土壤條件的監(jiān)測與控制的制作方法
【專利摘要】多種方法被提供用于土壤條件的監(jiān)測和控制。在其中的一個實例中，一種方法包括從在土壤基質(zhì)內(nèi)的抽吸探針(32)中獲得含水樣本并且分析該含水樣本以確定土壤基質(zhì)的化學(xué)組成。添加物的量可以被確定以調(diào)整土壤基質(zhì)的化學(xué)組成。在另一個實例中，一種方法包括在土壤基質(zhì)內(nèi)安裝抽吸探針；抽真空以引起來自土壤基質(zhì)的水溶液的水力傳導(dǎo)；提取含水樣本；并且分析該含水樣本以確定土壤基質(zhì)的化學(xué)組成。在另一個實例中，一種方法包括獲得被提供給土壤基質(zhì)的肥料溶液(FS)的組成和土壤基質(zhì)內(nèi)的化學(xué)組成；確定養(yǎng)分利用，并且提供添加物的量以產(chǎn)生用于供給的后續(xù)的FS。
【專利說明】土壤條件的監(jiān)測與控制 [0001] 與相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本申請要求于2012年2月27日提交的、具有序列號61/603,680的、名稱為 "MONITORING AND CONTROL OF SOIL CONDITIONS"的共同待審的美國臨時申請的優(yōu)先權(quán)，在 此通過引用將其全部并入本文。
[0003] 背景
[0004] 隨著人口不斷增加，糧食生產(chǎn)成為一個不斷擴大的問題。水資源的有效利用影響 農(nóng)場的生產(chǎn)力。此外，施肥已經(jīng)成為提高農(nóng)場的生產(chǎn)力和質(zhì)量的主要因素之一。這導(dǎo)致了 全球范圍內(nèi)化肥的消費量增加，引起諸如來自農(nóng)業(yè)活動的生產(chǎn)成本增加和污染的影響的新 的問題。
[0005] 附圖簡要說明
[0006] 參照以下附圖，能夠更好地理解本發(fā)明的許多方面。在附圖中的部件不一定是按 比例的，而是將重點放在清楚地說明本發(fā)明的原理上。此外，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記表 示貫穿多個視圖中的對應(yīng)的部分。
[0007] 圖1是圖示了根據(jù)本公開內(nèi)容的多個實施方案使用多個抽吸探針監(jiān)測土壤條件 的圖示。
[0008] 圖2是根據(jù)本公開內(nèi)容的多個實施方案的圖1的抽吸探針的實例的圖示。
[0009] 圖3是圖示了根據(jù)本公開內(nèi)容的多個實施方案的監(jiān)測和控制土壤條件的實例的 流程圖。
[0010] 圖4是圖示了根據(jù)本公開內(nèi)容的多個實施方案的樣本分析的實例的流程圖。
[0011] 圖5是圖示了根據(jù)本公開內(nèi)容的多個實施方案的在植物中多種添加物和它們的 影響之間的關(guān)系的表格。
[0012] 圖6是圖示了根據(jù)本公開內(nèi)容的多個實施方案的圖3的組成和/或利用評價的實 例的流程圖。
[0013] 圖7是根據(jù)本公開內(nèi)容的多個實施方案的可用于監(jiān)測和控制土壤條件的系統(tǒng)的 實例。
[0014] 詳細(xì)描述
[0015] 本文公開的是涉及例如在農(nóng)業(yè)應(yīng)用中土壤條件的監(jiān)測和控制的多種實施方案。現(xiàn) 將詳細(xì)地參考如附圖中圖示的實施方案的描述，其中相同的附圖標(biāo)記表示貫穿多個視圖中 的相同的部分。
[0016] 水和肥料的控制的應(yīng)用能夠以可持續(xù)的方式提高農(nóng)場的生產(chǎn)力，提供更大的收益 性、食品安全和環(huán)境保護。監(jiān)測作物的營養(yǎng)條件可以被用來控制可利用的資源（例如，水和 肥料）的應(yīng)用，以滿足貫穿植物發(fā)展期間的植物營養(yǎng)需要；因此提高所得到的產(chǎn)品的生產(chǎn) 力和質(zhì)量，同時減少進料和通過浸出的損失。
[0017] 植物的根系周圍的土壤和/或液體的化學(xué)組成的分析以及土壤條件的診斷能夠 提供植物的養(yǎng)分吸收的指示，該指示可以被用來控制澆水和/或施肥。土壤條件的監(jiān)測 可以使用安裝在作物的根系分布的不同深度水平的抽吸探針來完成。通過提取來自根系 周圍的土壤基質(zhì)的水溶液，根系活力和土壤條件的相互作用可以被監(jiān)測并用于控制養(yǎng)分 到土壤基質(zhì)的應(yīng)用。例如，添加到土壤的進料（例如，水、廢水（effluent)、肥料、輔佐劑 (coadyuvant)、螯合物等）的反應(yīng)和性質(zhì)和土壤與這些進料的反應(yīng)，以及對養(yǎng)分吸收的根 系活力可以貫穿植物的物候周期被評價，以提供可以用于以循環(huán)或連續(xù)的方式控制諸如例 如化學(xué)養(yǎng)分的添加物的應(yīng)用的指示。
