氮磷钾肥力检测仪制作（大田施肥机的鸡肋）

12月1日，灌溉俱乐部年会的座谈交流阶段，一位做水肥一体化工程的朋友提了一个很好的问题：“我们做大田水肥一体化时候，施肥机监测出土壤Ec值有什么用呢？如何指导施肥呢？”这个问题很有代表性，会场中很多做施肥一体化工程的朋友都遇到过用户问到这个问题。

为了回答好这个问题，我做了一个简单的检索，在“SooPAT 专利搜索”系统输入施肥机三个字，发现有3512个专利结果（包括发明专利、发明专利实质性审查中、实用新型专利），今天结果如下图。

在“SooPAT 专利搜索”系统输入“施肥 EC”时候，具有288个结果。具体如下：

进入第一个发明专利“利用检测施肥溶液及土壤中EC值确定植物施肥量的方法”该专利的摘要是：“本发明涉及精准化灌溉确定施肥量领域，具体为一种利用检测施肥溶液及土壤中EC值确定植物施肥量的方法。该方法通过使用EC传感器即时获取施肥溶液及土壤的EC值，利用各自比例常数将EC值换算成对应的肥量，两者数据的差值确定施肥量。本发明通过两个EC传感器，并在温度、张力、酸碱度传感器的辅助作用下，对施肥液及土壤EC值进行即时信号反馈，通过比例常数转换，最终计算出施肥量，进而能够给出合理的施肥方案。本发明有利于智能滴灌系统精准控制施肥量，大幅度提高肥料和水的利用效率，提高作物产量和质量。”专利申请书中关于Ec值反应施肥量的表述是：“通过施肥溶液 EC 传感器和土壤 EC 传感器，在温度及酸碱度等传感器的辅助作用下，分别对施肥溶液和土壤 EC 值进行即时信号反馈，并在处理器中通过比例常数换算成各自的肥量，根据公式计算施肥量。该方法能够有效地对被控制对象，即施肥溶液及土壤中 EC值进行实时监测，将检测的数据进行比例转换，经过比例常数变换，转换成溶液肥量及植物根部土壤肥含量，两者数据的差值即为施肥量。”

为了验证类似技术“监测土壤Ec值变化就可以实时掌握土壤中养分状况，决策单次灌溉施肥的量”我们需要学习几个基本知识：

第一、什么是土壤Ec值？

土壤Ec值，也称为土壤电导率，是用来测量溶液中可溶性盐浓度的，也可以用来测量液体肥料或种植介质中的可溶性离子浓度。Ec值的单位用mS/cm 或mmhos/cm表示，测量温度通常为25℃。常用的仪器和基本原理是：（电导率仪）电导法测定原理是土壤水溶性盐是强电解质，其水溶液具有导电作用，在一定浓度范围内，溶液的含盐量与电导率呈正相关，因此通过测定待测液电导率的高低即可测出土壤水溶性盐含量。

也就是说土壤Ec值反应的是土壤中全部水溶性盐的导电性能。全部水溶性盐包括：八大离子（钾离子、钠离子、钙离子、镁离子、碳酸根、碳酸氢根、硫酸根、氯离子）、氢离子、氢氧根离子、硝酸根、铵根、磷酸根、甚至还有硅酸根、铝离子、重金属离子等等。

第二、什么是土壤Ec值监测的精度和响应Ec变化需要的肥料量是多少

2016年6月24日环境保护部发布了《土壤 电导率的测定 电极法》(HJ 802-2016)等国家环境保护标准，。我们可以看几个标准中的内容：

1、电导率监测精度：1%

2、氯化钾的标准溶液的对应电导率：如下图

3、土壤平均电导率：6.9-166mS/m，实际上盐碱地的电导率可能达到1000-2000mS/m。

为了方便计算我们现在选择土壤电导率为141mS/m的土壤。对应的土壤盐分折合成氯化钾是0.01mol/L，氯化钾的摩尔质量74.55g/mol。普通土壤（电导率141mS/m）的平均盐分浓度折合为氯化钾是0.7455g/L.（0.7455kg/m³）

那么我们一亩地的土壤是多少呢？

那么我们现在算一个帐，一亩地，667m²，我们按照25cm土层计算，那么一亩地有多少土壤呢？166.75m³土壤。

土壤（电导率为141mS/m的土壤）中全部盐分折合成氯化钾大概有多少呢？124.3`kg.氯化钾。

电导仪精度是1%，也就是说在土壤电导率为141mS/m的条件下，土壤施肥1.243kg氯化钾，我们的土壤电导仪才能准确反应出土壤中Ec值的变化。

按照新疆北疆片区亩产籽棉350~450㎏目标产量，低肥力区，氮肥推荐施用量为20~22kg/亩，磷肥（P₂O₅）为8~9kg/亩，钾肥为4~5kg/亩。中等肥力区，氮肥推荐施用量为18~20kg/亩，磷肥（P₂O₅）为7~8kg/亩，钾肥为3~4kg/亩。高肥力区，氮肥推荐施用量为16~18kg/亩，磷肥（P₂O₅）为6~7kg/亩，钾肥为2~3kg/亩。亩均用肥量35kg纯量，对应的电导率折合成氯化钾70kg。

按照随水施肥原则除了施肥高峰期，其他时间单次施肥量均小于总量的10%，对应的肥料投入量折合为氯化钾小于7kg。

总施肥量7kg——而监测设备的精度是1%，需要施肥量大于等于1.243时候才有响应。

难道这个检测不是鸡肋吗？

第三、复杂条件下的Ec与施肥量呢。

上面分析的是把所有指标均设定为简单的氯化钾状态计算，而实际上土壤是十分复杂的，土壤有多这离子组成，而且土壤胶体、有机质等均影响土壤中离子平衡，从而影响电导率；同时土壤含水量也影响这个数据。

有人会说我可以做一个模型提前计算好？但是不区域不同土质呢？你可以做多少模型？

另外遇到盐碱地呢？如果土壤基础的电导率是1410mS/m的条件下，土壤施肥12.43kg氯化钾，我们的土壤电导仪才能准确反应出土壤中Ec值的变化。你单次施用7-8kg肥料时候，电导率仪的数值变化确定是施肥引起的吗？

如果遇到微咸水灌溉呢？灌溉水中的盐分可能比肥料电导离子总量都多？我们的Ec值监测的意义呢？

综上所述，（1）在土壤改良中Ec值监测很有意义，因为这个时候我们是按照Ec值的数量级变化来确定土壤的盐化程度。简单的测定土壤Ec值就可以为土壤改良和综合利用提供很重要的指导。（2）施肥时候我们需要测定一个基础的Ec值，因为Ec值的大小反应这土壤盐分状况，不同盐分状况会影响肥料的利用效率。（3）但是作为水肥一体化施肥机，监测土壤Ec值的意义不是很大，在确定的情况下能够反应出施肥后土壤Ec值发生了变化，但是具体Ec值的变化量和施肥量之间的关系，不同区域差异很大，甚至不同土层都有差异。这些数值只是看看就好了，真正指导施肥机作业还有很长路需要走，如果条件也许试试离子探头，试着监测一下钾离子变化、铵离子变化、硝酸根离子变化也许更有意义。

作者：新疆农垦科学院梁飞，个人观点，欢迎讨论交流，已经头条号和朋友转载！其他平台转发请联系作者，否则按照侵权处理！

部分观点节选自下面两本书