生堵塞,或是粘附到浮子流量计的观察窗上。

铁锈会引起与针对“淤积物”列出的事项相同的基本问题。

4.粘质物

这包括水中的生命物质,如藻类与微生物。它类似于泥巴,有粘性。与水垢一样,它也会在叶轮型流量计中产生堵塞与阻碍,并且会使浮子型流量计的可见部分模糊不清。

使用电磁型流量计时,流动管道具有自由流动结构,因此不会发生积聚与堵塞。此外,由于粘质物物质本身具有导电性,因此仍然能够进行检测。
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5.泥浆

泥浆是包含一定量同质固体颗粒的液体总称,包括包含磨料的液体等。个体颗粒可能会造成流量计内部磨损,或是会凝结成块导致堵塞。

管道阻力会造成流量计的轴磨损与堵塞。使用电磁型流量计时,流动管道具有自由流动结构,因此磨损与堵塞的程度很小。泥浆在科里奥利型流量计中也可检测。

6.气泡

液体从入口流入时,空气也可能会混入其中,连同混入液体中的杂质形成了气泡,并且会由于温度变化而聚集。在涡流流量计中,气泡会干扰卡门涡流的形成,而在超声波流量计中,超声波的传播会受到抑制,从而导致故障或读数错误。

由于科里奥利型流量计测量的是质量流量,因此不受气泡的影响。使用电磁型流量计时,流量可能会不稳定。由于检测时利用的液体中包含气泡,因此要减去气泡质量才能得到液体的实际质量。
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7.非均匀流速分布

流体流过一段足够长的直管之后,流速在圆形管道内的分布就会稳定。另一方面,弯曲管道或是管道直径变化都会导致流速分布不稳定。不稳定的流速分布有如下两种:偏流,流速分布的中心偏离管道中心;旋流,流体沿着平行于流动方向的轴线边旋转边流动。在这种状态下进行流量测量,可能会导致测量误差变大。

测量误差的程度根据流速分布的不稳定程度而定。在上游安装直管段,使流速分布稳定后进行测量。(粗略地说,直管段的长度应该是流道内径的5倍。)
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8.脉动

脉动较大时,瞬时流量可能会在瞬间超出流量计的额定流量。此时,流量计显示的流量小于实际流过管道的流量。容积式往复泵是一种容易有较大脉动的泵。

为减小脉动,可以考虑采用蓄能器等减振器。此外,脉动导致流量计的数值随时间变化时,可通过延长流量计的响应时间来保证数值稳定。

9.管路振动

流体流过管道或发生阀门开闭时,管道本身会发生振动。此外,设备与装置运行时产生的振动可能也会传至管道。

科里奥利流量计与卡门涡流流量计可能会由于振动而无法正确测量流量。而电磁与超声波型流量计基本不会有此问题。(对于超声波型流量计来说,因为超声波的频率与管道振动差异很大,所以可以忽略其影响。)

1.什么是压力损失 ?

举例而言,如果流道的一部分受到限制,下游压力将从受限区域开始减小。
这称为压力损失。压力损失是能量损失,不仅下游压力会降低,流量与流速同样会减小。

压力表A与压力表B之间的压力差就是压力损失。限流是造成压力损失的原因之一。很长的管路也会以类似方式产生压力损失。
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在生产线上发生压力损失时,循环冷却水的流量便会降低,这会导致各种质量与生产问题。要纠正这个问题,理想的办法是拆除产生压力损失的部件。不过在大多数情况下是通过提高循环泵所产生的压力,以及/ 或提高泵本身的功率来处理压力损失。这种措施会浪费能源,产生不必要的成本。

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2.导致“压力损失”的因素

[1]缩小管道直径

存在直径差异的管路接头会导致压力损失,这是因为它限制了流道。

[2]弯曲管路

通常,液体按照惯性法则笔直流动。但是,在弯曲段将会与惯性法则相反而改变运动方向,因此产生能量损失。能量损失导致压力降低。

[3]安装开 / 关阀

如果球阀或类似阀门保持完全打开,则应该不会存在压力损失。不过,对于在阀内存在流道改变的阀门,即便全开也会发生压力损失。
完全打开时会形成自由流动结构,因此没有压力损失。
即便完全打开,也会因为流道被改变而产生压力损失。

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[4]安装流量计

如工作原理部分所述,压差流量计(膜片型)用限流板产生压力损失以便测量流量。此外,卡门涡流流量计对流道进行限制并加快流速,以便为压电元件提供稳定的振动。叶轮流量计也会限制流道,以便在小流量时能产生足够大的推力使叶轮转动。这些类型的流量计很容易造成压力损失。相反,电磁型、非插入式热型以及超声波型流量计在进行检测时不需要限制流道,因此在压力损失方面有明显的优势。

原位电导率在土壤测量的应用

摘要

在水质测量中我们经常可以看到电导率EC,TDS,盐度等参数,但我们大部分人对他们的定义不是很了解,甚至有认为三者是同一个概念。而在土壤学领域,也有土壤盐度和土壤盐分的说法,但是至今这些方面的定义和参数源头很少有权威的说法,这导致我们在农业生产中,水质分析过程中难于统一交流,也不利于测量技术的提升。今天我们把这些基础理论和实践做一份归纳总结,希望能给大家帮助。

南京思摩特传感器有限公司,设计了新一代的SS-403土壤水温盐传感器,从实验室到悠湖,再到沿海水域进行原位校准和测量,通过这一系列实验数据分享土壤电导率测量的注意事项。

一、电导率EC

1.定义
物理学概念,指在介质中该量与电场强度之积等于传导电流密度。对于各向同性介质,电导率是标量;对于各向异性介质,电导率是张量。生态学中,电导率是以数字表示的溶液传导电流的能力。单位以西门子每米表示。电导率是表示物质传输电流能力强弱的一种测量值。当施加电压于导体的两端时,其电荷载子会呈现朝某方向流动的行为,因而产生电流。电导率 \sigma 是以欧姆定律定义为电流密度J和电场强度 E 的比率:J=\sigma E 。有些物质会有异向性的电导率,必需用 3X3 矩阵来表达(使用数学术语,第二阶张量,通常是对称的。电导率是电阻率 \rho 的倒数。在国际单位制中的单位是西门子/米:\sigma= 1/ \rho
2.电传导性
是物质可以传导电子的性质。按物质是否具有电传导性,可把物质分为导体,半导体和绝缘体。固态半导体的掺杂程度会造成电导率很大的变化。增加掺杂程度会造成高电导率。水溶液的电导率高低相依于其内含溶质盐的浓度,或其它会分解为电解质的化学杂质。水样本的电导率是测量水的含盐成分、含离子成分、含杂质成分等等的重要指标。水越纯净,电导率越低(电阻率越高)。水的电导率时常以电导系数来记录;电导系数是水在 25°C 温度的电导率
3.影响因素
1)温度:电导率与温度具有很大相关性。在一段温度值域内,电导率可以被近似为与温度成正比。为了要比较物质在不同温度状况的电导率,必须设定一个共同的参考温度。
2)掺杂程度: 增加掺杂程度会造成高电导率。水溶液的电导率高低相依于其内含溶质盐的浓度,或其它会分解为电解质的化学杂质。水样本的电导率是测量水的含盐成分、含离子成分、含杂质成分等等的重要指标。水越纯净,电导率越低(电阻率越高)。水的电导率时常以电导系数来记录;电导系数是水在25°C 温度的电导率。
3)各向异性:有些物质会有异向性(anisotropic)的电导率,必需用 3X3矩阵来表达(使用数学术语,第二阶张量,通常是对称的)
4.测量原理
电导率的测量原理是将相互平行且距离是固定值L的两块极板(或圆柱电极),放到被测溶液中,在极板的两端加上一定的电势(为了避免溶液电解,通常为正弦波电压,频率1~3kHz)。然后通过电导仪测量极板间电导。
电导率的测量需要两方面信息。一个是溶液的电导G,另一个是溶液的几何参数K。电导可以通过电流、电压的测量得到。根据关系式
S=KG
可以等到电导率的数值。这一测量原理在直接显示测量仪表中得到广泛应用。而
K= L/A
A——测量电极的有效极板;L——两极板的距离;这一值则被称为电极常数。
在电极间存在均匀电场的情况下,电极常数可以通过几何尺寸算出。当两个面积为1cm的方形极板,之间相隔1cm组成电极时,此电极的常数K=1cm^{-1}。如果用此对电极测得电导值G=1000μs,则被测溶液的电导率K=1000μs/cm。
一般情况下,电极常形成部分非均匀电场。此时,电极常数必须用标准溶液进行确定。标准溶液一般都使用KCl溶液这是因为KCl的电导率的不同的温度和浓度情况下非常稳定,准确。0.1mol/l的KCl溶液在25℃时电导率为12.88ms/cm。

二、总溶解固体TDS

总溶解固体(英文:Total dissolvedsolids),又称溶解性固体总量,它表明1升水中固体(阴离子、阳离子和未分离的溶解物质)的总重量。测量单位为毫克/升(mg/L)或ppm。一般来说,优质水的含量会在 0 到 600 ppm 之间,而超过 1200 ppm 的读数通常被认为是不令人满意的 TDS 水平。我们国家标准GB5749-2006《生活饮用水卫生标准》中对饮用自来水的溶解性总固体(TDS)有限量要求:溶解性总固体≤1000mg/L。
对于真正的 TDS 测量,您需要将样品带回实验室并进行蒸发和称重操作。用 EC 直接转换为TDS不能保证准确的原因是,一些溶解的固体可能不会增加EC 读数,因此不会转换为TDS。例如,同样两杯豆浆,一杯加糖,一杯不加糖,两者的电导率基本相同,但是加糖的豆浆的TDS高出另外一杯很高。所以总溶解固体浓度TDS与水的电导率的关系不是恒定的。
从定义出发,我们可以看出总溶解固体与电导率之间的关系是水中溶解的阳离子和阴离子的类型和性质以及任何悬浮物质的性质的函数。 例如,电导率为10000 us/cm的NaCl溶液和KCl溶液,不具有相同的NaCl或KCl的样品浓度,并且它们具有不同的总溶解固体浓度。 值得注意的是,尽管严格讲使用电导率仪转换的TDS仪表仅提供估计值,但它们相当准确,您通常会发现 TDS 仪表可以满足大多数应用。
TDS(mg/L)=EC_{25℃}(\mu S/cm)\times \alpha
EC 是表征电流通过水中存在的物质的能力。TDS是表征水中的溶解固体,同时包含 EC 的颗粒以及不导电的颗粒,这是主要区别所在。因此,EC 到 TDS 的转换系数\alpha将根据样品的内容而变化,这些转换系数如果能由您的操作实验和您的仪表执行,将保障您获得适合您应用的准确值。