[0018] 參考圖1，顯示的是圖示了根據(jù)本公開內(nèi)容的多個實施方案使用一個或多個抽吸 探針106監(jiān)測土壤103的條件的圖示。例如，相同物種的植物109被種植在土壤基質(zhì)103 中，并且它們的根系延伸穿過根系活力區(qū)112。水和/或肥料溶液115可以通過滴水線、噴 灑器或其他輸送系統(tǒng)提供給植物109。在圖1的實例中，抽吸探針106被置于植物109的根 系活力區(qū)112內(nèi)的多個深度（或水平）處。例如，抽吸探針106可以被置于蔬菜作物的兩 個深度處（例如，約15cm和約30cm)或木本植物的三個深度處（例如，約20cm、約40cm以 及約60cm)。抽吸探針106還可以被置于如能夠理解的其他深度處。該深度可以基于植物 的物種改變。此外，探針可以被安裝在根系活力區(qū)112下方的深度處以監(jiān)測穿過根系活力 區(qū)112的未使用養(yǎng)分的傳播。在相同或不同深度處的額外的抽吸探針106也可以被利用。 例如，抽吸探針106可以在一行、一層和/或田地內(nèi)的不同位置單獨地或成組地分布，以監(jiān) 測田地內(nèi)的變化。
[0019] 在其他實施方式中，一個或多個抽吸探針106可以被放置在土壤基質(zhì)103中的一 個或多個深度處用于環(huán)境監(jiān)測，諸如例如浸濾被監(jiān)測的地方。例如，在洗滌和沖洗經(jīng)常使用 的金屬工業(yè)或礦業(yè)中，監(jiān)測在土壤基質(zhì)103中的金屬或其他污染物可以使用抽吸探針106 進行實施。使用一個或多個抽吸探針以從土壤基質(zhì)中獲得樣本的可能的應(yīng)用可以包括，但 不限于，靜態(tài)浸出、現(xiàn)場監(jiān)測凈化、受影響的場所的恢復(fù)和/或復(fù)原的中期和長期監(jiān)測、泄 露和/或損壞的監(jiān)測等。含水樣本可以對化學(xué)組成進行分析以監(jiān)測土壤基質(zhì)103中的變 化?；谝驯O(jiān)測的樣本組成，可以采取補救或糾正措施。樣本的分析可以被用來提供警告 和/或警報，和/或提出糾正措施以消除或減少環(huán)境效應(yīng)。
[0020] 圖2圖示圖1的抽吸探針106的實例。圖2的抽吸探針106包括多孔囊203,該多 孔囊203例如是瓷料，附接至諸如例如硬橡膠、聚乙烯或PVC的惰性材料的管206的一端。 例如，多孔囊203可以是約50mm的直徑并且從管的端部延伸大約85mm。多孔瓷料可以具有 約5_的厚度，具有約25-23%的孔隙率以及約S- I 0Λ的平均孔直徑。其他化學(xué)惰性材料 也可以用于多孔囊203,諸如例如，多孔陶料。用于多孔囊203的材料的孔特性允許當(dāng)在抽 吸探針106內(nèi)部抽真空時來自土壤的水溶液的水力傳導(dǎo)。多孔囊203的孔隙率應(yīng)該允許被 監(jiān)測的化學(xué)組成毫無困難地進入抽吸探針106。此外，其他形狀和尺寸也可以被用于多孔囊 203和/或抽吸探針106。帽209 (例如，橡膠或PVC)密封管206的相對端。附接至帽209 的管件212允許連接到真空泵以在中空的抽吸探針106內(nèi)部抽真空。管件212可以包括閥 門以允許真空泵被斷開，同時將真空保持在抽吸探針106內(nèi)部。
[0021] 返回參考圖1，抽吸探針106在根系活力區(qū)112內(nèi)的多個深度處以堅直位置安裝在 土壤103的內(nèi)部。例如，可以在土壤103中鉆洞并且抽吸探針106可以被插入到適當(dāng)?shù)纳?度。通常，一組抽吸探針106安裝在相同植物下的或在相同物候期的鄰近植物下的具有良 好根系活力的區(qū)域中。例如，一組抽吸探針可以沿種植在一起的植物的作物行安裝。抽吸 探針106的位置也可以考慮灌溉系統(tǒng)的位置。例如，抽吸探針106可以位于滴水線下的潮 濕區(qū)域的中心。另外，抽吸探針106應(yīng)該適當(dāng)隔開（例如，約20-30cm)以允許用于從周圍 土壤對水溶液充分取樣的空間，而不與鄰近的抽吸探針106競爭。
