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

1、土壤電導(dǎo)(鹽分)對植物的影響

    土壤鹽分過多對植物生長的影響是多種多樣的，主要危害有以下幾個方面：  

（1） 生理干旱。土壤中可溶性鹽類過多，由于滲透勢增高而使土壤水勢降低，根據(jù)水從高水勢向低水勢流動的原理，根細(xì)胞的水勢必須低于周圍介質(zhì)的水勢才能吸水，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。因而鹽害的通常表現(xiàn)實(shí)際上是一個旱害，尤其在大氣相對濕度低的情況下，隨蒸騰加強(qiáng)，鹽害更為嚴(yán)重，植物生長異常,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過多而排斥了對另一些營養(yǎng)元素吸收。

（3） 破壞正常代謝。鹽分過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，生長在鹽分過多的土壤中的作物，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。葉綠體是植物進(jìn)行光合作用的主要場所。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,對植物光合作用的影響主要是對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)營養(yǎng),造成營養(yǎng)不良,致使葉綠素含量低,影響光合作用。另外,鹽分過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。鹽分過多對蛋白質(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)對植物有毒害作用,致使植物葉片生長不良,抑制根系生長,組織變黑壞死等。

2、  測量土壤電導(dǎo)(鹽分)的意義

    土壤中的總鹽量是表示土壤中所含鹽類的總含量。由于土壤浸出液中各種鹽類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離子的量和各種陰離子的量之和。近年來，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，含鹽量是一個重要的綜合指標(biāo)，而測定土壤中的電導(dǎo)率可以直接反映出混合鹽的含量。因此，對土壤中電導(dǎo)率進(jìn)行監(jiān)測 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，對于確定各種田間參數(shù)時空分布的差異有重大意義。

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

（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，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，測定灌溉水中的鹽分含量，以便合理利用水利資源，開墾荒地，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，使根尖受到損傷，進(jìn)而喪失吸收水分和營養(yǎng)的能力，這也是過度施肥會引起燒苗的原因。

（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：輕度時根尖變褐、側(cè)根干枯、沒有根毛，嚴(yán)重時整個根系腐爛壞死。土壤EC值過高也會增加根腐?。ňd腐病菌引起）的發(fā)生機(jī)率。

    當(dāng)發(fā)現(xiàn)作物植株生長緩慢或停止生長時，切忌盲目性追肥補(bǔ)充營養(yǎng)。首先，應(yīng)當(dāng)觀察植物根部情況，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）測試儀檢測土壤的EC值。當(dāng)植物根部吸收能力下降時，不合理的施肥會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，加速植株恢復(fù)正常。

4、電導(dǎo)與鹽分的測量

    通常電導(dǎo)率EC（Electrical Conductivity）是用來衡量溶液中可溶性鹽濃度的指標(biāo)，單位為西門子每米S/m（1S/m=10mS/cm = 10000uS/cm = 10dS/m）。根據(jù)土壤基質(zhì)或營養(yǎng)液的電導(dǎo)率取決于其溫度和鹽度（即鹽分）的性質(zhì)，通過測定其電導(dǎo)率和溫度就可以求得鹽度。EC值的測量溫度通常為25℃，同一溶液中，測量溫度越低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℃時用負(fù)值，溫度低于25℃時用正值。所以可以根據(jù)電導(dǎo)率估算鹽分。

5、土壤含水率對植物的影響

    適度的水分是植物生長的一個重要條件。水分過多或者缺乏，生長就會受到以下多方面的影響。

（1）對植物形態(tài)的影響:植物通過水分供應(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)量形成的動態(tài)變化上。遭受水分脅迫后的植株個體低矮，光合葉面積明顯減小，產(chǎn)量降低。

（2）對葉片變化的影響:葉片是光合與蒸騰的主要場所。葉肉細(xì)胞擴(kuò)張和葉片生長對水分條件十分敏感。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，植株缺水時所發(fā)生的萎蔫現(xiàn)象便是膨壓下降的表現(xiàn)。

（3）對產(chǎn)量形成的影響:作物產(chǎn)量是太陽能轉(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，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，根系吸收有限的水分，首先滿足自己的需要，給地上部分輸送的就很少。所以土壤水分不足時對地上部的影響比地下部的影響更大。根冠比增大。反之，若土壤水分過多，土壤通氣條件差，對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根重，抑制地上部分的生長，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”，提高植株的抗旱能力。

（5）對光合作用的影響: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，光合最強(qiáng)；水分過多，組織水分達(dá)到飽和時，氣孔被動關(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，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）對有機(jī)質(zhì)運(yùn)輸?shù)挠绊?水分供應(yīng)減少，葉片水勢隨之降低，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)動的速度降低。水是物質(zhì)轉(zhuǎn)化運(yùn)輸?shù)慕橘|(zhì)，同時它也直接參運(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，水分過多也不利于有機(jī)質(zhì)的運(yùn)輸，這主要是由于水分過多而造成土壤通氣不良，影響呼吸作用和其他代謝過程引起的。

（7）對礦質(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。植物對水分和礦質(zhì)的吸收是既有關(guān)，又無關(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吸水，而礦質(zhì)吸收主要是消耗代謝能量的主動吸收為主。

（8）對種子萌發(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)，供胚生長分化之用；水分可促進(jìn)可溶性物質(zhì)運(yùn)輸?shù)秸谏L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，是觀測和研究鹽漬土的發(fā)生、演變、改良以及水鹽動態(tài)的重要工具。通過測量土壤的介電常數(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/鹽分傳感器測量土壤水分的體積百分比。適用于土壤墑情監(jiān)測、科學(xué)試驗(yàn)、節(jié)水灌溉、溫室大棚、花卉蔬菜、草地牧場、土壤速測、植物培養(yǎng)、污水處理、農(nóng)業(yè)等場合。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)行動態(tài)檢測。

（5）保護(hù)電路與多種信號輸出接口可選。

三、數(shù)據(jù)計算方法

土壤溫濕度，電導(dǎo)率RS485報文

修改地址

10功能碼寫地址指令：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℃（讀出值除以十計算）

注：當(dāng)數(shù)據(jù)小于8000時，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，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。

土壤濕度00XB1=177=177/10=17.7％（讀出值除以十計算）

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

查詢傳感器（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℃（讀出值除以十計算）

查詢傳感器（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％（讀出值除以十計算）

查詢傳感器（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）