当量电导率 系数\alpha
NaCl 1(mg/L) TDS=2.04(uS/cm) 0.49
Na2SO4 1(mg/L) TDS=1.49(uS/cm) 0.67
CaSO4 1(mg/L) TDS=1.36uS/cm) 0.74
NaHCO3 1(mg/L) TDS=1.06(uS/cm) 0.91

三、海水盐度

盐度的定义经历了几个阶段
1)克纽森盐度公式
在上世纪初,克纽森(Knudsen)等人建立了盐度定义,当时的盐度定义是指在 1000g海水中,当碳酸盐全部变为氧化物、溴和碘以氯代替,所有的有机物质全部氧化之后所含固体物质的总数。其测量方法是取一定量的海水,加盐酸和氯水,蒸发至干,然后在380℃和480℃的恒温下干燥48h,最后称所剩余固体物质的重量。 用上述的称量方法测量海水盐度,操作十分复杂,测一个样品要花费几天的时间,不适用于海洋调查,因此,在实践中都是测定海水的氯度,根据海水的组成恒定性规律,来间接计算盐度,氯度与盐度的关系式(克纽森盐度公式)如下:
S‰=0.030+1.8050Cl‰
克纽森的盐度公式使用时,用统一的硝酸银滴定法和海洋常用表,在实际工作中显示了极大的优越性,一直使用了70年之久。但是,在长期使用中也发现,克纽森的盐度公式只是一种近似的关系,而且代表性较差;滴定法在船上操作也不方便。于是人们寻求更精确更快速的方法。
2)重新定义
盐度与氯度的上述关系式,建立在海水组成恒比规律的基础上,这是不严格的;况且当时所取的水样,多数为波罗的海表层水,难以代表整个大洋水的规律。实际上,关系式中的常数项0.030,不符合大洋海水盐度变化的实际情况。根据海水的电导率取决于其温度和盐度的性质,通过测定其电导率和温度就可以求得海水的盐度。
1950年以后,电导盐度计的研究和发展,使盐度的测定方法得到简化,精密度也提高,比测定氯度后计算盐度的方法,更加准确和方便。因此,联合国教科文组织(UNESCO)、国际海洋考察理事会(ICES)、海洋研究科学委员会(SCOR)和国际海洋物理科学学会(IAPSO)4个国际组织联合发起,于1962年 5月召开会议,成立了海水状态方程式联合小组。此小组于1963年第二次会议上改名为“海洋用表与标准联合专家小组(JPOTS)”。经过多次讨论和研究,为了保持历史资料的统一性,将盐度公式改为
S‰=1.80655Cl‰
R.A.考克斯等对采自各大洋和海区的135个水样(深度在100米以内)的氯度值进行了准确的测定,按上述公式换算成盐度,并测定了电导比R15,得到S‰与R15关系的多项式

S‰=-0.08996+28.2970R_{15}+12.80832R^2_{15}-10.67869R^3_{15}+5.98624R^4_{15}-1.32311R^5_{15}

式中R_{15}为一个标准大气压和15°C条件下海水样品与S=35.000的标准海水电导率的比值。1966年,JPOTS推荐这多项式为海水盐度定义。同年,联合国教科文组织和英国国立海洋研究所出版的《国际海洋用表》,其中的盐度数据,就是采用上述测定电导率后换算成盐度的方法。
3)实用盐度标度
20世纪70年代以后,现场仪器如电导-温度-深度仪(CTD)等的应用,越来越多,而国际海洋用表(1966)中没有包括10°C以下的盐度数据,致使低于10°C的现场测定结果,无法统一。此外,测定了1967~1969年制备的标准海水,还发现用电导法测得的盐度,和从氯度换算得到的不一致,而出现了标准海水作为电导率标准的可靠性问题。因此JPOTS决定使用标准氯化钾溶液标定标准海水,并推荐1978年实用盐度标度。
本来,绝对盐度(SA)为海水中溶质质量和海水质量的比值,但它实际上不能直接测定,故用K15定义海水的实用盐度(S)来表达海洋观测的结果。

S=a_0+a_1K^{1/2}_{15} +a_2K_{15} +a_3K^{3/2}_{15} +a_4K^{2}_{15} +a_5K^{5/2}_{15}

其中a0=0.0080,a1=-0.1692,a2=25.3851, a3=14.0941,a4=-7.0261, a5=2.7081。

式中K_{15}是在15°C和一个标准大气压的条件下,海水样品电导率和质量比为32.4356×10^{-3}的氯化钾溶液电导率的比值。当K_{15}准确为1时,S 恰好等于35。 实用盐度值为过去盐度值的1000倍,例如,过去盐度值为 0.03512(即35.12‰),实用盐度值则为35.12。

四、土壤盐度

当前还没有完全统一的评估土壤盐度的指标,可用EC值 (µS/cm) 或TDS值 (mg/L)来表示。
1) EC和TDS的关系
一般地说,可推荐使用如下的简易计算方法:

TDS (mg/L或 ppm) = EC (dS/m)\times 640 (EC 为0.1 – 5dS/m)

TDS (mg/L 或 ppm) = EC (dS/m)\times 800 (EC > 5 dS/m)

2)饱和状态提取液EC值EC_e、实验室浸提法测定EC值EC_{1:x}、土壤溶液的EC值EC_{w}和土壤原位测量的表观电导率EC_a
现在好多学者比较支持和认同土壤盐度使用饱和状态下土壤的电导率EC_e来衡量,即土壤样品用蒸馏水进行饱和后进行测定。EC_e指标已经是植物耐盐性研究中盐度的标准测量指标,但是EC_e的获取需要更多的时间和精力来制作和获得饱和提取物,实际研究时大家经常使用较高的土壤/水比的土壤溶液提取物,即更传统的方法——通常通过各种土壤/水比(1:1、1:2和1:5)的提取液来测量土壤EC值EC_{1:1}、EC_{1:2}和EC_{1:5},然后用经验方程式转换EC_{1:1}、EC_{1:2}和EC_{1:5}EC_e,但是许多土壤物理(例如持水量)、化学性质和物理化学过程会影响土壤水提取液的EC值EC_e,从而增加了这种转换计算的不确定性。
土壤盐度也可以通过测量土壤溶液的EC来确定EC_{w},因为通常在田间土壤含水量低于田间持水量。理想情况下,EC_{w}是土壤盐度的最佳指标,因为这部分EC_{w}是植物根部实际上吸收土壤水。Wang等认为没有被广泛使用,因为土壤EC_{w}往往还随土壤含水量而变化,并不是一个定值。
我们想象一下我们待测定的土壤的含水量接近0时的结构,它一般是多孔状的,现在我们把电极插入土壤中去,那么土壤固相多孔的结构和测量电极结构组合到一起成为“多孔电极”,现在我们加带盐的水给这个“多孔电极”,直到等效到盐水分布平衡时,并等效成我们关注的田间某一个含水量水平的盐度,那么我们从植物生理学的角度分析,应该认为EC_{w}是相关一种溶质势,当然土壤基质势\psi也决定水是否能被植物吸收,所以我们不应该将EC_{w}\psi混淆在一起,应该进行解析。我们参考Rhoades和Bohn等的结论并进行实验验证,提出原位测量的EC_a必须同步测量土壤水分状况才可以获得EC_w\psi,当然在盐碱地上往往含水量\psi变化不大,主要测算出EC_w就可以了。
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1976年Rhoades等推导土壤电导率的宏观模型:

EC_a=\zeta\times EC_w \times \Theta+EC_s
其中EC_a是表观土壤电导率,也就是原位传感器测量获得的电导率值,EC_w是土壤溶液中电导率,\Theta是土壤含水量,\zeta是土壤传递函数包括土壤弯曲度和电极几何因子,EC_sEC_w=0时的土壤电导率,即土壤本身颗粒表面吸附离子产生的。

1982年Bohn等推导了土壤电导率的另外的宏观模型:

EC_a=(EC_w \pi D/A\times n \times d)R_0^2+b
R_0=2\gamma/\psi
EC_a=m’/\psi^2+b’
其中D为电极间距,A为电极有效面积,d为两测量电极方向上孔隙通道中离子流过的平均间距,\gamma为表面张力,\psi土壤水张力。

2005年Wang等提出了实验室浸提法测定EC值EC_{1:x}EC_{1:1}的关系

EC_{1:x} = x^{-n}EC_{1:1},n < 1
x=\frac{K\%\rho_w}{(1-K\%)\rho_s}时,其对应的电导率EC为土壤饱和溶液电导率EC值EC_{sat},和饱和状态提取液EC值EC_e有等同的理论定义,可以近似相等。

3)电导率与作物之间的关系
按照美国盐土实验室1954年划分的标准,饱和含水量(高含水量)条件下的电导率EC_e与作物之间的关系如下:
<2dS/m时,对大多数作物生长无影响;
2~4dS/m时,对盐分敏感作物可能受到影响;
4~8dS/m时,大多数作物减产;
8~16dS/m时,只有耐盐作物不受影响;
>16dS/m时,一般作物都不能生长。