[0022] 在一些實施方式中，抽吸探針106的多孔囊203(圖2)可以被浸沒在水中（例如， 約15-20分鐘）以允許多孔囊203的水合作用（hydration)。多孔囊203的水合作用能夠 改善土壤103和多孔囊203之間的水力傳導(dǎo)。水合作用也可以促進將抽吸探針106插入到 土壤103中。周圍的土壤103也可以在抽吸探針106的周圍填充（例如，使用金屬絲）以確 保多孔囊203和土壤103之間良好的水力傳導(dǎo)。在多個深度下的土壤103的樣本（例如， 0-30cm和30-60cm)可以在抽吸探針106的安裝期間被獲得。對于每個探針深度的土壤樣 本可以被獲得。土壤取樣方案可以被遵循以確保樣本表示土壤組成的真實指示。土壤樣本 的分析能夠獲得關(guān)于土壤基質(zhì)103的組成的基線信息。
[0023] 在抽吸探針106安裝之后，水溶液可以通過在抽吸探針106中抽真空而從植物的 根系周圍的基質(zhì)中來提取。真空泵（未顯示）可以被連接到管件212 (圖2)以在中空的抽 吸探針106的內(nèi)部抽真空。例如，真空度可以是在約0. 5大氣壓（atm)到約I. Oatm的范圍 內(nèi)，在0· 6atm到0· 9atm的范圍內(nèi)，在0· 7atm到0· 8atm的范圍內(nèi)，或約0· 8atm。儀表可以 用來指示在抽吸探針106的內(nèi)部的真空度。一旦在抽吸探針106的內(nèi)部抽真空，包括在管 件212內(nèi)的閥門可以關(guān)閉以保持抽吸探針106中的真空度。在某些情況下，抽吸探針106 的大小可以允許用手動泵抽取的真空度。
[0024] 在抽吸探針106的內(nèi)部的真空通過多孔囊203 (圖2)將來自周圍的土壤103的水 溶液水力傳導(dǎo)到抽吸探針106中。采集的溶液的量將取決于土壤基質(zhì)103的水力傳導(dǎo)率和 土壤103的含水量，以及在抽吸探頭106中保持真空期間的提取時間。例如提取期可以是 約2天到約4天。真空條件和氣密度取決于多孔囊203的孔特性和與周圍土壤103的連接。 在一些實施方式中，真空在提取期間可以保持在一系列值的范圍內(nèi)。
[0025] 在提取期結(jié)束時（例如，在約48小時后），含水樣本從抽吸探針106中被采集。含 水取樣方案可以被遵循以確保樣本表示含水樣本的化學(xué)組成的真實指示。例如，含水樣本 可以通過微管獲得，該微管穿過敞開的管件212 (圖2)到達在抽吸探針106端部的多孔囊。 注射器（或其他提取設(shè)備）可以用來穿過微管提取來自抽吸探針106的含水樣本。30ml或 更多的含水樣本可以獲得并提供用于分析。在一些實施方式中，125ml的含水樣本被獲得。 在一些實施方式中，單獨的取樣管被提供用于穿過抽吸探針106的帽209(圖2)獲得含水 樣本。取樣管可以穿過在帽209中的單獨的密封的開口。在取樣管中的閥門可以用來在提 取期間關(guān)閉取樣管。然后閥門可以被打開以允許含水樣本從抽吸探針106中獲得。然后來 自抽吸探針106的含水樣本可以被提供用于化學(xué)分析和進一步的評價。
[0026] 除了來自抽吸探針106的含水樣本之外，提供給植物109的肥料溶液（FS) 115 (圖 1)的樣本可以在植物109 (圖1)灌溉期間獲得。FS 115包括灌溉水，該灌溉水可以與添加 物諸如例如，新鮮的或過濾的水、殘留的水（residue water)、肥料、礦物、化學(xué)品和/或其 他養(yǎng)分混合。取樣方案可以被遵循以確保樣本代表FS組成的真實指示。例如，位于抽吸探 針106附近的一個或多個采集裝置在植物灌溉期間采集FS 115。多個采集裝置可以分布 在一行、一層和/或田地內(nèi)的不同位置以監(jiān)測在田地內(nèi)FS 115的分布變化。在滴灌的情況 下，采集裝置諸如，例如適當(dāng)大小的液體容器可以通過在抽吸探針1〇6(圖1)組的附近的接 合器來接收來自滴水線的FS 115。因此，當(dāng)植物109被灌溉時，采集裝置采集所施加的FS 115的樣本。在噴灌的情況下，采集裝置諸如例如敞開式容器可以被置于抽吸探針106組的 附近以采集來自噴灑器的排放的FS樣本。這些實例提供FS 115的樣本，其代表在整個灌 溉時間期間所提供的FS 115的樣本。
[0027] 然后，F(xiàn)S樣本被提供用于分析。FS 115的分析提供關(guān)于肥料的貢獻和同化的條件 (例如，pH、導(dǎo)電率和離子關(guān)系）的信息。當(dāng)水溶液分析和土壤樣本分析被考慮時，評價FS 115與植物109和土壤103 (圖1)的相互關(guān)系是可能的。例如，植物吸收和/或養(yǎng)分的利 用，以及諸如沉降、可溶性、離子解吸等的土壤的相互作用可以被評價。
