CN104244697B - 土壤条件的监测与控制 - Google Patents

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Abstract

多种方法被提供用于土壤条件的监测和控制。在其中的一个实例中，一种方法包括从在土壤基质内的抽吸探针(32)中获得含水样本并且分析该含水样本以确定土壤基质的化学组成。添加物的量可以被确定以调整土壤基质的化学组成。在另一个实例中，一种方法包括在土壤基质内安装抽吸探针；抽真空以引起来自土壤基质的水溶液的水力传导；提取含水样本；并且分析该含水样本以确定土壤基质的化学组成。在另一个实例中，一种方法包括获得被提供给土壤基质的肥料溶液(FS)的组成和土壤基质内的化学组成；确定养分利用，并且提供添加物的量以产生用于供给的后续的FS。

Description

土壤条件的监测与控制
与相关申请的交叉引用
本申请要求于2012年2月27日提交的、具有序列号61/603,680的、名称为“MONITORING AND CONTROL OF SOIL CONDITIONS”的共同待审的美国临时申请的优先权，在此通过引用将其全部并入本文。
背景
随着人口不断增加，粮食生产成为一个不断扩大的问题。水资源的有效利用影响农场的生产力。此外，施肥已经成为提高农场的生产力和质量的主要因素之一。这导致了全球范围内化肥的消费量增加，引起诸如来自农业活动的生产成本增加和污染的影响的新的问题。
附图简要说明
参照以下附图，能够更好地理解本发明的许多方面。在附图中的部件不一定是按比例的，而是将重点放在清楚地说明本发明的原理上。此外，在附图中，相同的附图标记表示贯穿多个视图中的对应的部分。
图1是图示了根据本公开内容的多个实施方案使用多个抽吸探针监测土壤条件的图示。
图2是根据本公开内容的多个实施方案的图1的抽吸探针的实例的图示。
图3是图示了根据本公开内容的多个实施方案的监测和控制土壤条件的实例的流程图。
图4是图示了根据本公开内容的多个实施方案的样本分析的实例的流程图。
图5是图示了根据本公开内容的多个实施方案的在植物中多种添加物和它们的影响之间的关系的表格。
图6是图示了根据本公开内容的多个实施方案的图3的组成和/或利用评价的实例的流程图。
图7是根据本公开内容的多个实施方案的可用于监测和控制土壤条件的系统的实例。
详细描述
本文公开的是涉及例如在农业应用中土壤条件的监测和控制的多种实施方案。现将详细地参考如附图中图示的实施方案的描述，其中相同的附图标记表示贯穿多个视图中的相同的部分。
水和肥料的控制的应用能够以可持续的方式提高农场的生产力，提供更大的收益性、食品安全和环境保护。监测作物的营养条件可以被用来控制可利用的资源(例如，水和肥料)的应用，以满足贯穿植物发展期间的植物营养需要；因此提高所得到的产品的生产力和质量，同时减少进料和通过浸出的损失。
植物的根系周围的土壤和/或液体的化学组成的分析以及土壤条件的诊断能够提供植物的养分吸收的指示，该指示可以被用来控制浇水和/或施肥。土壤条件的监测可以使用安装在作物的根系分布的不同深度水平的抽吸探针来完成。通过提取来自根系周围的土壤基质的水溶液，根系活力和土壤条件的相互作用可以被监测并用于控制养分到土壤基质的应用。例如，添加到土壤的进料(例如，水、废水(effluent)、肥料、辅佐剂(coadyuvant)、螯合物等)的反应和性质和土壤与这些进料的反应，以及对养分吸收的根系活力可以贯穿植物的物候周期被评价，以提供可以用于以循环或连续的方式控制诸如例如化学养分的添加物的应用的指示。
参考图1，显示的是图示了根据本公开内容的多个实施方案使用一个或多个抽吸探针106监测土壤103的条件的图示。例如，相同物种的植物109被种植在土壤基质103中，并且它们的根系延伸穿过根系活力区112。水和/或肥料溶液115可以通过滴水线、喷洒器或其他输送系统提供给植物109。在图1的实例中，抽吸探针106被置于植物109的根系活力区112内的多个深度(或水平)处。例如，抽吸探针106可以被置于蔬菜作物的两个深度处(例如，约15cm和约30cm)或木本植物的三个深度处(例如，约20cm、约40cm以及约60cm)。抽吸探针106还可以被置于如能够理解的其他深度处。该深度可以基于植物的物种改变。此外，探针可以被安装在根系活力区112下方的深度处以监测穿过根系活力区112的未使用养分的传播。在相同或不同深度处的额外的抽吸探针106也可以被利用。例如，抽吸探针106可以在一行、一层和/或田地内的不同位置单独地或成组地分布，以监测田地内的变化。