五、盐碱地在线测量前对电极常数的获取实践

在田间条件下,对于一定的盐土来说,在温度和土壤水分状况相同条件下,土壤电导率EC_a的变化可以反映含盐量的变化,也可以采用合适的经验公式由实测的电导率来计算土壤的可溶盐总量(TDS),但这样的计算只能是估算,它不可能与同时采土样进行实验室分析测得的TDS值相符。
仍然,在长期的定位观测中,对于盐土来说,电导率是土壤含盐量变化的重要指标。此外,对于非盐土来说,电导率所反映的离子总量可作为土壤肥力的一个综合性指标;对于受污区的土壤来说,电导率可以反映离子态污染物的消长变化,因此,电导率可以用来监测、评估土壤的污染状况。
但由于:
1)原位观测中土壤是一个连续体,我这里区别于水量平衡的连续体,这里指土壤在地球表面是一个连续的导体,也就是我们常说的土壤是地球的皮肤,所以它是一张很大很大的电阻网络;
2)采集土样到实验室的测量是从连续导体上隔断后进行测量的,所以原位测量和实验室取土测量两者的测量近视相等(这里面我们只对电信号相关的)一定有一个假设条件,即测量的空间敏感性接近。
实际电导池常数是随电导池的形状而变,对于并行的两根不锈钢棒来说,在田间土壤的实际电导测量中,待测介质是个无限大的体系,流经土体的电流线的影响范围是相当大的(尤其时盐碱地),电导池常数必须正确测定。
方法如下:先用一支已知电导池常数K1的电导电极来测量一个大水体(如池塘水)的电导L1,即可求得池塘水的电导率EC_{塘水};同样,用探针式电导传感器测量池塘水的电导L2, 显然,探针式电导池常数K2可求出,我们设计不同德容器大小进行替代以上所说德池塘,以研究尺寸效应,最终如图所示:

横坐标为电导,纵坐标为电极常数


a

b


c

d

e

f

g

可以得出探针式的电导率测量在大量程范围内存在电极常数随电导值的变化而变化,所以这里电极常数只能抽象为随电导变化的变量,我们指定了给出批量生产的电导传感器德电导常数-电导曲线。
比如这批次:K=aE+b,a=0.0015,b=0.1297,SS-403传感器会在生产时对每一个传感器进行电导率校准,并写入以上的参数。
SS-403传感器还支持大家对该电极常数和温度系数进行自定义,请严格参考相关说明书。

参考资料:

Soil salinity assessment using the EM38_ Field operating instruct.pdf
Salinity: Electrical conductivity and total dissolved solids.pdf
采用新电导率指标分析土壤盐分变化规律–《土壤学报》2011年04期.pdf

设施农业环境监测

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引言

在精细农业生产、精准灌溉等领域要求快速准确测定温室的气象数据和田间的气象数据。并以气象数据获取应用场景所需要的价值数据。我们研发中心有四大系列产品的设计计划:SS-ET系列、SS-ES系列、TP-WS系列和DLW-1系列。其中SS-ETx系列产品是专门定位应用于大田的气象传感器,SS-ESx系列产品则是专门应用于测定温室的气象传感器,TP-WS系列产品则是设计应用于城市空气气象监测,DLW-1系列产品设计应用于工业环境的空气监测(不仅气象参数)。目前TP-WS系列产品还在测试阶段,未上市;DLW-1系列产品还在设计阶段,未上市。
SS-ETx气象传感器基于空气温湿度、风速风向、太阳辐射、雨量(选配)、大气压(选配)和摄像头(选配)的一体式专业型气象传感器,基于以上的测量参数计算ET0值同步输出。
SS-ESx气象传感器基于空气温度、空气湿度、光照度、二氧化碳和大气压力 5 个参数的一体式低功耗传感器,内部配备通风风扇,可以吊装或支架安装,采用 SDI-12 接口输出,是一款非常适合在温室内使用的小体积、高可靠性传感器。

SS-ET系列和SS-ES系列传感器发行情况:

型号 测量参数 输出信号 发行情况
SS-ET0 空气温度、空气湿度、风速、风向、太阳辐射【5要素】 MC协议/ModbusRTU(485) 2016.03
SS-ET1 空气温度、空气湿度、风速、风向、太阳辐射、雨量【6要素】 MC协议/ModbusRTU(485) 2016.03
SS-ET2 空气温度、空气湿度、风速、风向、太阳辐射、雨量、大气压【7要素】 MC协议/ModbusRTU(485) 2017.08
SS-ET3 空气温度、空气湿度、风速、风向、太阳辐射、雨量、大气压【7要素】+摄像头 MC协议/ModbusRTU(485) 2018.05
SS-ES0 空气温度、空气湿度、光照度、二氧化碳和大气压【5要素】 SDI-12 2019.12
SS-ES1 空气温度、空气湿度、光照度、二氧化碳1 和大气压【5要素】 SDI-12 2019.12
SS-ES2 空气温度、空气湿度、光照度、二氧化碳、大气压、PM2.5和PM10【7要素】2 SDI-12 2019.12

1 高精度二氧化碳传感器版本
2 需要提前1个月订货

SS-ES系列产品

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1.1 SS-ES系列产品技术参数

1)空气温度
测量范围:-40℃~80℃
测量精度:20℃~60℃:±0.1℃;其它区域:±0.3℃
2)空气相对湿度
测量范围:0~100%
测量精度:0%~80%:±1.5%;80%-100%: ±2%
3)光照度
测量范围:0~160KLux
测量精度:0.5%测量值
4)二氧化碳
测量范围:0~1500ppm
测量精度:400~1500ppm:±(75PPM+3%测量值)
5)大气压力
测量范围:10~1200mbar
测量精度:450~1100mbar: ±2.5mbar
6)电气参数
供电电压:9-16V,典型值12V
电流:(12V输入电压下,不含风扇)
测量状态:35mA,二氧化碳自动1秒间隔测量
空闲状态:10mA(TBD)
风扇:最大100mA
上电初始化时间:5秒
7)外壳
材料:铝合金骨架,ABS百叶窗
安装方式:吊装或支架安装
尺寸:130 * 130 * 130mm

1.2 SS-ES系列产品定价

序号 设备名称 型号 单位 单价(元) 推荐记录仪
1 温室环境传感器 SS-ES0 MC509
2 温室环境传感器 SS-ES1 MC509
3 温室环境传感器 SS-ES2 MC509
4 数字式记录仪 MC509 4通道,32变量,含3年物联网平台费用
5 安装套件 ST-3-20

1.3 案例推荐:

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高标准农田国家耕地质量自动监测点建设推荐方案

一、建设内容

各级耕地质量监测点的田间建设包括 3 个功能区,分别为(1)自动监测功能区、(2)耕地质量监测功能区和(3)培肥改良试验监测功能区,建设面积 500m2-1000m2。本方案主要介绍(1)自动监测区。

(一)自动监测功能区设置

自动监测功能区主要设置土壤多参数自动监测设备、农田气象要素观测仪、移动式作物生长监测站、物联网和视频监控支撑系统等田间管理监测设备,通过传感器设备,自动监测土壤墒情、气象条件、田间管理及苗情长势等。该小区应避开水源50m以上,无其它干扰监测的障碍物,小区面积不小于 33m2。耕地类型为水田的监测点,就近选择一块旱地设置自动监测功能区。

(二)自动监测功能区建设

1.田间工程建设

该功能区需提前建设监测设备水泥墩底座(固定设备用),然后其余地方铺设草皮或种植低矮作物。功能区四周预留80cm宽步道,步道采用砌砖加水泥,或者铺设青石板、防腐木方式建设,同时设立 5m×5m不锈钢保护围栏,栏高不低于1.5m,围栏立柱水泥基础规格为 30 cm×30 cm×50 cm(共 9 个),在围栏一侧开 1.5m 宽外开双门。

2.标识牌、展示牌制作

标识牌制作参照《NY-T1119-2019耕地质量监测技术规程》。

3.田间监测设备安置

监测点田间监测设备安置包括气象站、墒情监测站、视频监控系统和防水箱等的安置以及供电系统和有线网络的连接,其 中 气 象 站 和 墒 情 监 测 站 水 泥 底 座 基 础 规 格 均 为120cm×120cm,水田要求高出地面至少20cm,入土深埋 40cm,旱地要求高出地面至少 20cm,入土深埋 30cm,用于安置农田气象要素观测仪和土壤多参数自动监测设备;视频监控水泥底座基础规格为 80cm×80cm,水田和旱地均要求高出地面至少20cm,入土深埋 80cm,并且需要提前预埋与立杆配套的地笼,用于安置视频监控设备。防水箱水泥底座基础规格为50cm×80cm,水田要求高出地面至少20cm,入土深埋40cm,旱地要求高出地面至少 20cm,入土深埋 20cm,用于安置监控设备配件。

(三)建点基本情况调查

1.监测点耕地质量基本情况调查

监测点建点时耕地质量基础调查内容及记载内容参照《NY-T1119-2019耕地质量监测技术规程》要求开展。其中监测点剖面土壤样品的采集方法见附录3。

2.监测点墒情基本情况调查

在自动监测功能区建设时,结合监测区建设与仪器安装,开展土壤墒情基础信息调查与取样检测。基础信息调查内容包括0-20cm和 20-40cm 两个层次的土壤田间持水量(见附录4)、容重、质地等土壤物理性状,有条件的地区还要增加40-60cm和 60-100cm 土壤层次基础调查。

二、布设原则及要求

(一)代表性。监测点布设时,要综合考虑耕地面积、土壤类型、耕地质量水平、种植制度、地力水平、耕地环境情况和管理水平等因素,选择具有代表性和典型性的区域布设监测点。同时,应充分考虑当地交通建设规划、城市建设规划、种植业结构调整规划、承包人素质等因素,将监测点优先布设在永久基本农田保护区、粮食生产功能区、重要农产品生产保护区等有代表性的地块上,以保持监测点点位和种植制度的长期稳定性、监测数据的连续性。

(二)兼顾性。监测点布设时,要兼顾现有监测点,在现有耕地质量监测点上提升建设,优先选择国家级和省级耕地质量监测点。另外,监测点布设时,还可结合耕地集中区域、农业园区、高标准农田建设区域。