[0028] 灌溉水和植物109的組織的樣本也可以被獲得并且被提供用于分析。取樣方案可 以被遵循以確保樣本代表灌溉水組成的真實指示。灌溉水樣本可以在過濾前、過濾后和/ 或添加一種或多種添加物諸如，例如養(yǎng)分和/或化學(xué)品以形成FS 115之前，在來源處獲得。 灌溉水的組成可以被用作例如，確定對用于FS 115的添加物調(diào)整的基線。例如礦物鹽含量 可以基于灌溉水的分析來調(diào)整以滿足植物109的養(yǎng)分需求。取樣方案也可以被遵循以確保 樣本表示植物組織組成的真實指示。植物組織樣本可以是既不老的也不太嫩的葉子諸如， 例如在植物109的芽的頂端后的首次5-6片葉子。其他組織樣本包括樹液、莖、根、花果實、 種子等，其可以在植物109的生長期間獲得。取樣方案可以對多種植物材料諸如，例如葉培 養(yǎng)、樹液、果實和花是不同的。取樣方案將取決于植物109的物種。組織樣本的分析能夠提 供植物109的營養(yǎng)狀況的信息，該信息指示提供于FS 115中的添加物的吸收和/或利用。 分析可以考慮到考慮植物材料和各種級別的類型的季節(jié)性變化的發(fā)展的解釋以及不考慮 季節(jié)性變化的靜態(tài)的解釋。
[0029] 土壤樣本、含水樣本、灌溉水樣本和/或植物組織樣本提供可以用于在植物109的 生長周期期間養(yǎng)分的可用性、平衡、攝入以及使用速率的評價的信息。例如，在每個深度處 的土壤樣本的分析能夠提供關(guān)于浸出的養(yǎng)分的有效性的信息，允許在土壤1〇3(圖1)的內(nèi) 部的離子動力學(xué)的評價。此外，它允許在根系活力區(qū)112(圖1)中肥料的浸濾率和/或當(dāng) 不同添加物被添加到土壤103時不同添加物的性質(zhì)的評價。信息可以至少部分地用來確定 對FS 115 (圖1)的調(diào)整和/或變化，該FS 115被施加于具有根系活力區(qū)112的土壤103。
[0030] 含水樣本的獲得和分析也可以用于靜態(tài)浸出工藝。例如，該工藝可以被應(yīng)用于用 于例如，在化學(xué)反應(yīng)的催化下如斑狀（porphidic)或塊狀的硫化物的被氧化的和原生的礦 物質(zhì)與微生物的參與的銅浸濾的"堆攤（heap) "和"堆積場（dump) "的浸出。此外土壤條 件的監(jiān)測和控制可以被應(yīng)用于鈾的浸出、從氧化的材料或以游離形式的金的浸出和/或在 硫化物礦物質(zhì)中金的生物浸出。
[0031] 通常，靜態(tài)浸出工藝是基于床填充滲濾技術(shù)的，該技術(shù)準(zhǔn)備用于此目的并且可以 區(qū)分為主要的兩組："堆攤浸出"和"堆積場浸出"。兩組之間的差異是基于體積、工藝的控 制以及在土壤物質(zhì)中待提取的基質(zhì)的濃度的。"堆積"浸出要求更少的浸濾時間、更小的材 料體積、更多的法律要求以及更多的操作的控制。在兩種情況下，該工藝是基于獲得關(guān)于在 堆攤和堆積場浸出期間在堆的內(nèi)部發(fā)生的準(zhǔn)確的和可靠的信息的。三種化學(xué)相在化學(xué)過程 中相互作用：固體材料、浸出溶劑和在液體中溶解的或以強迫的方式引入的氣體。而且在許 多情況下，浸出程序依靠微生物的參與。這些行動將額外的信息添加到滲濾的歷史分析，這 允許采取操作措施以改正和改善工藝的運行。
[0032] 最初，一些抽吸探針106安裝在如上述描述的堆的內(nèi)部。探針106的數(shù)量可以是基 于檢測的體積和面積的。抽吸探針106可以位于多種深度處以獲得可能的信息的最廣泛的 范圍。對于堆攤浸出，探針的布置能夠在施工期間實施。堆積場的浸出也可以具有在施工 期間被安裝的一個或多個抽吸探針106,但是由于其壽命和長期的開采，抽吸探針106可以 在堆積場建成之后安裝。這可以通過形成（例如，鉆孔）小的穿孔以引進抽吸探針106來 完成。在安裝后，含水樣本可以使用如上述描述的抽吸探針106來獲得。取樣安排（以及 持續(xù)時間）可以是基于監(jiān)測的過程的。收集的含水樣本可以被分析以測定諸如例如，溫度、 氧氣和其他溶解的氣體、pH、電導(dǎo)率、金屬濃度、其他溶解的陽離子和陰離子、微生物的濃度 和/或類型、和/或由于細(xì)菌消化產(chǎn)生的有機物質(zhì)的數(shù)據(jù)?；诜治鰯?shù)據(jù)，可以依據(jù)例如流 動的體積、浸濾溶劑的濃度和/或待注入的空氣或氣體的流量來提供建議。
[0033] "原位"現(xiàn)場監(jiān)測也可以適用于在污染的土地的清潔與凈化中使用的固-液提取工 藝。應(yīng)用能夠包括緊鄰市區(qū)的或使污染的土壤的提取和運輸過于復(fù)雜的其他大型設(shè)備的被 金屬污染的土壤。實例包括但不限于，冶金設(shè)備（冶煉、鋼鐵工業(yè)、變壓器等）、具有高濃度 的礦物和金屬的區(qū)域和/或運輸、裝載或卸載材料的場所或設(shè)備。在未被移到外部廢物管 理平臺的土壤已進行處理的情況下，抽吸探針106可以被用來允許后續(xù)操作的履行。抽吸 探針106允許能夠被用于環(huán)境友好的監(jiān)測的簡單的實施。如上述描述地，抽吸探針106可 以被放置并且獲得含水樣本。從含水樣本分析中獲得的信息可以被用來證明所應(yīng)用的工藝 的效率并且確定對決定凈化任務(wù)的任何進一步的調(diào)整或修正。