在其他实施方式中，一个或多个抽吸探针106可以被放置在土壤基质103中的一个或多个深度处用于环境监测，诸如例如浸滤被监测的地方。例如，在洗涤和冲洗经常使用的金属工业或矿业中，监测在土壤基质103中的金属或其他污染物可以使用抽吸探针106进行实施。使用一个或多个抽吸探针以从土壤基质中获得样本的可能的应用可以包括，但不限于，静态浸出、现场监测净化、受影响的场所的恢复和/或复原的中期和长期监测、泄露和/或损坏的监测等。含水样本可以对化学组成进行分析以监测土壤基质103中的变化。基于已监测的样本组成，可以采取补救或纠正措施。样本的分析可以被用来提供警告和/或警报，和/或提出纠正措施以消除或减少环境效应。
图2图示图1的抽吸探针106的实例。图2的抽吸探针106包括多孔囊203，该多孔囊203例如是瓷料，附接至诸如例如硬橡胶、聚乙烯或PVC的惰性材料的管206的一端。例如，多孔囊203可以是约50mm的直径并且从管的端部延伸大约85mm。多孔瓷料可以具有约5mm的厚度，具有约25-23％的孔隙率以及约的平均孔直径。其他化学惰性材料也可以用于多孔囊203，诸如例如，多孔陶料。用于多孔囊203的材料的孔特性允许当在抽吸探针106内部抽真空时来自土壤的水溶液的水力传导。多孔囊203的孔隙率应该允许被监测的化学组成毫无困难地进入抽吸探针106。此外，其他形状和尺寸也可以被用于多孔囊203和/或抽吸探针106。帽209(例如，橡胶或PVC)密封管206的相对端。附接至帽209的管件212允许连接到真空泵以在中空的抽吸探针106内部抽真空。管件212可以包括阀门以允许真空泵被断开，同时将真空保持在抽吸探针106内部。
返回参考图1，抽吸探针106在根系活力区112内的多个深度处以竖直位置安装在土壤103的内部。例如，可以在土壤103中钻洞并且抽吸探针106可以被插入到适当的深度。通常，一组抽吸探针106安装在相同植物下的或在相同物候期的邻近植物下的具有良好根系活力的区域中。例如，一组抽吸探针可以沿种植在一起的植物的作物行安装。抽吸探针106的位置也可以考虑灌溉系统的位置。例如，抽吸探针106可以位于滴水线下的潮湿区域的中心。另外，抽吸探针106应该适当隔开(例如，约20-30cm)以允许用于从周围土壤对水溶液充分取样的空间，而不与邻近的抽吸探针106竞争。
在一些实施方式中，抽吸探针106的多孔囊203(图2)可以被浸没在水中(例如，约15-20分钟)以允许多孔囊203的水合作用(hydration)。多孔囊203的水合作用能够改善土壤103和多孔囊203之间的水力传导。水合作用也可以促进将抽吸探针106插入到土壤103中。周围的土壤103也可以在抽吸探针106的周围填充(例如，使用金属丝)以确保多孔囊203和土壤103之间良好的水力传导。在多个深度下的土壤103的样本(例如，0-30cm和30-60cm)可以在抽吸探针106的安装期间被获得。对于每个探针深度的土壤样本可以被获得。土壤取样方案可以被遵循以确保样本表示土壤组成的真实指示。土壤样本的分析能够获得关于土壤基质103的组成的基线信息。
在抽吸探针106安装之后，水溶液可以通过在抽吸探针106中抽真空而从植物的根系周围的基质中来提取。真空泵(未显示)可以被连接到管件212(图2)以在中空的抽吸探针106的内部抽真空。例如，真空度可以是在约0.5大气压(atm)到约1.0atm的范围内，在0.6atm到0.9atm的范围内，在0.7atm到0.8atm的范围内，或约0.8atm。仪表可以用来指示在抽吸探针106的内部的真空度。一旦在抽吸探针106的内部抽真空，包括在管件212内的阀门可以关闭以保持抽吸探针106中的真空度。在某些情况下，抽吸探针106的大小可以允许用手动泵抽取的真空度。
在抽吸探针106的内部的真空通过多孔囊203(图2)将来自周围的土壤103的水溶液水力传导到抽吸探针106中。采集的溶液的量将取决于土壤基质103的水力传导率和土壤103的含水量，以及在抽吸探头106中保持真空期间的提取时间。例如提取期可以是约2天到约4天。真空条件和气密度取决于多孔囊203的孔特性和与周围土壤103的连接。在一些实施方式中，真空在提取期间可以保持在一系列值的范围内。
