土壤离子传感器工作原理

并非所有土壤离子传感器方法都是一样的。TDR、FDR、电容、电阻、溶液、荧光：今天的互联网搜索提供了数千种测量土壤离子的选项，从使用刻度盘指示离子的传感器到使用简单微处理器进行电子监控的传感器。当您只想找出哪个传感器提供最可靠、稳健、准确和可发布的数据时，市场上的传感器数量之多令人困惑和沮丧。
 
多年来，欣仰邦 的研发人员花费了数千小时来安装土壤离子传感器并监测、解释和发布来自现场实验的数据。随着时间的推移，我们学到了很多关于如何获得高质量土壤离子分数据的知识。在本文中，我们将与您分享这些专业知识。以下是常用土壤传感方法的比较、每种方法的科学测量理论、优缺点以及哪些技术可能适用于不同类型的实地研究。还了解为什么现代土壤离子传感不仅仅是传感器。
 
在互联网上搜索土壤传感器的一个困难是术语“土壤离子传感器”不够具体。土壤中的离子分可以指两种不同的东西：含离子量（土壤中离子的数量或百分比）或离子势（土壤中离子的能量状态）。一个是广泛变量，另一个是密集变量。使用术语“土壤离子传感器”进行搜索将找到两种类型的传感器。
含离子量是指土壤中按重量或体积计算的离子量。下图1左侧说明了如何按体积计算土壤含离子量（体积含离子量）。所有原位测量都是基于体积的测量。
图 1.按体积计的土壤含离子量  
图 1 的右侧是可能在土壤中的土壤矿物质、离子和空气的数量（百分比）方面的图形表示。如果您有兴趣测量土壤离子分的百分比，请使用更具体的搜索词，例如“土壤离子分含量传感器”或“体积离子分含量传感器”。 
含离子量有时与离子势混淆
离子势不同于含离子量。它是指土壤中离子的能量状态。通常，这取决于离子分子在土壤颗粒上的表面附着力。
图2。离子分子的粘性将其吸引到土壤颗粒表面。每单位体积土壤的表面积越大，其能量状态或离子势就越低。  
图 2 说明了土壤颗粒周围的离子边界层（蓝色）。随着土壤离子分的减少，该边界层变得更薄。发生这种情况时，剩余的离子分子与土壤颗粒的表面结合得更紧密。这种结合降低了离子的势能，使其更难以用于植物或运动。如果您想测量或预测植物离子分可用性或土壤离子分运动，请使用术语“离子势传感器”或“基质势传感器”。
 
TDR、FDR、电容、电阻方法——比较
可以使用基于采样的技术在田地、集离子区或大陆范围内测量土壤含离子量。它还可以使用向下涌流的中子在大面积上进行测量。
 
所有这些技术都非常有用，但在本文中，我们将比较在地块、处理或田地中的单个位置进行测量的原位技术。其中包括四种基本方法： 
反应
介电常数（TDR、FDR、电容）
导热系数
热化中子 
到目前为止，这些传感技术中最常见的是电阻和电介质（TDR 传感器、FDR 传感器、电容传感器），这些将是我们比较的重点。