[0034] 隨著土壤或其他被降解的空間的凈化，中期或長期監(jiān)測可以使用已安裝的抽吸探 針106來建立。抽吸探針能夠被放置用于有效的監(jiān)測。通常，對于同質(zhì)的土地，抽吸探針 106被放置在多個深度處貫穿土壤基質(zhì)進行取樣。在非同質(zhì)的土地中，探針106可以被放置 以考慮土壤的變化。含水樣本能夠從探針106中獲得以監(jiān)測并識別來自未完全恢復(fù)的基質(zhì) 的可能的代謝物。樣本可以被分析以確定物質(zhì)在土壤內(nèi)部的性質(zhì)和它們在不同的氣候條件 下如何降解和/或流通。一旦該性質(zhì)是已知的，測量的安排能夠被優(yōu)化并且每次取樣的數(shù) 量和每次取樣之間的時間可以被間隔。當(dāng)充分被優(yōu)化時，可能抽吸探針106將不提供液相 樣本，這可以表示監(jiān)測系統(tǒng)的良好的運作和在活力區(qū)中液相的缺乏。每當(dāng)情況改變時，收集 的樣本可以被分析并且參數(shù)與污染物的來源有關(guān)?？梢灾辽俨糠值鼗诜治鼋Y(jié)果提出糾正 措施，隨后進行額外的監(jiān)測和測試。
[0035] 抽吸探針106也可以被安裝并用來在屏障被用來保護周圍的環(huán)境的過程中提供 警報和/或防止泄露和損壞。在具有損壞或者產(chǎn)品或殘留物可能向土地轉(zhuǎn)移的風(fēng)險的情況 下，滲漏進入周圍土壤的早期發(fā)現(xiàn)能夠允許快速的響應(yīng)。
[0036] 例如，監(jiān)測可以應(yīng)用于具有諸如例如，不同金屬（例如，銅、鈾、金、鎳或其他）的 "堆攤"和/或"堆積場"浸出的泄露或損失風(fēng)險的工業(yè)設(shè)備、危險廢物的堆積場、城市垃圾 堆積場或站點、和/或具有水池或池塘的化學(xué)工業(yè)區(qū)域。與用抽吸探針106監(jiān)測結(jié)合的人 造保護屏障和/或高度防滲層的使用降低經(jīng)濟損失或負(fù)面的環(huán)境影響的可能性。所使用的 屏障的結(jié)構(gòu)和范圍能夠被考慮以確定抽吸探針106的放置。抽吸探針106可以以一個或多 個深度和/或一個或多個傾斜角被堅直設(shè)置在屏障的外部。取樣的時間表可以被定義來詳 述設(shè)計從抽吸探針106中獲得的含水樣本的頻率和分析。在檢測到含水樣本時，即時通知 可以提供給操作者。當(dāng)具有含水樣本時以及當(dāng)不存在水溶液用于取樣時，方案可以定義報 告的類型。含水樣本的分析能夠被用來確定泄漏物是否是與設(shè)備使用的物質(zhì)類似的組成。 在某些情況下，糾正措施可以至少部分基于分析結(jié)果來建議。
[0037] 參考圖3,顯示圖示了根據(jù)本公開內(nèi)容的多個實施方案的監(jiān)測和控制土壤條件的 實例的流程圖。以框303開始，一個或多個抽吸探針106 (圖1)可以安裝在土壤基質(zhì)103 (圖 1)中的一個或多個深度處。土壤基質(zhì)103可以包括在土壤基質(zhì)103中的植物物種的根系活 力區(qū)112(圖1)。一個或多個抽吸探針106可以在根系活力區(qū)112的內(nèi)部。抽吸探針106 包括多孔囊203 (圖2)，該多孔囊203允許當(dāng)抽真空時來自土壤基質(zhì)103和/或根系活力區(qū) 112的水溶液的水力傳導(dǎo)。可以在土壤基質(zhì)103中鉆洞并且一個或多個抽吸探針106在一 個或多個深度處被插入。土壤基質(zhì)103的樣本也可以在此時、在多個深度處獲得并且被分 析以確定土壤基質(zhì)103的組成。在框306中，肥料溶液115 (圖1)可以通過用例如滴水線 或噴灑器灌溉來提供給植物109 (圖1)。FS 115的樣本也可以在框306中的整個灌溉期間 的一部分時期來收集。
[0038] 在框309中，獲得樣本。例如，水溶液的一個樣本（或多個樣本）可以從抽吸探針 106 (圖1)中獲得。對每個抽吸探針106抽真空以引起來自土壤基質(zhì)103和/或根系活力 區(qū)112(圖1)的水溶液的水力傳導(dǎo)。在預(yù)先限定的時間期間（例如，48小時）后，水溶液 的一個或多個樣本從抽吸探針106中提取并被提供用于框312中的分析。含水樣本可以對 pH ;導(dǎo)電率；諸如例如，NO3' H2PO4' HCO3' CO3 =、SO4=和/或Cr的陰離子；諸如例如，Ca++、 Mg++、K+、Na+和/或NH4+的陽離子；以及諸如例如，B、Fe、Μη、Cu、Zn、Mo、和/或尿素的微量 元素。在灌溉期間收集的FS 115的樣本也可以在框309中從收集裝置獲得并且組成在框 312中被分析。植物組織樣本和/或灌溉水樣本也可以在框309中獲得并在框312中被分 析。FS樣本以及灌溉水樣本可以對如水溶液相同的要素進行分析。組織樣本可以對例如， 氮、磷、硫、氯、鈣、鎂、鈉、鉀、硼、鐵、錳、銅、鋅和/或鑰進行分析。