(三)抗干扰性与安全性。监测地块尽可能选择在地形开阔的地方,远离村庄、建筑、道路、河流、主干沟渠;为确保不受到人为破坏、土地征用或土地使用纠纷,监测点应布设在产权明晰、能够长期租用的农田内。

(四)便捷性与可操作性。监测点布设时,要优先选择相对集中连片、田面平整、具备灌溉条件、田间道路符合农机具操作要求、便于对外展示监测信息的地块。同时,监测点应具备必要的水力、电力和网络等外部协作条件以及较好的移动网络通讯信号。另外,监测点布设时,还要考虑设施设备日常维护和人工田间调查与样品采集的交通等便利性。

三、监测内容

按照《耕地质量监测技术规程》(NY/T 1119-2019)要求,监测点监测内容包括“四情”即地情、肥情、环情和墒情。

(一)地情:监测土壤理化性状相关指标,包括土壤容重、紧实度、pH、有机质、全氮、全磷、全钾和中微量及有益元素含量等内容,用以反映土壤结构和养分供给能力,采用常规调查、取样、检测等方式获取数据。

(二)肥情:监测肥料投入使用情况,包括肥料种类、有机质和 N、P、K 养分含量、实物量、折纯量等指标,用以反映人为管理、肥料施用等对耕地质量的影响,采用田间作业记录调查和取样检测等方式获取数据。

(三)环情:监测生物、环境等方面相关指标,包括作物生长性状、土壤重金属含量和气象状况等,用以反映作物生长环境健康适宜状况,采用仪器设备自动监测、田间调查、取样检测等方式获取数据。

(四)墒情:监测土壤含水量等指标,用以反映土壤干湿程度,采用仪器设备自动监测和田间调查等方式获取数据。

四、监测实施

设置在自动监测功能区的自动监测设备,在监测年度内设置为每隔1个小时整点监测记录一次土壤参数和农田气象要素数据。

(一)土壤参数:由土壤多参数自动监测站自动监测不同层次土壤含水量(体积含水量,其中 0-20cm、20-40cm 为必测层,对于一些特殊作物,根据其根系的分布深度增加取样测定层次和深度)、土壤温度、电导率等参数(耕地类型为水田的监测点,就近选择一块旱地设置自动监测功能区)。由人工采集干土层厚度、阶段灌水次数、灌水量、作物名称、生育期、作物表象、受旱面积比例、墒情评价参数。

(二)农田气象要素:由农田气象要素观测仪自动监测空气温度、湿度、风速、风向、光照、大气压、降水量等参数。

(三)作物长势:由移动式作物生长监测站自动监测作物覆盖度、株高、叶面积指数、叶绿素等,有条件的区域可以选择监测归一化植被指数、叶冠层指数等。

附录1 耕地质量监测点田间建设内容和仪器设备功能参数与要求

序号 名称 数量 单位 建设主要内容、名称及型号、性能
1 土地流转 m2 流转到第二轮土地承包期或 30 年
2 标识牌、展示牌 2 功能和相关参数见方案内“监测标识牌、展示牌制 作”相关说明
3 隔离区设置(含田间整治) ≥6 建设监测区水泥板或砖混结构 (内外做防水)隔离等。相关参数见方案内“田间工程建设”相关说明。
4 围栏建设 1 不锈钢围栏,占地面积不低于 33 m2,高度 1.5m 以上
5 土壤样品采集设备 1 2 把不锈钢土钻,2 把取土铲,2 把剖面刀、50 个环刀,100 个铝盒,1 套团聚体筛分设备及原状土储运盒
6 土壤贯穿阻力仪(紧实度仪) 1 测量范围:0-10 Mpa; 手摇式入土方式; 3.测量深度:0~375mm; 4.测量精度:±1%。
7 土壤多参数自动监测站 1 1.土壤温度范围:-40~85℃,误差±0.3℃;
2.土壤体积含水量:0%~100%,相对误差±3%;
3.土壤电导率,测量范围 0 dS/m~5 dS/m;
4.监测深度:0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm、60-100 cm。
8 手持式土壤墒情速测仪 4 1.土壤体积含水量:0-100%,相对误差±3%;
2.监测深度:0-10 cm、10-20 cm;
9 移动式作物生长监测站 1 监测覆盖度、株高、叶面积指数(LAI)、叶绿素 (SPAD)、归一化植被指数(NDVI)、叶冠层指数(CC)等功能。
10 农田气象要素观测仪 1 1.空气温度测量范围: -40~85℃, 分辨率: 0. 1℃, 准确度: ±0.3℃。
2.空气相对湿度测量范围:0~100%, 分辨率:0.1%, 准确度: ±3%RH。
3.光照传感器测量精度:±2%(0-20000lux),分 辨率: 1LUX, 测量范围: 0~200000 Lux
4. 风向测量范围: 0 ~ 360°, 分辨率: 1, 准确度: ±1°。
5. 风速测量范围: 0-65m/s 分辨率: ±0.1m/s 准确度: ±0. 1m/s;
6. 降水量测量范围: 0~ 6553mm, 分辨率: 0.1mm 准确度: ±0.5mm; ,
7. 大气压力测量范围和精度参照国家气象局标准。
11 物联网系统 1 摄像头200 万像素 8 寸红外 200 米红外照射距离 焦距: 6- 186 mm, 30 倍以上光学变倍。 含球机立杆, 硬盘录像机, 硬盘, 控制箱。 交流电供电。
12 视频监控系统 1 1.长4~6 m、直径 160 mm 整体镀锌管监控立杆,0.8m~1.2m 长横臂 1 个,各地可根据实际情况调整;
2.抗风力: 45 kg/ (m·h);
3. 1m×1m 基础混凝土浇灌,钢结构预埋件。
13 防雷器+接地设备 1 配备视频、控制信号防雷设施, 用于监控视频信号设备点对点的协击保护。
14 数据存储设备 1 主机, 4 个 2TB 硬盘
15 供电系统 1 优先选择市电;使用太阳能供电的,要求阴雨天可连续使用达 10d~15 d
16 通讯网络系统 1 优先使用有线网络或4G及以上无线网络
17 仪器设备维护 5 保证5年硬件、软件运行正常

附录2 仪器设备重要技术参数汇总表
常规的,我们推荐SS-ET3为一个农田气象监测单位和SS-EU2为一个土壤监测单元即可满足耕地质量自动监测点的要求,有更多预算即可进一步升级配置进行选择,并增加农田地表水和地下水SS-EV系列的选择。这种高配置监测即可对标农田面源污染监测站,详细参见《面源污染监测评估》。
实践证明,思摩特科技集成构建的气象站,水土气原位监测站,具有非常优异的环境适应性,完全可以正常工作在-35℃到50℃的环境条件下。并在辽宁、吉林、墨龙江、内蒙古等东北地区已经有长时间、较广泛的应用,如图所示。
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Metrics Cloud 501在线式水土气原位观测站
传感器规格
分辨率
空气温度 0.1℃
空气湿度 0.5%
风速 0.1m/s
风向
降雨量 0.2mm
太阳辐射 1W/m2
大气压 0.1hPa
土壤温度 0.1℃
土壤湿度 0.1%
土壤电导率 0.001mS/cm [0-5dS/m],0.01mS/cm [5-15dS/m]
土壤pH 0.05
土壤氧化还原电位 1mV
测量范围
空气温度 -40 ~ +80℃
空气湿度 0~100%
风速 0.5~89m/s
风向 0~359°
降雨量 0.2mm/h ~ 100 mm/h
太阳辐射 0~1800W/m2
大气压 500~1100hPa
土壤温度 -40~65℃
土壤湿度 0~100%(cm3/cm3)
土壤电导率 0~15dS/m
土壤pH 2 ~ 14
土壤氧化还原电位 -500mV ~ 500mV
精度
空气温度 10℃-50℃范围内:±0.5℃,全量程范围内:±1.5℃
空气湿度 10%-90%范围内±2%, 全量程范围内±4%
风速 1m/s或±5%中较大值
风向 ±3°
降雨量 0.2mm/h~50mm/h范围内±4%,50mm/h~100m/h范围内 ±5%
太阳辐射 ±5%
大气压 ±0.5hPa ( 25℃)
土壤温度 0.5℃
土壤湿度 0~50%范围内为±2%
土壤电导率 5%FS
土壤pH 0.1
土壤氧化还原电位 ±5%FS
记录仪性能
基本功能 支持以上所有传感器接入,主机可自动计算实时值、平均值、最大值(含出现时间)、最小值(含出现时间)、累积值。测量和存储周期可设置,最短间隔1分钟。
▲防盗要求:设备发生位移时,可在PC 云端地图中査看设备位置、移动轨迹等数据,被盗可追踪。
▲网络查看:可通过手机微信端、PC浏览器查看数据和曲线图,曲线和数据都可下载到本地电脑中进行存储和分析,且在服务器中永不丢失。
▲远程控制:可通过云端软件设置采集间隔时间、传感器校准、报警手机卡及流量控制等。
可按指定传感器在某一时间范图内分析其变化趋势,从而得到其走势分析。
▲后台设备管理:支持传感器故障信息、电池电压、太阳能电压、设备信号强度等信息可发送至设备绑定人和管理平台。
▲可查看某个站点指定传感器在指定时间范围内的数据报表信息,支持数据导出。
可查看某个站点在指定时间月份、年份的数据报表信息。
按管理权限分为多个管理级别,上级可浏览到下级所有信息,同级不能浏览他人信息,下级不能浏览上级信息。
▲内置GPS定位,可远程实时查看设备位置信息。
▲异常报警:设备通信异常、传感器数据超出预设的上限或下限、传感器电量过低(平台可设置门限)时,通过微信进行报警,提醒用户处理异常情况。
物联网云监测平台 1.支持PC端、手机微信端;
2.集成地图系统,直观显示监测站位置等信息;
3.支持用户自定义视图;
4.支持列表和图表两种不同的数据查看方式;
5.支持用户权限管理功能;
6.数据可永久存储;
7.支持测量值上下限报警设置功能
通讯 设备内置移动通信功能,可以自动上传测量数据以及远程设置参数。当出现网络故障时,后台将存储数据,网络恢复后,缓存数据将自动补发。具有USB接口,可以通过USB接口进线采集器配置、数据下载。
结构 为保证在恶劣环境中使用,采集器应该全封闭。
记录仪最大变量 32变量
记录仪存储空间 32M,大约3万条;支持不小于8G SD卡。
记录周期 最小1分钟
内部电池容量 20Ah@3.7v,聚合物锂电池,工作温度范围-20℃到70℃
外部太阳能板 255mm345mm17mm,10W
功耗 休眠:每个探头 0.1mA;活动:每个探头 1mA;测量:每个探头 68mA@150ms
故障和过压保护 可承受 16 V,最小电压6V
工作温度 -20~60℃
存储温度 -20~85℃
工作湿度 5~95%,无凝结
标准配置
SS-ET0 空气温度、空气湿度、风速、风向、大气压和太阳辐射
SS-ET1 空气温度、空气湿度、风速、风向、大气压、降雨和太阳辐射
SS-ET2 空气温度、空气湿度、大气压力、风速、风向、降雨和太阳辐射
SS-ET3 空气温度、空气湿度、大气压力、风速、风向、降雨和太阳辐射,带地面拍照抓取地表信息功能
SS-ET4 空气温度、空气湿度、光照强度、降雨、风速、风向
SS-EU0 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层
SS-EU1 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层、地下水位1个
SS-EU2 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层、地下水位1个、土壤pH1层、土壤氧化还原1层
SS-EU3 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层
SS-EU4 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层、地下水位1个
SS-EU5 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层、地下水位1个、土壤pH2层、土壤氧化还原2层
SS-EU6 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层、地下水位1个、土壤pH1层、土壤氧化还原1层、带地面拍照抓取地表信息功能
SS-EU7 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层、地下水位1个、土壤pH2层、土壤氧化还原2层、带地面拍照抓取地表信息功能
SS-EV0 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)
SS-EV1 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)、水质自动取样单元
SS-EV2 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)、水质自动取样单元、水质自动监测单元
SS-EV3 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)、水质自动取样单元、水质自动监测单元、水质质控单元
选购附件
N5401 数字传感器延长线
N5102 430mm*430mm*25mm,20W太阳能板
N5701-001 ST-3-20三脚安装支架套件,含标准安装支架、20W太阳能供电和安装包
N5701-002 ST-3-20-D三脚安装支架套件,含标准安装支架、20W太阳能供电和安装包
N5701-003 ST-4-20四脚安装支架套件,含标准安装支架、20W太阳能供电和安装包

