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土壤墑情傳感器

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產品介紹

MC-4IN1土壤水分/電導率/溫度/鹽分傳感器

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    本公司鄭重承諾:凡是采購我公司傳感器的用戶,我公司提供免費一對一的技術支持(接線方法、數據解析、維護保養等知識),直至用戶掌握使用。


一、產品介紹與背景知識

1、土壤電導(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,根據水從高水勢向低水勢流動的原理,根細胞的水勢必須低于周圍介質的水勢才能吸水,所以土壤鹽分愈多根吸水愈困難,甚至體內水分有外滲的危險。因而鹽害的通常表現實際上是一個旱害,尤其在大氣相對濕度低的情況下,隨蒸騰加強,鹽害更為嚴重,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,凈光合生產率低,不利于生長。葉綠體是植物進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度的生理指標。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營養,造成營養不良,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,氣孔關閉,使光合速率下降,影響作物產量。

4) 對植物細胞膜結構的影響。鹽脅迫直接影響細胞的膜脂和膜蛋白,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,細胞壁和質膜相互接觸,細胞在失水時質膜收縮,由于質膜與細胞壁的彈性不同,質壁相互“撕扯”變形,產生機械脅迫,引起細胞內游離鈣離子濃度增加,誘導植物活性氧迸發。鹽脅迫使細胞失水,引起細胞膨壓和滲透壓變化。

5) 阻礙農作物蛋白質合成。鹽分過多對蛋白質代謝影響比較明顯,抑制合成促進分解,抑制蛋白質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半膚氨酸和蛋氨酸合成減少,從而使蛋白質含量減少。使作物產生有毒物質。鹽脅迫使植物體內積累有毒的代謝產物,如蛋白質分解的產物游離的氨基酸、胺、氨等的積累,這些物質對植物有毒害作用,致使植物葉片生長不良,抑制根系生長,組織變黑壞死等。

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2、測量土壤電導(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,產生土壤酸化和次生鹽漬化現象,這主要是由于土壤常年覆蓋或季節性覆蓋改變了自然狀態下的水熱平衡(高溫、缺少雨水淋洗、蒸發強烈),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,而測定土壤中的電導率可以直接反映出混合鹽的含量。因此,對土壤中電導率進行監測 能夠掌握其污染狀況是十分必要的。    

土壤電導率是研究精細農業不可缺少的重要參數,它包含了反映土壤質量和物理性質的豐富信息。例如:土壤中的鹽分、水分、溫度、有機質含量和質地結構都不同程度影響著土壤電導率。有效獲取土壤的電導率值,對于確定各種田間參數時空分布的差異有重大意義,從而也為基于信息和知識的現代精細農業的普及推廣打下基礎。

1)了解水鹽動態及其對作物的危害,為土壤鹽分的預測、預報提供參考,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生的效果。

3)根據土壤含鹽量及其組成,進行鹽漬土分類,并進行合理規劃,以達到合理種植、合理灌溉及合理排水的目的。

4)進行灌溉水的品質鑒定,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。

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3、植物收到鹽分脅迫的判斷

土壤基質的電導率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,進而喪失吸收水分和營養的能力,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)根部表現的癥狀為:輕度時根尖變褐、側根干枯、沒有根毛,嚴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)的發生機率。

當發現作物植株生長緩慢或停止生長時,切忌盲目性追肥補充營養。首先,應當觀察植物根部情況,結合基質特性和水肥管理情況做判斷,用土壤電導率(鹽分)測試儀檢測土壤的EC值。當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,以達到降低土壤鹽分濃度的目的;第三,可以適當使用生根劑,促進植物根系生長,加速植株恢復正常。

4、電導與鹽分的測量

通常電導率EC(Electrical Conductivity)是用來衡量溶液中可溶性鹽濃度的指標,單位為西門子每米S/m(1S/m=10mS/cm = 10000uS/cm = 10dS/m)。根據土壤基質或營養液的電導率取決于其溫度和鹽度(即鹽分)的性質,通過測定其電導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℃電導率的變化值約為2%。

電導率與鹽分大致成線性關系,以溫度25℃為基準,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℃時用負值,溫度低于25℃時用正值。所以可以根據電導率估算鹽分。

 

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)對植物形態的影響

植物通過水分供應進行光合作用和干物質積累,其積累量的大小直接反映在株高、莖粗、葉面積和產量形成的動態變化上。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。葉肉細胞擴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,既要靠纖維素的支持,還要靠組織內較高膨壓的支持,植株缺水時所發生的萎蔫現象便是膨壓下降的表現。

 

3)對產量形成的影響

作物產量是太陽能轉化為化學能在作物上的積累。土壤水分狀況影響植物根系吸水和葉片蒸騰,進而影響到干物質積累,最終影響作物產量。

 