[0039] 在框315中，化學(xué)組成和/或養(yǎng)分利用至少部分基于框312的樣本分析來評價。在 根系活力區(qū)112(圖1)中的化學(xué)、礦物和/或養(yǎng)分水平可以被檢驗并且與和植物物種有關(guān) 的預(yù)先限定的水平相比較。在一些實施方式中，用于比較的水平可以隨植物109的物候期 變化。標(biāo)記離子（其在根系活力區(qū)112中存在但通常不被植物109吸收）諸如例如，氯和 /或鈉在不同深度處的濃度也可以被檢驗并且用來評價例如水的作物吸收和蒸發(fā)的影響。 此外，關(guān)于一種或多種標(biāo)記離子的離子濃度可以被用來評價多種養(yǎng)分的利用。例如，氯可以 用來測定氮和/或諸如例如，NOpH 2PCV和SO4 =的其他陰離子的利用，鈉可以用來測定鉀、 鈣、鎂和/或諸如例如NH4+的其他陽離子的利用，并且氯和鈉（例如，兩者的平均值）的結(jié) 合可以用來測定磷或其他化學(xué)品和/或養(yǎng)分的利用。至少部分基于該利用，離子、化學(xué)品和 /或養(yǎng)分的消耗也可以被測定。土壤組成的影響也可以在評價期間被考慮。另外，植物組織 分析也可以被用來評價植物的養(yǎng)分吸收和/或利用。該評價也可以考慮在植物生長期間獲 得的以及在田地內(nèi)的不同位置處獲得的分析的樣本的變化。在某些情況下，分析的信息可 以與在評價期內(nèi)的更廣泛的農(nóng)業(yè)區(qū)段信息相比較。
[0040] 糾正（或補救）措施至少部分基于框315的評價在框318中提供。例如，糾正措 施可以包括增加水的用量以稀釋在根系活力區(qū)112和/或土壤基質(zhì)103中的離子。在一些 實施方式中，糾正措施可以包括使用未添加諸如例如，肥料或化學(xué)品的其他添加物的灌溉 水來灌溉植物109。在其他情況下，可以提供包括在FS 115中的添加物的量或在FS 115中 的化學(xué)組分之間的比例的調(diào)整。在一些實施方式中，糾正措施可以自動地應(yīng)用于FS 115的 下一次施加。在一些實施方式中，當(dāng)確定糾正措施時，其他因素也可以被考慮。例如，天氣 情況（例如，溫度、降雨、風(fēng)等）和所應(yīng)用的施肥策略（例如，UF、分段法（fractionation)、 預(yù)期的DFR等）可以被考慮。
[0041] 流程圖通過返回到框306重復(fù)土壤條件的監(jiān)測和控制，在框306中，基于在框318 中提供的調(diào)整的另外的FS 115再次被提供給植物109。因此，土壤的條件可以以循環(huán)或連 續(xù)的方式被監(jiān)測并控制以改善作物的生長和生產(chǎn)力。
[0042] 圖4圖示可以在框315 (圖3)中對多個獲得的樣本實施的組分評價的實例。例 如灌溉水403的樣本的分析可以提供包括例如，pH值、導(dǎo)電率（CE)、礦物質(zhì)的貢獻、碳酸氫 鹽、鹽離子等的信息406。此外，F(xiàn)S 115的分析可以提供關(guān)于灌溉水406的信息409,該信 息409可以包括例如pH值、導(dǎo)電率（CE)、添加物諸如例如化學(xué)品和/或養(yǎng)分對灌溉溶液的 貢獻等。土壤溶液412 (例如，水溶液和/或土壤樣本）也可以被分析以確定土壤組成的信 息415,諸如例如，化學(xué)品和/或養(yǎng)分的吸收、浸出、pH值、導(dǎo)電率（CE)、鹽度水平等。植物 109的樣本也可以被獲得用于葉的分析418,葉的分析418可以被用來診斷植物109的營養(yǎng) 狀況421。
[0043] 獲得的樣本的每個條件可以在框315(圖3)中單獨地或連同相同的或其他樣本 的條件被分析和評價以確定框318 (圖3)的糾正措施。例如，pH值可以貫穿植物109的根 系活力區(qū)112來評價以量化土壤基質(zhì)103 (圖1)的酸度并確定糾正的解決方案，如果需要 的話。通常，pH值通過調(diào)整所提供的FS 115 (圖1)的組成被維持在約6-8、約6. 5-8或約 6. 5-7. 5的范圍內(nèi)。較低的pH值可能由于增加諸如例如，Al、Mn、Fe、Cu和Zn金屬的溶解 度造成風(fēng)險。pH〈5可能產(chǎn)生可能是有毒的Al和Mn濃度。較高的pH值降低金屬的溶解度， 但是可能需要對Mn、Fe和Zn使用螯合劑。例如EDTA可以被用于pH〈6. 7, DTPA可以被用于 6. 7和7. 8之間的pH，以及EDDHA可以被用于pH>7. 8。當(dāng)評價FS 115對pH值的影響時，基 于土壤樣本的分析的條件也可以被考慮。