注:部分技术参数可微调——1)光照或辐射传感器选一即可;2)蒸发传感器,水利标准蒸发器为水面蒸发,对农田监测意义不大,可不选,可利用气象数据和植被数据计算潜在土壤蒸散发;3)土壤部分可以选配增加土壤容重传感器。

附录3 监测点建点时剖面土壤样品采集方法

在能代表研究对象的采样点挖掘未经扰动的1 m×1.5 m左右的长方形土壤剖面坑,使较窄的一面向阳作为剖面观察面。挖出的土放在土坑两侧,不能放在观察面上方,土坑深度根据具体情况而定,一般要求达到母质层或地下水位。根据剖面土壤颜色、结构、质地、松紧度、湿度及植物根系分布等,划分土层,按计划项目逐项进行仔细观察、描述记载,并拍摄剖面图片,然后自下而上逐层采集样品。采样时一般采集各层最典型的中部位置土壤,以克服层次之间的过渡现象,保证样品代表性。

采样时一方面每层采集环刀测定土壤容重,一方面每层采集一块原状土样,用硬质塑料盒或铝盒装好,以保持原状土壤结构,运回实验室去除可见的植物残体、石子等杂物后,将一部分土样留作土壤水稳定团聚体颗粒分级和土壤质地分析;剩余土样过 2 mm筛,其中一部分存放在恒温 4℃条件下用于测定土壤微生物量碳、氮含量,剩余部分土样置于室温条件下风干至少一周,收集后用于测定土壤基本理化性状和重金属指标。

附录4田间持水量的测定

4.1 适用范围

土壤田间持水量是指土壤毛细管悬着水达到最大含量时的持水量。通俗地说,土壤饱和后,重力水被排干,但是毛细管还没有开始损失时的含水量。那么,重力水和毛细管水的分界线一般为60-300 hPa吸力,小于其范围为重力水,大于其范围为毛细管水。为了方便测定,同时也考虑到其在农业生产中应用方便。这里推荐土壤沙箱法。沙箱法已在国际上广泛利用,也在水利科研、生产中采用,其操作简便、快速,结果稳定可靠,重现性好。

4.2 方法要点

在石砾含量不是很多的情况下,可采用沙箱法测定田间持水量。取原状土后,用水浸泡一定时间,使其达到水饱和,然后放置在沙盘上,在一定的吸力下平衡一段时间,将土壤中的重力水排出,使环刀中土壤达到最大毛管悬着水,测出的土壤含水量即为田间持水量。

所用环刀的体积根据不同工作条件与测定要求来定,为了工作携带方便,可用100 cm3(Φ50.46 mm×50 mm)或200 cm3(Φ70 mm×52 mm)的标准环刀。为了数字更准确,可采用体积更大的环刀,但是工作量更大,耗时更长。测定土壤田间持水量,必须采取土壤结构不破坏的原状土壤。

4.3 主要仪器

不锈钢土壤环刀(体积200 cm3或100 cm3);天平(感量0.01g,最大称量2000 g);烘箱;铝盒(或称量瓶);不锈钢土壤刀;土铲;干燥器;沙箱(高80 cm,干净的石英沙<1 mm的高度70 cm;见4.6图所示);滤纸等。

4.4 测定步骤

4.4.1 用天平称已经编号的环刀质量, 记录其质量为m0克。

4.4.2 选定代表性的测定地点,挖掘土壤剖面,根据规定土壤层次或每隔10 cm用环刀采取土样(必须保持环刀内土壤的结构不受破坏),用锋利的不锈钢土壤刀削平环刀表面,盖好,放入自封袋中密封,带回室内待测定。

同时取约100-200 g相同土层的扰动土样(区别于环刀土样)于已经编号的自封袋中,密封后带回室内以备测定采样时田间土壤含水量之用(见A. 4.8)。

4.4.3 用滤纸将从野外采回来的环刀土样的底部包好,滤纸可用橡皮筋固定,环刀底部垫上有网孔的底盖(便于水分从底部湿润环刀土壤),然后放入平底盆(或盘)中。缓慢注入水并保持盆中水层的高度离环刀上沿2 cm为止(注意:水不要淹过环刀)。使其饱和2天(质地粘重的土壤放置时间需更长),此时环刀中土壤所有非毛管孔隙和毛管孔隙都充满了水分。

4.4.4 关闭沙盘出水口,注入水于沙盘(沙子高度=70 cm)中,使沙盘达到饱和。然后打开水龙头,排水2天,控制水位离沙子表面60 cm处,也就是其吸力为60 hPa。(注:这个步骤可在饱和土样的同时或者之前操作)

4.4.5 环刀土样达到饱和后,水平取出,取下底盖,但保留滤纸便于土壤与沙盘充分接触。放置在吸力为60 hPa的沙盘上(沙盘水龙头一直处于开的状态),然后盖上盖子防止蒸发损失水分,最后盖上沙盘盖子,平衡一段时间(砂土2-3天,壤土3-4天,粘土4-5天)。平衡结束,此时环刀中土壤的水分为最大毛管悬着水。

4.4.6平衡结束后,取下上盖,移去橡皮筋,保留滤纸,立即用天平称量,记录其质量为m1

4.4.7秤完后,把带滤纸的环刀土壤放入烘箱中,在105 ℃下烘24 小时左右。然后取出称重,记录其质量为m2克。

4.4.8 关于扰动土壤含水量测定,先称重并有编号的铝盒中(记录m3克),然后从自封袋中取出100g左右土,放入铝盒中再次称重(记录m4克)。放入烘箱中,在105 ℃下烘6 小时左右。然后取出称重,记录其质量为m5克。计算采样时田间含水量(%)

4.5 结果计算

4.5.1 计算田间持水量(%)。

土壤田间持水量按下式计算:

式中:——土壤田间持水量(%);

m0——环刀+滤纸的质量(g);

m1——60 hPa吸力下环刀+湿土样+滤纸的质量(g);

m2——105℃烘干后环刀+干土样+滤纸的质量(g)。

4.5.2 计算采样时田间含水量(%)

式中:——采样时田间土壤含水量(%);

m3——铝盒的质量(g);

m4——湿土样+铝盒的质量(g);

m5——105℃烘干后干土样+铝盒的质量(g)。

4.5.3 计算土壤相对含水量,作为墒情评价依据。

式中:W——土壤相对含水量(%);

——采样时田间土壤含水量(%);

——田间持水量(%)。

4.6 沙盘示意图

盐碱地土壤监测评估

盐碱地土壤监测评估推荐1——SHMI2000便携式多参数土壤原位测定仪
推荐理由:土壤科技工作者户外土壤调查的SHMI系列移动实验室解决方案,实现“让用户携带实验室进入现场”和“把握现场,沉着应对!”