在提取期结束时(例如，在约48小时后)，含水样本从抽吸探针106中被采集。含水取样方案可以被遵循以确保样本表示含水样本的化学组成的真实指示。例如，含水样本可以通过微管获得，该微管穿过敞开的管件212(图2)到达在抽吸探针106端部的多孔囊。注射器(或其他提取设备)可以用来穿过微管提取来自抽吸探针106的含水样本。30ml或更多的含水样本可以获得并提供用于分析。在一些实施方式中，125ml的含水样本被获得。在一些实施方式中，单独的取样管被提供用于穿过抽吸探针106的帽209(图2)获得含水样本。取样管可以穿过在帽209中的单独的密封的开口。在取样管中的阀门可以用来在提取期间关闭取样管。然后阀门可以被打开以允许含水样本从抽吸探针106中获得。然后来自抽吸探针106的含水样本可以被提供用于化学分析和进一步的评价。
除了来自抽吸探针106的含水样本之外，提供给植物109的肥料溶液(FS)115(图1)的样本可以在植物109(图1)灌溉期间获得。FS 115包括灌溉水，该灌溉水可以与添加物诸如例如，新鲜的或过滤的水、残留的水(residue water)、肥料、矿物、化学品和/或其他养分混合。取样方案可以被遵循以确保样本代表FS组成的真实指示。例如，位于抽吸探针106附近的一个或多个采集装置在植物灌溉期间采集FS 115。多个采集装置可以分布在一行、一层和/或田地内的不同位置以监测在田地内FS 115的分布变化。在滴灌的情况下，采集装置诸如，例如适当大小的液体容器可以通过在抽吸探针106(图1)组的附近的接合器来接收来自滴水线的FS 115。因此，当植物109被灌溉时，采集装置采集所施加的FS 115的样本。在喷灌的情况下，采集装置诸如例如敞开式容器可以被置于抽吸探针106组的附近以采集来自喷洒器的排放的FS样本。这些实例提供FS 115的样本，其代表在整个灌溉时间期间所提供的FS 115的样本。
然后，FS样本被提供用于分析。FS 115的分析提供关于肥料的贡献和同化的条件(例如，pH、导电率和离子关系)的信息。当水溶液分析和土壤样本分析被考虑时，评价FS115与植物109和土壤103(图1)的相互关系是可能的。例如，植物吸收和/或养分的利用，以及诸如沉降、可溶性、离子解吸等的土壤的相互作用可以被评价。
灌溉水和植物109的组织的样本也可以被获得并且被提供用于分析。取样方案可以被遵循以确保样本代表灌溉水组成的真实指示。灌溉水样本可以在过滤前、过滤后和/或添加一种或多种添加物诸如，例如养分和/或化学品以形成FS 115之前，在来源处获得。灌溉水的组成可以被用作例如，确定对用于FS 115的添加物调整的基线。例如矿物盐含量可以基于灌溉水的分析来调整以满足植物109的养分需求。取样方案也可以被遵循以确保样本表示植物组织组成的真实指示。植物组织样本可以是既不老的也不太嫩的叶子诸如，例如在植物109的芽的顶端后的首次5-6片叶子。其他组织样本包括树液、茎、根、花果实、种子等，其可以在植物109的生长期间获得。取样方案可以对多种植物材料诸如，例如叶培养、树液、果实和花是不同的。取样方案将取决于植物109的物种。组织样本的分析能够提供植物109的营养状况的信息，该信息指示提供于FS 115中的添加物的吸收和/或利用。分析可以考虑到考虑植物材料和各种级别的类型的季节性变化的发展的解释以及不考虑季节性变化的静态的解释。
土壤样本、含水样本、灌溉水样本和/或植物组织样本提供可以用于在植物109的生长周期期间养分的可用性、平衡、摄入以及使用速率的评价的信息。例如，在每个深度处的土壤样本的分析能够提供关于浸出的养分的有效性的信息，允许在土壤103(图1)的内部的离子动力学的评价。此外，它允许在根系活力区112(图1)中肥料的浸滤率和/或当不同添加物被添加到土壤103时不同添加物的性质的评价。信息可以至少部分地用来确定对FS115(图1)的调整和/或变化，该FS 115被施加于具有根系活力区112的土壤103。
含水样本的获得和分析也可以用于静态浸出工艺。例如，该工艺可以被应用于用于例如，在化学反应的催化下如斑状(porphidic)或块状的硫化物的被氧化的和原生的矿物质与微生物的参与的铜浸滤的“堆摊(heap)”和“堆积场(dump)”的浸出。此外土壤条件的监测和控制可以被应用于铀的浸出、从氧化的材料或以游离形式的金的浸出和/或在硫化物矿物质中金的生物浸出。