[0044] 貫穿根系活力區(qū)112的鹽度條件也可以基于例如在含水樣本內(nèi)的導(dǎo)電率（EC)以 及氯和鈉的含量來評價以提供在根系活力區(qū)中鹽和/或肥料的積聚和鹽的浸出的指示。評 價貫穿根系活力區(qū)112的EC的標(biāo)準(zhǔn)將取決于植物物種?？梢员挥脕碓u價氯和Na濃度比率 的一般的標(biāo)準(zhǔn)的實例在以下表1中提供。氯的濃度比率（CR cl)是來自貫穿根系活力區(qū)112 的含水樣本中的平均Cl水平與在提供的FS 115中的Cl水平的比率，以及Na的濃度比率 (CRNa)是來自貫穿根系活力區(qū)112的含水樣本中的平均Na 7K平與在提供的FS 115中的Na 水平的比率。
[0045]
【權(quán)利要求】
1. 一種方法，包括： 獲得從多個抽吸探針中提取的含水樣本，所述抽吸探針被放置在土壤基質(zhì)內(nèi)的多個深 度處，所述土壤基質(zhì)包括在所述土壤基質(zhì)中的植物物種的根系活力區(qū)； 分析所述含水樣本以確定所述土壤基質(zhì)的化學(xué)組成；并且 確定被添加到提供給所述土壤基質(zhì)的灌溉水中的添加物的量以至少部分基于所確定 的化學(xué)組成和所述植物物種來調(diào)整所述土壤基質(zhì)的所述化學(xué)組成。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述多個抽吸探針的至少一個被放置在所述根系活 力區(qū)內(nèi)。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中確定所述土壤基質(zhì)的所述化學(xué)組成包括確定所述根 系活力區(qū)的化學(xué)組成。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括確定被添加到提供給所述土壤基質(zhì)的所述灌溉水 中的多種添加物的量以至少部分基于所述確定的化學(xué)組成和所述植物物種來調(diào)整所述土 壤基質(zhì)的所述化學(xué)組成。
5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述添加物包括水。
6. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述添加物包括殘留的水。
7. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述添加物包括肥料。
8. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 獲得已被提供給所述土壤基質(zhì)的肥料溶液（FS)的樣本；并且 分析所述FS樣本以確定所述FS的組成，其中所述確定的添加物的量至少部分基于所 述確定的FS的組成。
9. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述FS在從所述多個抽吸探針中提取所述含水樣本 之前的至少一個預(yù)先確定的時間已被提供給所述土壤基質(zhì)。
10. 如權(quán)利要求8所述的方法，其中所述FS的樣本在所述FS被提供給所述土壤基質(zhì)的 整個灌溉時間期間被收集。
11. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括從所述多個抽吸探針中提取所述含水樣本。
12. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中對所述多個抽吸探針的每個抽真空以引起水溶液 從所述土壤基質(zhì)進入每個抽吸探針的水力傳導(dǎo)。
13. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 獲得所述灌溉水的樣本；并且 分析所述灌溉水的樣本以確定所述灌溉水的組成，其中所述確定的添加物的量至少部 分基于所確定的灌溉水的組成。
14. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括： 獲得在所述根系活力區(qū)中的所述植物物種的組織樣本；并且 分析所述植物組織樣本以確定所述植物的營養(yǎng)條件。