4)水分對根冠發育的影響

植物根系是吸水的主要器官,其發育受多方面的影響,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,當土壤含水量較高時,根系擴散受到土壤的阻力變小,有利于新根發生,根系發達。土壤中通常含有一定的可利用水,所以根系本身不容易發生水分虧缺。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積累,單產降低,但有利于密植,從而提高總產。研究表明:一定時期的水分虧缺有利于提高產量和品質。前期干旱可以增強后期的抗旱能力,苗期的輕度抗旱能促進根系的“補償生長”,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。試驗表明,植物組織水分接近飽和時,光合最強;水分過多,組織水分達到飽和時,氣孔被動關閉,光合受到抑制。水分缺乏,光合降低;嚴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,最終導致葉片擴散阻力加大,CO2擴散受阻,光合速率下降。

 

6)對有機質運輸的影響

水分供應減少,葉片水勢隨之降低,從源葉運輸到韌皮部的同化物質減少。原因一方面是葉片水勢降低,光合速率降低,使葉肉細胞內可運出蔗糖濃度變低,另一方面是由于篩管內集流的縱向運動的速度降低。水是物質轉化運輸的介質,同時它也直接參運某些生化反應。通常,作物果實膨大期或灌漿期水分不足,由于光合作用和運輸受阻,使果實和種子不能積累充足的有機物而變得干癟瘦小。因此在干旱情況下,灌水可以加速有機物質的運輸。但是,水分過多也不利于有機質的運輸,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)對礦質元素吸收和運輸的影響

礦質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鹽分的量是不成比例的,兩種吸收均因環境的變化而產生很大差異。植物對水分和礦質的吸收是既有關,又無關。有關,表現在鹽分一定要溶解在水中才能被植物根系吸收,并隨水流進入植物的根系;無關,表現在兩者的吸收機理不同。水分吸收主要是蒸騰作用引起的被動吸水,而礦質吸收主要是消耗代謝能量的主動吸收為主。

 

8)對種子萌發的影響

吸水是種子萌發的主要條件。種子只有吸收了足夠的水分后,各種與萌發有關的生理生化作用才能逐步開始。這是因為水分可以使種皮膨脹軟化,氧氣容易透入而增強胚的呼吸,同時也使胚易于突破種皮;水分可使原生質由凝膠狀態轉變為溶膠狀態,使代謝增強,并在一系列酶的作用下,使胚乳的貯藏物質逐步轉化為可溶性物質,供胚生長分化之用;水分可促進可溶性物質運輸到正在生長的幼芽、幼根,供給呼吸需要和新細胞結構的形成。

二、 產品介紹

MC-4IN1土壤水分/電導率/溫度/鹽分傳感器性能穩定靈敏度高,是觀測和研究鹽漬土的發生、演變、改良以及水鹽動態的重要工具。通過測量土壤的介電常數,能直接穩定地反映各種土壤的真實水分含量。MC-4IN1土壤水分/電導率/溫度/鹽分傳感器測量土壤水分的體積百分比,是符合目前國際標準的土壤水分測量方法。土壤墑情傳感器適用于土壤墑情監測、科學試驗、節水灌溉、溫室大棚、花卉蔬菜、草地牧場、土壤速測、植物培養、污水處理、精細農業等場合。傳感器具有以下特點:

(1) 土壤含水率、電導率以及溫度三參數合一。

(2) 也可用于水肥一體溶液、以及其他營養液與基質的電導率。

  3)電極采用特殊處理的合金材料,可承受較強的外力沖擊,不易損壞。

  4)土壤墑情傳感器完全密封,耐酸堿腐蝕,可埋入土壤或直接投入水中進行長期動態檢測。

  5)精度高,響應快,互換性好,探針插入式設計保證測量精確,性能可靠。

  6)完善的保護電路與多種信號輸出接口可選。

 

技術參數

信號輸出類型

電壓輸出0-2V

(輸出阻抗約0歐)

電流輸出4-20mA

(負載電阻<500ohm)

RS485接口

Modbus協議

供電電壓

3.6-30V/DC直流

12-30V/DC直流

3.6-30V/DC直流

靜態功耗

6mA@24V DC直流

50mA@24V DC直流

(兩電流輸出通道均為20mA)