通常，静态浸出工艺是基于床填充渗滤技术的，该技术准备用于此目的并且可以区分为主要的两组：“堆摊浸出”和“堆积场浸出”。两组之间的差异是基于体积、工艺的控制以及在土壤物质中待提取的基质的浓度的。“堆积”浸出要求更少的浸滤时间、更小的材料体积、更多的法律要求以及更多的操作的控制。在两种情况下，该工艺是基于获得关于在堆摊和堆积场浸出期间在堆的内部发生的准确的和可靠的信息的。三种化学相在化学过程中相互作用：固体材料、浸出溶剂和在液体中溶解的或以强迫的方式引入的气体。而且在许多情况下，浸出程序依靠微生物的参与。这些行动将额外的信息添加到渗滤的历史分析，这允许采取操作措施以改正和改善工艺的运行。
最初，一些抽吸探针106安装在如上述描述的堆的内部。探针106的数量可以是基于检测的体积和面积的。抽吸探针106可以位于多种深度处以获得可能的信息的最广泛的范围。对于堆摊浸出，探针的布置能够在施工期间实施。堆积场的浸出也可以具有在施工期间被安装的一个或多个抽吸探针106，但是由于其寿命和长期的开采，抽吸探针106可以在堆积场建成之后安装。这可以通过形成(例如，钻孔)小的穿孔以引进抽吸探针106来完成。在安装后，含水样本可以使用如上述描述的抽吸探针106来获得。取样安排(以及持续时间)可以是基于监测的过程的。收集的含水样本可以被分析以测定诸如例如，温度、氧气和其他溶解的气体、pH、电导率、金属浓度、其他溶解的阳离子和阴离子、微生物的浓度和/或类型、和/或由于细菌消化产生的有机物质的数据。基于分析数据，可以依据例如流动的体积、浸滤溶剂的浓度和/或待注入的空气或气体的流量来提供建议。
“原位”现场监测也可以适用于在污染的土地的清洁与净化中使用的固-液提取工艺。应用能够包括紧邻市区的或使污染的土壤的提取和运输过于复杂的其他大型设备的被金属污染的土壤。实例包括但不限于，冶金设备(冶炼、钢铁工业、变压器等)、具有高浓度的矿物和金属的区域和/或运输、装载或卸载材料的场所或设备。在未被移到外部废物管理平台的土壤已进行处理的情况下，抽吸探针106可以被用来允许后续操作的履行。抽吸探针106允许能够被用于环境友好的监测的简单的实施。如上述描述地，抽吸探针106可以被放置并且获得含水样本。从含水样本分析中获得的信息可以被用来证明所应用的工艺的效率并且确定对决定净化任务的任何进一步的调整或修正。
随着土壤或其他被降解的空间的净化，中期或长期监测可以使用已安装的抽吸探针106来建立。抽吸探针能够被放置用于有效的监测。通常，对于同质的土地，抽吸探针106被放置在多个深度处贯穿土壤基质进行取样。在非同质的土地中，探针106可以被放置以考虑土壤的变化。含水样本能够从探针106中获得以监测并识别来自未完全恢复的基质的可能的代谢物。样本可以被分析以确定物质在土壤内部的性质和它们在不同的气候条件下如何降解和/或流通。一旦该性质是已知的，测量的安排能够被优化并且每次取样的数量和每次取样之间的时间可以被间隔。当充分被优化时，可能抽吸探针106将不提供液相样本，这可以表示监测系统的良好的运作和在活力区中液相的缺乏。每当情况改变时，收集的样本可以被分析并且参数与污染物的来源有关。可以至少部分地基于分析结果提出纠正措施，随后进行额外的监测和测试。
抽吸探针106也可以被安装并用来在屏障被用来保护周围的环境的过程中提供警报和/或防止泄露和损坏。在具有损坏或者产品或残留物可能向土地转移的风险的情况下，渗漏进入周围土壤的早期发现能够允许快速的响应。
例如，监测可以应用于具有诸如例如，不同金属(例如，铜、铀、金、镍或其他)的“堆摊”和/或“堆积场”浸出的泄露或损失风险的工业设备、危险废物的堆积场、城市垃圾堆积场或站点、和/或具有水池或池塘的化学工业区域。与用抽吸探针106监测结合的人造保护屏障和/或高度防渗层的使用降低经济损失或负面的环境影响的可能性。所使用的屏障的结构和范围能够被考虑以确定抽吸探针106的放置。抽吸探针106可以以一个或多个深度和/或一个或多个倾斜角被竖直设置在屏障的外部。取样的时间表可以被定义来详述设计从抽吸探针106中获得的含水样本的频率和分析。在检测到含水样本时，即时通知可以提供给操作者。当具有含水样本时以及当不存在水溶液用于取样时，方案可以定义报告的类型。含水样本的分析能够被用来确定泄漏物是否是与设备使用的物质类似的组成。在某些情况下，纠正措施可以至少部分基于分析结果来建议。