15. 如權(quán)利要求1所述的方法，還包括提供被添加到所述灌溉水中的所確定的量的添 加物以產(chǎn)生提供給所述土壤基質(zhì)的肥料溶液（FS)。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，還包括： 將所述確定的量的添加物與所述灌溉水混合以產(chǎn)生所述FS ;并且 將所述FS施加到所述土壤基質(zhì)。
17. 如權(quán)利要求16所述的方法，其中所述FS通過滴水線被施加。
18. -種方法，包括： 在土壤基質(zhì)內(nèi)的一定深度處安裝抽吸探針； 對所述抽吸探針抽真空以引起水溶液從所述土壤基質(zhì)進入所述抽吸探針的水力傳 導(dǎo)； 在施加所述真空一段預(yù)先確定的時間后從所述抽吸探針中提取含水樣本；并且 分析所述含水樣本以確定在所述土壤基質(zhì)的所述深度處的化學(xué)組成。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，還包括： 在所述土壤基質(zhì)內(nèi)的多個深度處安裝多個抽吸探針； 對所述多個抽吸探針的每個抽真空以引起水溶液從所述土壤基質(zhì)進入每個抽吸探針 的水力傳導(dǎo)； 在施加所述真空一段預(yù)先確定的時間后從所述多個抽吸探針中提取含水樣本；并且 分析所述含水樣本以確定在所述土壤基質(zhì)的不同深度處的化學(xué)組成。
20. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述含水樣本被分析以確定在所述土壤基質(zhì)的不 同深度處的化學(xué)組成。
21. 如權(quán)利要求19所述的方法，其中所述多個抽吸探針的至少一個被安裝在所述土壤 基質(zhì)中的植物物種的根系活力區(qū)內(nèi)。
22. 如權(quán)利要求21所述的方法，其中所述含水樣本被分析以確定所述根系活力區(qū)的化 學(xué)組成。
23. 如權(quán)利要求22所述的方法，還包括至少部分基于所述根系活力區(qū)的所確定的化學(xué) 組成確定糾正措施。
24. 如權(quán)利要求23所述的方法，其中所述糾正措施是沖洗灌溉。
25. 如權(quán)利要求18所述的方法，還包括在所述根系活力區(qū)的不同深度處獲得多個土壤 樣本。
26. 如權(quán)利要求18所述的方法，還包括至少部分基于所述土壤基質(zhì)的所確定的化學(xué)組 成來確定糾正措施。
27. -種方法，包括： 通過計算裝置獲得已被提供給包括植物物種的根系活力區(qū)的土壤基質(zhì)的肥料溶液 (FS)的組成； 通過所述計算裝置獲得在所述根系活力區(qū)內(nèi)的化學(xué)組成，所述化學(xué)組成由在所述FS 被提供給所述土壤基質(zhì)后從被放置在所述根系活力區(qū)內(nèi)的抽吸探針中獲得的含水樣本的 分析來確定； 通過所述計算裝置至少部分基于所述FS組成和所述根系活力區(qū)的所述化學(xué)組成來確 定所述植物物種的養(yǎng)分利用；并且 通過所述計算裝置提供被添加到灌溉水中以產(chǎn)生提供給所述土壤基質(zhì)的后續(xù)的FS的 添加物的量。
28. 如權(quán)利要求27所述的方法，還包括在所述根系活力區(qū)內(nèi)的多個深度處獲得所述化 學(xué)組成，所述化學(xué)組成由在所述FS被提供給所述土壤基質(zhì)后從被放置在所述根系活力區(qū) 的所述多個深度處的抽吸探針中獲得的含水樣本的分析來確定。
29. 如權(quán)利要求27所述的方法，還包括： 獲得所述植物物種的營養(yǎng)狀況，所述營養(yǎng)狀況基于所述植物物種的組織樣本的分析； 并且 至少部分基于所述植物物種的所確定的養(yǎng)分利用和所述營養(yǎng)狀況來確定用于所述后 續(xù)的FS的養(yǎng)分的量。
30. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中確定養(yǎng)分利用包括評價由所述含水樣本的分析確 定的標(biāo)記離子濃度。
31. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中確定養(yǎng)分利用包括確定氮的利用率。
32. 如權(quán)利要求27所述的方法，其中確定養(yǎng)分利用包括確定鉀的利用率。
【文檔編號】G01N1/16GK104244697SQ201280070798
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2012年10月18日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月27日
【發(fā)明者】艾斯塔尼斯勞·馬丁尼茲·馬丁尼茲 申請人:阿吉齊科技公司