6mA@24V DC直流

土壤水分量程

可選量程:0-50%,0-100%

分辨率:0-50%內0.03%,50-100%內1%

精度:0-50%內2%,50-100%內3%

電導率量程

可選量程:0-5000us/cm,10000us/cm,20000us/cm

分辨率:0-10000us/cm內10us/cm, 100000-20000us/cm內50us/cm

精度0-10000us/cm范圍內為±3%; 10000-20000us/cm范圍內為±5%

更高精度需定制

電導率溫度補償

內置溫度補償傳感器,補償范圍0-50℃

溫度測量量程

量程:-40~80℃,分辨率:0.1℃,精度:±0.5℃

測量原理與測量方式

土壤水分FDR方法,土壤電導率交流電橋法

土壤原位插入或浸沒入培養液、水肥一體營養液中直接測試

防護等級

IP68浸沒水中可長期使用

運行環境

-40~85℃

探針材料

防腐特制電極

密封材料

黑色阻燃環氧樹脂

安裝方式

全部埋入或探針全部插入被測介質

默認線纜長度

2米,線纜長度可按要求定制

連接方式

預裝冷壓端子

外形尺寸

45*15*145mm

電極長度

70mm

由于電極直接測定土壤中的可溶鹽離子的電導率,因此土壤體積含水率需高于約20%時土壤中的可溶離子才能正確反映土壤的電導率。在長期觀測時,灌溉或者降雨后的測量值更接近真實水平。如果進行速測,可先在被測土壤處澆水,待水分充分滲透后進行測量。

1)快速測量法:選定合適的測量地點,避開石塊,確保電極不會碰到石塊之類堅硬物體,按照所需測量深度刨開表層土,保持下面土壤原有的松緊程度,握緊傳感器體垂直插入土壤,插入時不可前后左右晃動,確保與土壤緊密接觸。一個測點的小范圍內建議測多次求平均。

2)埋地測量法:根據需要的深度,垂直挖直徑大于20厘米的坑,深度按照測量需要,然后在既定深度將傳感器鋼針水平插入坑壁,將坑填埋壓實,確保電極與土壤緊密接觸。穩定一段時間后,即可進行連續數天、數月乃至更長時間按的測量和記錄。

 

如果在較堅硬的地表測量時,應先鉆孔(孔徑應小于探針直徑),再插入土壤中并將土壓實然后測量;傳感器應防止劇烈振動和沖擊,更不能用硬物敲擊。由于傳感器為黑色封裝,在強烈陽光的照射下會使傳感器使急劇升溫(可達50℃以上),為了防止過高溫度對傳感器的溫度測量產生影響,請在田間或野外使用時注意遮陽與防護。

 

 

三、數據計算方法

 

土壤溫濕度,電導率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)(校驗位低)(校驗位高)

 

查詢傳感器(地址為01)的土壤溫度,濕度,電導率數據。

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起始寄存器地址高

起始寄存器地址低

寄存器長度高

寄存器長度

校驗位低

校驗位高

01

03

00

67

00

03

B4

14

若傳感器接收正確回復以下數據。

地址

功能碼

數據長度

寄存器67數據高

寄存器67數據低

寄存器68數據高

寄存器68數據低

寄存器69數據高

寄存器69數據低

校驗位低

校驗位高

01

03

06

FF

E7

00

B1

00

C5

91

18




土壤溫度

單位:℃

土壤濕度

單位:%

土壤電導率

單位:us/cm



以上數據表示:

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

注:當數據小于8000時,換算成十進制數據后÷10,即小數點左移一位,當數據大于等于(8000時,用FFFF減去該數據后加1,換算成十進制數據后÷10,即小數點左移一位,然后前面加負號。

土壤濕度00XB1=177=177/10=17.7%(讀出值除以十計算)

土壤電導率00XC5=197us/cm(讀出值為實際值)

 

查詢傳感器(地址為01)的土壤溫度數據。

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起始寄存器地址高

起始寄存器地址低

寄存器長度高

寄存器長度

校驗位低

校驗位高

01

03

00

67

00

01

35

D5

若傳感器接收正確回復以下數據。

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數據長度

寄存器67數據高

寄存器67數據低

校驗位低

校驗位高

01

03

02

00

E2

38

0D




土壤溫度

單位:℃



以上數據表示: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)的土壤濕度數據。

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起始寄存器地址高

起始寄存器地址低

寄存器長度高

寄存器長度

校驗位低

校驗位高

01

03

00

68

00

01

05

D6

若傳感器接收正確回復以下數據。

地址

功能碼

數據長度

寄存器68數據高

寄存器68數據低

校驗位低

校驗位高

01

03

02

00

94

B9

EB




土壤濕度

單位:%



以上數據表示: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)的土壤電導率數據。

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起始寄存器地址低

寄存器長度高

寄存器長度

校驗位低

校驗位高

01

03

00

69

00

01

54

16

若傳感器接收正確回復以下數據。

地址

功能碼

數據長度

寄存器69數據高

寄存器69數據低

校驗位低

校驗位高

01

03

02

00

BF

F9

F4




土壤濕度

單位:us/cm



以上數據表示:土壤電導率00XBF=191us/cm(讀出值為實際值)

         

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