参考图3，显示图示了根据本公开内容的多个实施方案的监测和控制土壤条件的实例的流程图。以框303开始，一个或多个抽吸探针106(图1)可以安装在土壤基质103(图1)中的一个或多个深度处。土壤基质103可以包括在土壤基质103中的植物物种的根系活力区112(图1)。一个或多个抽吸探针106可以在根系活力区112的内部。抽吸探针106包括多孔囊203(图2)，该多孔囊203允许当抽真空时来自土壤基质103和/或根系活力区112的水溶液的水力传导。可以在土壤基质103中钻洞并且一个或多个抽吸探针106在一个或多个深度处被插入。土壤基质103的样本也可以在此时、在多个深度处获得并且被分析以确定土壤基质103的组成。在框306中，肥料溶液115(图1)可以通过用例如滴水线或喷洒器灌溉来提供给植物109(图1)。FS 115的样本也可以在框306中的整个灌溉期间的一部分时期来收集。
在框309中，获得样本。例如，水溶液的一个样本(或多个样本)可以从抽吸探针106(图1)中获得。对每个抽吸探针106抽真空以引起来自土壤基质103和/或根系活力区112(图1)的水溶液的水力传导。在预先限定的时间期间(例如，48小时)后，水溶液的一个或多个样本从抽吸探针106中提取并被提供用于框312中的分析。含水样本可以对pH；导电率；诸如例如，NO3 -、H2PO4 -、HCO3 -、CO3 ＝、SO4 ＝和/或Cl-的阴离子；诸如例如，Ca++、Mg++、K+、Na+和/或NH4+的阳离子；以及诸如例如，B、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo、和/或尿素的微量元素。在灌溉期间收集的FS115的样本也可以在框309中从收集装置获得并且组成在框312中被分析。植物组织样本和/或灌溉水样本也可以在框309中获得并在框312中被分析。FS样本以及灌溉水样本可以对如水溶液相同的要素进行分析。组织样本可以对例如，氮、磷、硫、氯、钙、镁、钠、钾、硼、铁、锰、铜、锌和/或钼进行分析。
在框315中，化学组成和/或养分利用至少部分基于框312的样本分析来评价。在根系活力区112(图1)中的化学、矿物和/或养分水平可以被检验并且与和植物物种有关的预先限定的水平相比较。在一些实施方式中，用于比较的水平可以随植物109的物候期变化。标记离子(其在根系活力区112中存在但通常不被植物109吸收)诸如例如，氯和/或钠在不同深度处的浓度也可以被检验并且用来评价例如水的作物吸收和蒸发的影响。此外，关于一种或多种标记离子的离子浓度可以被用来评价多种养分的利用。例如，氯可以用来测定氮和/或诸如例如，NO3 -、H2PO4 -和SO4 ＝的其他阴离子的利用，钠可以用来测定钾、钙、镁和/或诸如例如NH4 +的其他阳离子的利用，并且氯和钠(例如，两者的平均值)的结合可以用来测定磷或其他化学品和/或养分的利用。至少部分基于该利用，离子、化学品和/或养分的消耗也可以被测定。土壤组成的影响也可以在评价期间被考虑。另外，植物组织分析也可以被用来评价植物的养分吸收和/或利用。该评价也可以考虑在植物生长期间获得的以及在田地内的不同位置处获得的分析的样本的变化。在某些情况下，分析的信息可以与在评价期内的更广泛的农业区段信息相比较。
纠正(或补救)措施至少部分基于框315的评价在框318中提供。例如，纠正措施可以包括增加水的用量以稀释在根系活力区112和/或土壤基质103中的离子。在一些实施方式中，纠正措施可以包括使用未添加诸如例如，肥料或化学品的其他添加物的灌溉水来灌溉植物109。在其他情况下，可以提供包括在FS 115中的添加物的量或在FS 115中的化学组分之间的比例的调整。在一些实施方式中，纠正措施可以自动地应用于FS 115的下一次施加。在一些实施方式中，当确定纠正措施时，其他因素也可以被考虑。例如，天气情况(例如，温度、降雨、风等)和所应用的施肥策略(例如，UF、分段法(fractionation)、预期的DFR等)可以被考虑。
流程图通过返回到框306重复土壤条件的监测和控制，在框306中，基于在框318中提供的调整的另外的FS 115再次被提供给植物109。因此，土壤的条件可以以循环或连续的方式被监测并控制以改善作物的生长和生产力。
