[發明專利]一種基于濃差電池監測土壤水分擴散的方法

有效

• 申請號: 202011328680.1
• 申請日: 2020-11-24
• 公開（公告）號: CN112630271B
• 公開（公告）日: 2023-08-15
• 發明（設計）人: 鄧歡;周文麗;周卓浩;羅文彬;李晨露;鐘文輝
• 申請（專利權）人: 南京師范大學
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 黃欣

本發明公開了一種基于濃差電池監測土壤水分擴散的方法，屬于環境檢測技術領域。由于土壤中含有大量的Casupgt;2+/supgt;、Ksupgt;2+/supgt;、Nasupgt;2+/supgt;等鹽離子，當土壤進行滴灌或滲灌時，水分加入土壤的位置含水量高、鹽離子濃度低，而水分擴散邊緣土壤含水量低、鹽離子濃度高，因此在土壤滴灌或滲灌的位置與水分擴散的邊緣存在鹽離子的濃度差，通過在土壤中構建濃差電池檢測兩者之間的濃差電壓，即可作為在線監測土壤水分擴散范圍和深度的信號。與現有的土壤水分擴散監測方法相比，本發明的監測方法具有成本低、操作簡單、可在線連續監測的優勢，彌補了已有檢測方法的不足。

技術領域

本發明屬于環境檢測技術領域，具體涉及一種基于濃差電池監測土壤水分擴散的方法。

背景技術

我國人均水資源嚴重不足，而且有限的水資源分布不均，制約了農業生產，限制了糧食產量，因此提倡大力發展節水灌溉十分必要。節水灌溉主要包含滴灌、滲灌等措施，這些措施用水量少，一方面起到了節水的作用，但另一方面，有限的水分能否擴散到作物根系關系到節水灌溉措施的效果。不同地區的土壤理化性質存在較大差異，因此不同土壤的水分擴散范圍和深度也不同。鑒于此，有必要監測和掌握不同土壤水分擴散的范圍和深度，從而提高滴灌和滲灌的精準性和有效性，更好服務于糧食增產。

目前對于土壤水分擴散的監測主要通過目測觀察浸潤線、取土樣烘干法測含水量、中子法等。這些方法存在明顯的不足，如：人工觀察浸潤線耗時費力，且浸潤深度不好觀察；取土加熱測含水量的方法耗費能源，加熱等待時間久，無法在線連續監測，；而中子法存在成本較高的問題。因此，設計一種可在線連續監測土壤水分擴散的簡便方法，意義重大。

發明內容

解決的技術問題：為了解決現有土壤水分擴散監測方法存在的種種不足，本發明提供一種基于濃差電池監測土壤水分擴散的方法。該方法具有成本低、操作簡單、可在線監測的優勢，而且監測過程不使用任何化學物質，有助于提高不同地區滴灌和滲灌的精準性和有效性，更好服務于糧食增產。

技術方案：一種基于濃差電池監測土壤水分擴散的方法，包括以下步驟：

步驟1，將基準電極垂直插入待測土壤中，然后以基準電極為中心向外延伸布設平面電極，平面電極插入土壤的深度與基準電極相同，再以基準電極為起點向下延伸布設深度電極，深度電極插入土壤的深度大于基準電極；

步驟2，將基準電極和平面電極通過導線連接，并串聯電壓記錄設備，構成監測水平方向水分擴散的濃差電池，同樣將基準電極和深度電極通過導線連接，并串聯電壓記錄設備，構成監測垂直方向水分擴散的濃差電池；

步驟3，在插有基準電極的土壤處滴加溶液，當平面電極和基準電極串聯的電壓記錄設備顯示電壓讀數，即可說明水分在水平方向的擴散范圍、速度和時間，當深度電極和基準電極串聯的電壓記錄設備顯示電壓讀數，即可說明水分在垂直方向的擴散范圍、速度和時間。

進一步地，所述平面電極的數量至少為一根，平面電極之間的間距為0.1-20cm。

進一步地，所述深度電極的數量至少為一根，深度電極之間的間距為0.1-20cm。

進一步地，所述基準電極、平面電極、深度電極的形狀為柱狀或針狀，材質為不銹鋼、鈦或石墨。

進一步地，所述導線的材質為銅、鋁或鈦。

進一步地，所述電壓記錄設備為萬用表、數據采集卡或電化學工作站。

進一步地，所述平面電極插入土壤的方向為垂直或斜插。

進一步地，所述深度電極插入土壤的方向為垂直或斜插。