SHMI2000便携式多参数土壤原位测定仪

一、需求分析:
土壤科学研究与其它学科一样,越来越向着深度与广度拓展,土壤理化性质的测量与分析结果越来越接近实际状况。这是科技进步、测试手段不断创新的结果。根据土壤物理化学原理,只有原位测量的数据才能代表真实的结果,才能符合植物生长的实际环境条件,从而才能对土壤质量作出正确的评估。因此,区别于室内实验室,SHMI2000系列便携式多参数土壤原位测定仪,用于移动式实现盐碱地现场土壤基础理化性质——土壤含水量、土壤电导率、土壤盐分、土壤氧化还原电位、土壤pH的原位测量和记录。

二、参数配置要求:SHMI2000标配参数+ORP130氧化还原电位固态电极
为了确保供应产品的测量准确性和可靠性,其生产厂家应具备ISO9001-2015相关传感器或仪器仪表的质量管理体系,所配置的土壤三参数传感器应具备计量CNAS认证检测证书,出厂时附带厂家传感器和电极的测试报告,并保证整机含传感器质保时长不小于3年。

其技术参数如下:

SHMI2000便携式土壤多参数原位测定仪 2572ec224af85f1f094a38b3ec1a33c4.png
规格
分辨率 土壤pH 0.01pH
土壤氧化还原电位 0.1mV
土壤温度 0.01℃
土壤含水量 0.1%
土壤电导率 0 .01 mS/cm
其他毫伏通道 0.1mV
测量范围 土壤pH 2.00~14.00pH
土壤氧化还原电位 -2000~2000mV
土壤温度 -15.0~60.0℃
土壤含水量 0 ~ 100%
土壤电导率 0 ~ 15mS/cm
其他毫伏通道 -2000~2000mV
精度 土壤pH ±0.05pH
土壤氧化还原电位 ±5%F.S.
土壤温度 ±0.2℃
土壤含水量 ±2 %
土壤电导率 ±5%F.S.
其他毫伏通道 ±0.01%F.S.
性能
主要功能 现场原位测量土壤pH值、盐分(电导率)、水分和温度
定位技术 GPS
外壳 工程塑料
操作温度 0~40 °C
操作方式 触摸屏
菜单 测量、校准、结果、设置
IO接口类型 2个USB口、1个DC口、3个接线端子 、2个4-pinSMT 插头、3个BNC插头
电源 16.8V聚合物锂电池 (连续运行待机约20 h)
测量时间 默认10秒完成土壤四参数(土壤含水量、温度、电导率和pH)测量
无线功能 WiFi
重量/尺寸 4800g/371*269*146mm
标准配置
SHMI2000 主机S2,SS-403土壤水温盐传感器、Mnd01指示电极,FSR01b参比电极,NTC-01温度电极,电池,校正液
选购附件
600S-ORP ORP 复合电极(氧化还原电位测量)
ORP130 ORP氧化还原电位指示电极
Mnd01 全固态pH指示电极 原位测量
Mnd02 探针式指示电极 原位测量
BNC1020 BNC转接器
FSR01 玻璃型参比电极
FSR01b PTFE型参比电极
SS-401 数字式土壤水温盐传感器(<2dS/m) 已通过水利部产品计量CNAS认证
SS-403 数字式土壤水温盐传感器(<15dS/m) 盐碱地专用

盐碱地土壤监测评估推荐2——GeoERT IP 2401 四维高密度电法仪
推荐理由:这种电测方法在盐碱地上可获得较丰富的关于土壤和地质断面特征信息。

GeoERT IP 2401 四维高密度电法仪

一、需求分析:
高密度电法是一种原位测量土壤盐分的百米尺度的方法,野外测量时只需将全部电极( 几十至上百根) 置于测点上,然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪实现数据的快速和自动采集, 最后利用专用处理软件对采集数据进行处理,得到土壤断面的各种图示结果。这种电测方法在盐碱地上可获得较丰富的关于土壤断面结构特征的地质信息。北京地学探测技术有限公司研制的高密度电法仪器不但可以原位测量高密度电阻率,而且可以原位测量高密度极化率。如果土壤的含水率高或盐分多,那么电阻率就低,极化率就高。通过测量土壤的电阻率和极化率可以测量土壤理化性质。高密度电法测量一次可以测量六百米的长剖面,测量深度可以达到四五十米。可以连续测量多条剖面,进行大面积的测量。间隔一定时间可以测量土壤理化性质的变化情况和治理前后的治理效果。
中科院农业生态系统实验站和青岛大学都做过这方面的测试。
类似案例1:


类似案例2:

二、参数配置要求:适用于土壤检测的GeoERT IP 2401高密度电法仪器

GeoERT IP 2401四维高密度电法仪 08c7743b9fa90abf1cddbb672df4ce3d.png
规格
电压测量范围 ±5V
电压测量精度 ±0.1%
电流测量范围 ±5A
电流测量精度 ±0.1%
输入阻抗 大于60 MΩ
最大供电电压 1000V
最大供电电流 5A
50Hz工频抑制 122dB
转换电极数 8道至n·240道任选
道间距 1~10米可选
绝缘性能 ≥600 MΩ

三、应用
1 新西兰专家Mauri利用GeoERT IP 2401高密度电法仪指导山体滑坡勘察实例
2 日本京都大学利用GeoERT IP 2401高密度电法仪进行山体滑坡勘察实例
3 日本富山大学古谷元博士在利用GeoERT IP 2401高密度电法仪进行山体滑坡勘察实例
4 加拿大专家John利用GeoERT IP 2401高密度电法仪指导黄土滑坡勘探实例
5 印度yunus副教授利用GeoERT IP 2401高密度电法仪测量高密度极化率实例
6 Siva博士利用高密度电法仪进行进行三维电法测量实例实例
7 太原理工大学利用高密度电法仪进行高精度微裂缝测量
8 高校利用GeoERT IP 2401高密度电法仪进行室内模型试验实例
9 高密度电法与地震联合勘探断层实例
10 利用高密度电法仪进行水井定位实例
11 利用高密度电法仪进行水文地质勘探实例
12 利用高密度电法仪进行山体滑坡勘探实例
13 利用高密度电法仪进行黄土滑坡勘探实例
14 利用高密度电法仪进行大坝漏水勘探实例
15 利用高密度电法仪进行小煤窑巷道勘察
16 利用高密度电法仪探测隐伏断裂
17 利用高密度电法仪进行管道探测
18 利用高密度电法仪进行建筑地基探测
19 利用高密度电法仪探测金矿
20 利用高密度电法仪探测地裂缝
21 利用高密度电法仪进行断层探测
22 利用高密度电法仪考古
23 利用高密度电法仪进行泥石流探测
24 利用高密度电法仪进行农田灌溉调查
25 利用高密度电法仪进行治沟造地检测
26 利用高密度电法仪探测银洞
27 利用高密度电法仪进行隧道地质勘探
28 利用高密度电法仪进行采空区勘察
29 利用高密度电法仪进行溶洞探测
30 利用高密度电法仪进行堤坝裂缝探测
31 利用高密度电法仪进行煤田陷落柱探测
32 利用高密度电法仪进行别墅地基探测
33 冯店水位勘探
四、国内外产品对比

序号 名称 国外相关电法仪仪器 GeoERT IP 2401四维高密度电法仪 解释说明
1 道数 8通道,可扩展到960道 8通道,最多1024道
2 测量模式 视电阻率、复视电阻率、电阻、IP、输入电流、测量电压、输入电流和测量电压之间的相位、监测模式下监测地电阻率的变化、记录全时的输入电流和测量电压 视电阻率、电阻、IP、输入电流、测量电压、检测模式下监测地电阻率的变化、记录全时的输入电流和测量电压 高密度电法常用解释参数:视电阻率、IP。其他参数做参考。视电阻率与复视电阻率相似,与输入电流和测量电压之间的相位相关
3 动态范围 140dB 142dB
4 分辨率 ≤30nV 29nV
5 采样率 500个样/秒/通道 500个样/秒/通道
6 供电电压 800V 900V
7 供电电流 2.5A 5A
8 噪音压制 f>20Hz,100dB;工业频率,120dB f>20Hz,100dB;工业频率,120dB
9 维护 国内方便
10 遥控 远程遥控遥测,四维勘探
11 自定义 用户自己灵活定义工作模式

盐碱地土壤监测评估推荐3——Metrics Cloud 501在线式水土气原位观测站
推荐理由:让用户专注于盐碱评估数据分析和研究。从事地球科学相关的科研工作者用户,使用过MC系列产品都感受到——“现场即实验室!”

Metrics Cloud 501在线式水土气原位观测站

一、需求分析:
以上的高密度电法可以连续长剖面测量土壤理化性质,如果再结合点测土壤的含水率、盐分、氧化还原电位、土壤pH值等原位测量(若干测点)以及气象水文环境因子监测,进行对比分析,效果很好。所以特配置应用于盐碱地的MC501在线式水土气原位观测站。这些田间监测数据还可以为数值模拟结果进行校正和验证,在此过程中进一步为水盐调控技术的建立奠定了理论基础。
二、参数配置要求:选择SS-ET2专业7参数气象站+SS-EU7专业土壤参数观测站+安装费,一般1天可以安装4~6个站。
为了确保供应产品的测量准确性和可靠性,其生产厂家应具备ISO9001-2015相关传感器或仪器仪表的质量管理体系,所配置的土壤三参数传感器应具备计量CNAS认证检测证书,出厂时附带厂家传感器和电极的测试报告,并保证整机含传感器质保时长不小于3年。