图4图示可以在框315(图3)中对多个获得的样本实施的组分评价的实例。例如灌溉水403的样本的分析可以提供包括例如，pH值、导电率(CE)、矿物质的贡献、碳酸氢盐、盐离子等的信息406。此外，FS 115的分析可以提供关于灌溉水406的信息409，该信息409可以包括例如pH值、导电率(CE)、添加物诸如例如化学品和/或养分对灌溉溶液的贡献等。土壤溶液412(例如，水溶液和/或土壤样本)也可以被分析以确定土壤组成的信息415，诸如例如，化学品和/或养分的吸收、浸出、pH值、导电率(CE)、盐度水平等。植物109的样本也可以被获得用于叶的分析418，叶的分析418可以被用来诊断植物109的营养状况421。
获得的样本的每个条件可以在框315(图3)中单独地或连同相同的或其他样本的条件被分析和评价以确定框318(图3)的纠正措施。例如，pH值可以贯穿植物109的根系活力区112来评价以量化土壤基质103(图1)的酸度并确定纠正的解决方案，如果需要的话。通常，pH值通过调整所提供的FS 115(图1)的组成被维持在约6-8、约6.5-8或约6.5-7.5的范围内。较低的pH值可能由于增加诸如例如，Al、Mn、Fe、Cu和Zn金属的溶解度造成风险。pH<5可能产生可能是有毒的Al和Mn浓度。较高的pH值降低金属的溶解度，但是可能需要对Mn、Fe和Zn使用螯合剂。例如EDTA可以被用于pH<6.7，DTPA可以被用于6.7和7.8之间的pH，以及EDDHA可以被用于pH>7.8。当评价FS 115对pH值的影响时，基于土壤样本的分析的条件也可以被考虑。
贯穿根系活力区112的盐度条件也可以基于例如在含水样本内的导电率(EC)以及氯和钠的含量来评价以提供在根系活力区中盐和/或肥料的积聚和盐的浸出的指示。评价贯穿根系活力区112的EC的标准将取决于植物物种。可以被用来评价氯和Na浓度比率的一般的标准的实例在以下表1中提供。氯的浓度比率(CRCl)是来自贯穿根系活力区112的含水样本中的平均Cl水平与在提供的FS 115中的Cl水平的比率，以及Na的浓度比率(CRNa)是来自贯穿根系活力区112的含水样本中的平均Na水平与在提供的FS 115中的Na水平的比率。
表1
浓度比率也可以被应用于在根系活力区112和FS 115内的其他离子、化学品和/或养分。例如，含水样本中的离子、化学品或养分X的浓度比率可以表示为：
CRX＝XAS/XFS
其中，XAS是在来自根系活力区112的多个深度的含水样本中的离子、化学品或养分X的平均水平，并且XFS是在提供的FS 115中的离子、化学品或养分X的水平。
EC浓度比率(CREC)也可以被用来评价在根系活力区112内的盐度条件。该CREC是来自贯穿根系活力区112的含水样本中的平均EC水平与在提供的FS 115中的EC水平的比率。当CREC为约1-1.2时，这能够表示土壤103是非常有渗透性的。在这种情况下，约1-1.2的CRCl和CRNa能够表示低的植物活力和/或高度排水。当CRCl和CRNa是>1.5时，这能够表示高的植物活力和/或有限的排水。如果EC随着深度逐渐降低，这可能表示来自植物根系系统的强烈响应(吸收)，该强烈响应减少来自根系活力区112的盐。在CREC表示低渗透性(>1.5)的情况下，盐进入根系活力区112比它们被植物根系除去要更快。高度的根系吸收可以由肥料使用的高的速率表示而低的植物活力可以由肥料使用的低的速率表示。
作物的生长和生产力能够由通过高的EC表示的高的盐水平限制。如果高水平的Cl–和Na+存在，存在植物毒性、对抗性、渗透应力以及土壤溶胶的风险。冲洗灌溉并保持田间持水量的土壤水分能够降低浓度，然而Cl–/NO3 –和Na+/(K++Ca+++Mg++)的比率应该通过保持比率为1(最大值)被考虑。如果高水平的SO4 2–、Ca++和Mg++存在，那么灌溉主要是渗透性的，并且冲洗灌溉并保持田间持水量的土壤水分是需要的。高的Ca++和Mg++水平能够对K+吸收和H2PO4 –沉淀起反作用，所以这些养分供给的增加是所期望的。当两种条件的结合存在时，纠正措施的结合可以被使用。可接受的盐度水平和/或极限可以基于植物物种变化并且纠正措施可以被相应地确定。
大量养分诸如例如，磷、氮、钾、钙和镁也可以被分析和评价可用性并且以识别养分的失衡和肥料浸出的风险。浓度比率(CR)可以基于在含水样本和FS 115中的一种或多种离子水平来确定。关于标记离子的养分的利用率(UR)也可以至少部分基于相应的CR来确定。对于离子、化学品或养分X，利用率可以表示为：
URX＝(1–(XAS/(XFS×CRMKR)))×100
其中，XAS是在来自根系活力区112的多个深度的含水样本中的离子、化学品或养分X的平均水平，XFS是在提供的FS 115中的离子、化学品或养分X的水平，并且CRMKR是标记离子诸如例如，氯和/或钠的浓度比率。养分的消耗指数(CI)也可以至少部分基于相应的UR来确定。对于离子、化学品或养分X，消耗指数可以表示为：
CIX＝(URX/100)×XFS。
离子、化学品或养分X的URX和CIX可以被用作评价的主要指标。例如，URX和CIX可以与预先限定的水平或范围相比较以确定纠正是否可以被建议。
对于磷，H2PO4 –的条件可以被检测。在来自根系活力区112的含水样本中，H2PO4 –<10ppm能够表示低的可用性，H2PO4 –在10-20ppm范围内能够表示中等的可用性，并且H2PO4 –>20ppm能够表示高的可用性。在FS115中，H2PO4 –<20ppm能够提供低的贡献，H2PO4 –在20-40ppm范围内能够提供中等的贡献，并且H2PO4 –>40ppm能够提供高的贡献。在FS 115中H2PO4 –水平不应高于NO3 –水平的10％。磷的利用率和消耗指数可以基于H2PO4–的水平确定。散播施肥可以定期以H2PO4 –<6ppm来施加。
对于氮，NO3 –、NH4 +和尿素的条件可以被分析并评价。在来自根系活力区112的含水样本中，NO3 –<2meq/l能够表示低的可用性，NO3 –在2-4meq/l范围内能够表示中等的可用性，并且NO3 –>4meq/l能够表示高的可用性。在根系活力区112的底部的高的NO3 –水平可以表示浸出的风险。氮的利用率(URN)也可以被考虑，其中：
URN＝(1–(NAS/(NFS×CRCl)))×100
其中，NAS是在根系活力区112内的N的平均水平，其可以估算为在每个深度处的含水样本中NO3 –+NH4 ++尿素的平均值，NFS是在FS 115中氮的水平，其由NO3 –+NH4 ++尿素的平均值估算，并且CRCl是氯标记离子的浓度比率。URN<33％能够表示低的使用(例如，在此期间过度的贡献或低的活力)，URN在33-66％ppm范围内能够表示中等的使用(例如，适当的贡献)，并且URN>66％能够表示高的贡献(例如，高活力期间或不足的贡献)。氮的消耗指数也可以被确定，其中：
CIN＝(URN/100)×NFS.
CIN也可以基于预先限定的水平或范围被评价。
可以用来评价氮和氯比率的一般标准的实例在以下表2中提供。NH4 +水平>0.3meq/l的指示可以是可能导致根系窒息问题的初期的还原环境的指示。还原环境可以通过例如，减少FS的剂量、脉冲灌溉或应用强氧化性的化学品诸如例如，高锰酸钾和/或其他来纠正。
表2
对于钾，K+的条件可以被分析并评价。在来自根系活力区112的含水样本中，K+<0.3meq/l的水平能够表示低的可用性，K+在0.3-0.6meq/l范围内能够表示中等的可用性，并且K+>0.6meq/l能够表示高的可用性。在FS 115中，K+<0.75meq/l能够提供低的贡献，K+在0.75-1.5meq/l范围内能够提供中等的贡献，并且K+>1.5meq/l能够提供高的贡献。钾的利用率(URK)也可以被考虑，其中：
URK＝(1–(KAS/(KFS×CRCl)))×100
其中，KAS是在根系活力区112中的每个深度处的含水样本中K+的平均水平，KFS是在FS 115中K+的水平，并且CRCl是氯标记离子的浓度比率。URK<33％能够表示低的使用(例如，在此期间过度的贡献或低的活力)，URK在33-66％ppm范围内能够表示中等的使用(例如，适当的贡献)，并且URK>66％能够表示高的贡献(例如，高活力期间或不足的贡献)。钾的消耗指数也可以被确定，其中：
CIK＝(URK/100)×KFS.
CIK也可以基于预先限定的水平或范围被评价。
此外，相对于其他阳离子(或阴离子)的K+的比率可以被检测，该K+的比率可以影响K+被植物109利用。例如，K+/(Na++Ca+++Mg++)的比率也可以被评价。可以被用来评价Na++Ca+++Mg++和K+比率的水平的一般标准的实例在以下表3中提供。
表3
对于钙，Ca++的条件可以被分析并评价。在来自根系活力区112的含水样本中，Ca++<3meq/l能够表示低的可用性，Ca++在3-4meq/l范围内能够表示中等的可用性，并且Ca++>4meq/l能够表示高的可用性。钙的利用率：
URCa＝(1–(CaAS/(CaFS×CRNa)))×100
和/或钙的消耗指数：
CICa＝(URCa/100)×CaFS.