Metrics Cloud 501在线式水土气原位观测站
传感器规格
分辨率
空气温度 0.1℃
空气湿度 0.5%
风速 0.1m/s
风向
降雨量 0.2mm
太阳辐射 1W/m2
大气压 0.1hPa
土壤温度 0.1℃
土壤湿度 0.1%
土壤电导率 0.001mS/cm [0-5dS/m],0.01mS/cm [5-15dS/m]
土壤pH 0.05
土壤氧化还原电位 1mV
测量范围
空气温度 -40 ~ +80℃
空气湿度 0~100%
风速 0.5~89m/s
风向 0~359°
降雨量 0.2mm/h ~ 100 mm/h
太阳辐射 0~1800W/m2
大气压 500~1100hPa
土壤温度 -40~65℃
土壤湿度 0~100%(cm3/cm3)
土壤电导率 0~15dS/m
土壤pH 2 ~ 14
土壤氧化还原电位 -500mV ~ 500mV
精度
空气温度 10℃-50℃范围内:±0.5℃,全量程范围内:±1.5℃
空气湿度 10%-90%范围内±2%, 全量程范围内±4%
风速 1m/s或±5%中较大值
风向 ±3°
降雨量 0.2mm/h~50mm/h范围内±4%,50mm/h~100m/h范围内 ±5%
太阳辐射 ±5%
大气压 ±0.5hPa ( 25℃)
土壤温度 0.5℃
土壤湿度 0~50%范围内为±2%
土壤电导率 5%FS
土壤pH 0.1
土壤氧化还原电位 ±5%FS
记录仪性能
基本功能 支持以上所有传感器接入,主机可自动计算实时值、平均值、最大值(含出现时间)、最小值(含出现时间)、累积值。测量和存储周期可设置,最短间隔1分钟。
▲防盗要求:设备发生位移时,可在PC 云端地图中査看设备位置、移动轨迹等数据,被盗可追踪。
▲网络查看:可通过手机微信端、PC浏览器查看数据和曲线图,曲线和数据都可下载到本地电脑中进行存储和分析,且在服务器中永不丢失。
▲远程控制:可通过云端软件设置采集间隔时间、传感器校准、报警手机卡及流量控制等。
可按指定传感器在某一时间范图内分析其变化趋势,从而得到其走势分析。
▲后台设备管理:支持传感器故障信息、电池电压、太阳能电压、设备信号强度等信息可发送至设备绑定人和管理平台。
▲可查看某个站点指定传感器在指定时间范围内的数据报表信息,支持数据导出。
可查看某个站点在指定时间月份、年份的数据报表信息。
按管理权限分为多个管理级别,上级可浏览到下级所有信息,同级不能浏览他人信息,下级不能浏览上级信息。
▲内置GPS定位,可远程实时查看设备位置信息。
▲异常报警:设备通信异常、传感器数据超出预设的上限或下限、传感器电量过低(平台可设置门限)时,通过微信进行报警,提醒用户处理异常情况。
物联网云监测平台 1.支持PC端、手机微信端;
2.集成地图系统,直观显示监测站位置等信息;
3.支持用户自定义视图;
4.支持列表和图表两种不同的数据查看方式;
5.支持用户权限管理功能;
6.数据可永久存储;
7.支持测量值上下限报警设置功能
通讯 设备内置移动通信功能,可以自动上传测量数据以及远程设置参数。当出现网络故障时,后台将存储数据,网络恢复后,缓存数据将自动补发。具有USB接口,可以通过USB接口进线采集器配置、数据下载。
结构 为保证在恶劣环境中使用,采集器应该全封闭。
记录仪最大变量 32变量
记录仪存储空间 32M,大约3万条;支持不小于8G SD卡。
记录周期 最小1分钟
内部电池容量 20Ah@3.7v,聚合物锂电池,工作温度范围-20℃到70℃
外部太阳能板 255mm345mm17mm,10W
功耗 休眠:每个探头 0.1mA;活动:每个探头 1mA;测量:每个探头 68mA@150ms
故障和过压保护 可承受 16 V,最小电压6V
工作温度 -20~60℃
存储温度 -20~85℃
工作湿度 5~95%,无凝结
标准配置
SS-ET0 空气温度、空气湿度、风速、风向、大气压和太阳辐射
SS-ET1 空气温度、空气湿度、风速、风向、大气压、降雨和太阳辐射
SS-ET2 空气温度、空气湿度、大气压力、风速、风向、降雨和太阳辐射
SS-ET3 空气温度、空气湿度、大气压力、风速、风向、降雨和太阳辐射,带地面拍照抓取地表信息功能
SS-ET4 空气温度、空气湿度、光照强度、降雨、风速、风向
SS-EU0 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层
SS-EU1 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层、地下水位1个
SS-EU2 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层、地下水位1个、土壤pH1层、土壤氧化还原1层
SS-EU3 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层
SS-EU4 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层、地下水位1个
SS-EU5 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层、地下水位1个、土壤pH2层、土壤氧化还原2层
SS-EU6 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层、地下水位1个、土壤pH1层、土壤氧化还原1层、带地面拍照抓取地表信息功能
SS-EU7 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层、地下水位1个、土壤pH2层、土壤氧化还原2层、带地面拍照抓取地表信息功能
SS-EV0 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)
SS-EV1 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)、水质自动取样单元
SS-EV2 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)、水质自动取样单元、水质自动监测单元
SS-EV3 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)、水质自动取样单元、水质自动监测单元、水质质控单元
选购附件
N5401 数字传感器延长线
N5102 430mm*430mm*25mm,20W太阳能板
N5701-001 ST-3-20三脚安装支架套件,含标准安装支架、20W太阳能供电和安装包
N5701-002 ST-3-20-D三脚安装支架套件,含标准安装支架、20W太阳能供电和安装包
N5701-003 ST-4-20四脚安装支架套件,含标准安装支架、20W太阳能供电和安装包

农田面源污染监测评估

面源污染的监测我们应该区别不同尺度开展——区域尺度监测、流域尺度面源污染监测和种植小区尺度监测,其中区域尺度需要应用遥感技术,流域尺度面源污染监测可以参考最新发布的《 流域农业面源污染监测技术规范》,种植小区尺度监测方案参考上海环科院和中科院南京土壤研究所的成果。其中流域尺度是重点关注的,数据应该和遥感区域的数据对应起来进行评估,而种植小区尺度是追溯源污染的来源和控制污染源的主要工具。

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图1:淞泽科技在面源污染监测设计上的逻辑框架图

以上内容及以下内容归淞泽®科技版权所有©2022

区域尺度

参见淞泽科技组织的《ArcGIS 常用操作培训3天班》启动会。

流域尺度

流量监测方案:

三角堰/矩形堰 巴歇尔槽 翻斗式 声学多普勒 雷达式
行业应用 水利 环保 农田 广泛 广泛
测量范围 3.6~40000m3/h 30~15000m3/h 0~30 m3/h 20~1600mm/s 0.1~20m/s
不确定度 1~7%FS(计算) 3~5%FS(计算) 2~15%FS(实验) 未知 未知
价格区间 10000RMB 35000RMB 50000RMB
使用状况 会沉淀,需要定时清理 不会沉淀,随水排泄 可能沉淀,需要定时清理 水下,需要定时清理,防止干扰 非接触测表面流速,不会沉淀,随水排泄
参照标准 ISO1438-2017 SL 24-91 Q/SMTCGQ002-2019 T/CHES 31-2019
SL 24-91 HJ/T15 2007

水质监测方案:

多电极一体化传感器 在线分析仪 光谱仪 自动取样器 质控仪
行业应用 环保、水利 环保 水利 环保、水利 环保
测量参数 pH、电导率、浊度、溶解氧、硝酸盐、氨盐等 高锰酸钾指数、氨氮、总氮、总磷、总有机碳、重金属 化学需氧量、SAC254、总有机碳、溶解有机碳、生化需氧量、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮浊度、溶解氧、色度、浊度、透明度、总悬浮物、叶绿素 a、蓝绿藻、臭氧、水中油、苯系物(酚类)等参数
不确定度 <10% <10% 5% ~30%
关键技术 离子选择、电化学法 光学分析、电位分析、色谱分析 光谱测量、光谱大数据 计量取样 远程质控
价格区间 2W ~5W RMB 5W ~20W RMB 10W ~80W RMB 1W R~10W RMB 10~20W RMB
维护期投入 定期换电极(按月) 定期换试剂 (按月) 定期清理 定期取样 随时远程质检
参考标准 HJ/T 96-2003、HJ/T 97-2003、HJ/T 98-2003、HJ/T 99-2003等 HJ/T 101-2003、HJ/T 102-2003、HJ/T 103-2003、HJ 609-2011等 T/CWEC 13—2019 HJ T372-2007 HJ 355-2019
典型产品 AP2000 哈希/德林的产品 S-CAN 哈希 哈希
  • 当前水质参数在线测量方式主要为2大类:
  1. 取样式过程分析——样品从原流体中提取并输送到分析器测量;
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  2. 插入式过程分析——直接在源流体中测量。
    在农田水质监测中插入式的过程分析很难保证数据可靠性,暂时还没有可行被大家共同认可的在线测量方案。
  • 当前淞泽科技推荐的水质参数在线测量方案是怎么样的?

淞泽科技对水质参数在线测量分为3类,分别是:

  1. 水质自动取样模块
  2. 水质自动监测模块
  3. 水质质控模块

我们推荐水质自动取样器和水质自动监测结合的方案,这样在预算不足的情况下,选择标准水质自动取样器结合分析实验室进行按照规定测量,如果在未来预算补充的情况下就可以在标准水质自动取样器的基础上进一步升级为水质自动监测和水质质控仪的观测站,以至于不浪费前期基础设施的投入。在预算充足的情况下,可以直接配置水质自动取样模块+水质自动监测模块,这样重点维护好水质监测的数据质量控制,有些站预算非常充足的情况下完全可以配置高配水质监测站,含水质自动取样模块+水质自动监测模块+水质质控模块。

  • 为什么淞泽科技基础版本是自动取样器/自动取样单元,取样器有那么重要吗?

在线分析仪器能否用好,除了分析仪自身,还取决于样品处理系统的完善程度和可靠性。因为分析仪无论如何先进和精密,分析精度也要受到样品的代表性、实时性和物理状态的限制。事实上,样品处理系统使用中遇到的问题往往比分析仪还要多,样品处理系统的维护量也往往超过分析仪本身。

  • 何时取样或监测?

T3824规定流量监测周期:<6h,我们要求30min,甚至可以在汛期远程控制监测周期调至到最小5min;
T3824规定水质监测周期: 6h 或 1d 或 2 周,这方面我们根据具体面源污染前期调研进行设置周期;

参考附件:

134明渠流量_Parshall水槽_思摩特20200215.pptx

多参数水质传感器.pdf

S-CAN2020 Chinese Flyer V7 final.pdf

种植小区尺度

特点:暂无标准规范
主体多: 比如上海市,家庭农场4500多个,合作社7800多家规模小:基本为50-200亩;
监管困难:肥料来源多样,监管难度大:统一管理的农资渠道和村镇分散农资店并存,肥料来源、销售、使用信息未统一肥料施用和上网登记不完全一致,监管难度大;
入河复杂:农田、水系错综复杂,土地利用高度破碎化,入河方式多样,没有清晰的排污口(退水口),缺乏系统化监测方法,监管缺乏依据。

Metrics Cloud 501在线式水土气原位观测站
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一、需求分析:
针对种植小区尺度的特点,我们建议在待评估区的农田进出口重点获取农田气象数据和地表土壤地下水文水质数据进行监管,其中重点关注的水质氮磷在预算不足的情况下,选择标准水质自动取样器结合分析实验室进行按照规定测量,如果在未来预算补充的情况下就可以在标准水质自动取样器的基础上进一步升级为水质自动监测和水质质控仪的观测站,以至于不浪费前期基础设施的投入。在预算充足的情况下,可以直接配置水质自动取样模块+水质自动监测模块,这样重点维护好水质监测的数据质量控制,有些站预算非常充足的情况下完全可以配置高配水质监测站,含水质自动取样模块+水质自动监测模块+水质质控模块;水文部分标准配置自动监测含地下水位、进出口地表水位、进出口流量;气象部分标准配置自动监测含空气温度、空气湿度、大气压力、风速、风向、降雨和太阳辐射,带地面拍照抓取地表信息功能进行植被参数的RGB测量;土壤部分标准配置自动监测含土壤水分、温度、电导率、pH和氧化还原电位,其他如土壤氮磷应周期性的进行人工取样送至实验室进行化学分析,自动监测方面可以选配测量土壤氧气、土壤容重、土壤热特性等。

何时取样或监测?
所有自动监测的周期:我们要求30min,甚至可以在汛期远程控制监测周期调至到最小5min;

二、参数配置要求:选择SS-ET2专业7参数气象站+SS-EU7专业土壤参数观测站+SS-EV0专业水文参数观测站+水质自动取样模块/ 水质自动监测模块/ 水质质控模块(按需定制)+安装费,一般1天可以安装4~6个站(水质站不计在内)。
为了确保供应产品的测量准确性和可靠性,其生产厂家应具备ISO9001-2015相关传感器或仪器仪表的质量管理体系,所配置的土壤三参数传感器应具备计量CNAS认证检测证书,出厂时附带厂家传感器和电极的测试报告,并保证整机含传感器质保时长不小于3年。

Metrics Cloud 501在线式水土气原位观测站
传感器规格
分辨率
空气温度 0.1℃
空气湿度 0.5%
风速 0.1m/s
风向
降雨量 0.2mm
太阳辐射 1W/m2
大气压 0.1hPa
土壤温度 0.1℃
土壤湿度 0.1%
土壤电导率 0.001mS/cm [0-5dS/m],0.01mS/cm [5-15dS/m]
土壤pH 0.05
土壤氧化还原电位 1mV
测量范围
空气温度 -40 ~ +80℃
空气湿度 0~100%
风速 0.5~89m/s
风向 0~359°
降雨量 0.2mm/h ~ 100 mm/h
太阳辐射 0~1800W/m2
大气压 500~1100hPa
土壤温度 -40~65℃
土壤湿度 0~100%(cm3/cm3)
土壤电导率 0~15dS/m
土壤pH 2 ~ 14
土壤氧化还原电位 -500mV ~ 500mV
精度
空气温度 10℃-50℃范围内:±0.5℃,全量程范围内:±1.5℃
空气湿度 10%-90%范围内±2%, 全量程范围内±4%
风速 1m/s或±5%中较大值
风向 ±3°
降雨量 0.2mm/h~50mm/h范围内±4%,50mm/h~100m/h范围内 ±5%
太阳辐射 ±5%
大气压 ±0.5hPa ( 25℃)
土壤温度 0.5℃
土壤湿度 0~50%范围内为±2%
土壤电导率 5%FS
土壤pH 0.1
土壤氧化还原电位 ±5%FS
记录仪性能
基本功能 支持以上所有传感器接入,主机可自动计算实时值、平均值、最大值(含出现时间)、最小值(含出现时间)、累积值。测量和存储周期可设置,最短间隔1分钟。
▲防盗要求:设备发生位移时,可在PC 云端地图中査看设备位置、移动轨迹等数据,被盗可追踪。
▲网络查看:可通过手机微信端、PC浏览器查看数据和曲线图,曲线和数据都可下载到本地电脑中进行存储和分析,且在服务器中永不丢失。
▲远程控制:可通过云端软件设置采集间隔时间、传感器校准、报警手机卡及流量控制等。
可按指定传感器在某一时间范图内分析其变化趋势,从而得到其走势分析。
▲后台设备管理:支持传感器故障信息、电池电压、太阳能电压、设备信号强度等信息可发送至设备绑定人和管理平台。
▲可查看某个站点指定传感器在指定时间范围内的数据报表信息,支持数据导出。
可查看某个站点在指定时间月份、年份的数据报表信息。
按管理权限分为多个管理级别,上级可浏览到下级所有信息,同级不能浏览他人信息,下级不能浏览上级信息。
▲内置GPS定位,可远程实时查看设备位置信息。
▲异常报警:设备通信异常、传感器数据超出预设的上限或下限、传感器电量过低(平台可设置门限)时,通过微信进行报警,提醒用户处理异常情况。
物联网云监测平台 1.支持PC端、手机微信端;
2.集成地图系统,直观显示监测站位置等信息;
3.支持用户自定义视图;
4.支持列表和图表两种不同的数据查看方式;
5.支持用户权限管理功能;
6.数据可永久存储;
7.支持测量值上下限报警设置功能
通讯 设备内置移动通信功能,可以自动上传测量数据以及远程设置参数。当出现网络故障时,后台将存储数据,网络恢复后,缓存数据将自动补发。具有USB接口,可以通过USB接口进线采集器配置、数据下载。
结构 为保证在恶劣环境中使用,采集器应该全封闭。
记录仪最大变量 32变量
记录仪存储空间 32M,大约3万条;支持不小于8G SD卡。
记录周期 最小1分钟
内部电池容量 20Ah@3.7v,聚合物锂电池,工作温度范围-20℃到70℃
外部太阳能板 255mm345mm17mm,10W
功耗 休眠:每个探头 0.1mA;活动:每个探头 1mA;测量:每个探头 68mA@150ms
故障和过压保护 可承受 16 V,最小电压6V
工作温度 -20~60℃
存储温度 -20~85℃
工作湿度 5~95%,无凝结
标准配置
SS-ET0 空气温度、空气湿度、风速、风向、大气压和太阳辐射
SS-ET1 空气温度、空气湿度、风速、风向、大气压、降雨和太阳辐射
SS-ET2 空气温度、空气湿度、大气压力、风速、风向、降雨和太阳辐射
SS-ET3 空气温度、空气湿度、大气压力、风速、风向、降雨和太阳辐射,带地面拍照抓取地表信息功能
SS-ET4 空气温度、空气湿度、光照强度、降雨、风速、风向
SS-EU0 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层
SS-EU1 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层、地下水位1个
SS-EU2 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层、地下水位1个、土壤pH1层、土壤氧化还原1层
SS-EU3 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层
SS-EU4 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层、地下水位1个
SS-EU5 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层、地下水位1个、土壤pH2层、土壤氧化还原2层
SS-EU6 土壤水分4层、土壤温度4层、土壤电导率4层、地下水位1个、土壤pH1层、土壤氧化还原1层、带地面拍照抓取地表信息功能
SS-EU7 土壤水分8层、土壤温度8层、土壤电导率8层、地下水位1个、土壤pH2层、土壤氧化还原2层、带地面拍照抓取地表信息功能
SS-EV0 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)
SS-EV1 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)、水质自动取样单元
SS-EV2 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)、水质自动取样单元、水质自动监测单元
SS-EV3 地下水位(压力式)、地表水位(雷达式)、地表流量(雷达式)、水质自动取样单元、水质自动监测单元、水质质控单元
选购附件
N5401 数字传感器延长线
N5102 430mm*430mm*25mm,20W太阳能板
N5701-001 ST-3-20三脚安装支架套件,含标准安装支架、20W太阳能供电和安装包
N5701-002 ST-3-20-D三脚安装支架套件,含标准安装支架、20W太阳能供电和安装包
N5701-003 ST-4-20四脚安装支架套件,含标准安装支架、20W太阳能供电和安装包

水肥一体化在柑橘提质增效种植方面的应用

柑橘是世界第一大类水果,其喜温暖湿润,主要分布在地球中低纬度地区。中国自2008年成为世界柑橘第一大生产国以来,柑橘产业持续发展。柑橘产业已成为我国南方广大农村地区脱贫致富的主要途径之一,在新农村建设中发挥着重要作用。广西是最适合柑橘生长的区域之一,其得天独厚的自然环境,不仅使柑橘成为广西第一大水果,也使广西成为全国种柑橘植面积和产量最多的省份。尤其是宽皮柑橘、金橘和沙田柚等柑橘类,在全国均有着举足轻重的地位。

长期以来广西柑橘产业在种植品种、种植区域、种植规模等方面缺少科学规划,柑橘园管理粗放。重种植轻管理、重品种轻栽培、重病虫害防治轻生态环境功能研究等问题,造成了广西柑橘产业大而不强的现状。农户小而分散的柑橘生产方式、逐渐提高的生产成本、没有保障的柑橘品质等是影响广西柑橘竞争力的主要原因。我们针对广西橘园生态环境退化导致柑橘品质下降和劳动成本提升导致的效益降低的问题,通过集成生草覆盖和有机无机配施技术,减少化学肥料及农药的施用,减少水土流失,在提升广西橘园的生态服务功能中,提高柑橘质量;通过集成中微肥施用管理技术和水肥一体化技术开展精准橘园的水肥管理,提升智能化管理水平,降低生产成本,以实现广西柑橘产业的提质增效目标。