也可以被考虑，其中CaAS是在根系活力区112中的每个深度处的含水样本中Ca++的平均水平，CaFS是在FS 115中Ca++的水平，并且CRNa是钠标记离子的浓度比率。URCa和/或CICa可以基于预先限定的水平或范围被评价。
此外，相对于其他阳离子(或阴离子)的Ca++的比率可以被检测，该K+的比率可以影响Ca++被植物109利用。例如，Ca++/Na+和Ca++/Mg++的比率也可以被评价。可以被用来评价比率的一般标准的实例在以下表4和表5中提供。
表4
对于镁，Mg++的条件可以被分析并评价。在来自根系活力区112的含水样本中，Mg++<1.5meq/l能够表示低的可用性，Mg++在1.5-2meq/l范围内能够表示中等的可用性，并且Mg++>2meq/l能够表示高的可用性。镁的利用率：
URMg＝(1–(MgAS/(MgFS×CRNa)))×100
和/或镁的消耗指数：
CIMg＝(URMg/100)×MgFS.
也可以被考虑，其中MgAS是在根系活力区112中的每个深度处的含水样本中Mg++的平均水平，MgFS是在FS 115中Mg++的水平，并且CRNa是钠标记离子的浓度比率。URMg和/或CIMg可以基于预先限定的水平或范围被评价。
此外，相对于其他阳离子(或阴离子)的Mg++的比率可以被检测，该K+的比率可以影响Mg++被植物109利用。例如，Ca++/Mg++的比率也可以被评价。可以被用来评价比率的一般标准的实例在以下表5中提供。
表5
微量元素(或微量养分)诸如例如，铁、锰、锌、铜、硼等也可以被分析和评价可用性并且以识别毒性风险和养分的失衡。可以被用来评价根系活力区112和FS 115中的微量元素的一般标准的实例在以下表6中提供。
表6
当确定诸如调整用于下次施加的FS 115中的养分水平的纠正措施时，在FS 115中的养分对植物109的影响也被考虑。图5图示了添加的养分和在植物109中它们的效果之间的关系。当确定框318(图3)的纠正措施时，养分的吸收协同效应也可以被考虑。在养分之间的协同效应的实例在以下表7中提供。
表7
用于确定适当的纠正措施的条件的评价可以基于植物物种改变。例如，水果和蔬菜可能在完全不同的营养条件下生长茂盛。此外，植物109对多种离子、化学品和/或养分浓度的耐受性也可以影响所提议的纠正措施。附录A包括用于毛桃和油桃植物物种的评价准则的实例。附录A包括用于灌溉水质量、叶的(植物组织)、FS和含水土壤的样本的评价的准则。此外，附录A概括了基于幼苗和成株两者的生长周期的灌溉的分配并且包括基于含水样本的评价的诊断和观察到的纠正。纠正因素基于多个评价条件来确定以确定灌溉分配。一种或多种添加物的量可以基于含水样本和灌溉水的化学组成进一步细化。
土壤条件的监测和控制可以实施为由计算装置可执行的应用程序。例如分析的样本的评价(图3中的框315)，以及纠正措施的确定和提供(图3中的框318)可以采用土壤监测和控制应用程序来实施。纠正措施可以至少部分基于使用图形识别、神经网络评价和/或基于如能够理解的识别方法的其他规则的已分析的样本的评价来确定。此外，提供肥料溶液(FS)(图3中的框306)、获得样本(图3中的框309)和/或分析样本(图3中的框312)可以自动化并且由土壤监测和控制应用程序控制。土壤监测和控制应用程序也可以允许通过产生的网络页面或其它图形显示来访问存储分析数据。
附录B包括可以被提供由土壤的监测和控制应用程序的用户使用的图形显示的实例。该图形显示可以允许用户通过访问例如，用户配置文件、进化动力学、远程监测、地块信息比较以及基准来访问所监测的作物的化学品的和/或营养的监测。进化动力学允许用户监测含水样本(土壤溶液)、植物、果实或诸如例如，灌溉和施肥的其他影响因素中的多个化学品和/或养分浓度的变化或图案。上限和下限可以被包括作为图形表示中的指引。这些界限可以在植物物种的生命周期期间变化。地块(或被监测的区域)的比较允许纠正措施为每块被监测的区域改变。远程监测允许用户比较多个参数对其他被监测的环境条件的影响。如附录A所示的，灌溉的分配能够随植物物种的作物周期以及植物的年龄变化。
用于灌溉水、土壤组成和植物的多个参数的评价结果也可以呈现供用户访问。该评价结果也可以包括如上述讨论的纠正措施，该纠正措施基于评价结果被识别。例如，土壤监测和控制应用程序可以提供用于添加到灌溉水的一种或多种添加物以改善根系活力区的化学组成来促进生长和生产力。用户也可以访问客户数据库以评价历史数据。一种或多种被监测的参数可以被选择用于呈现。历史信息可以被显示为电子表格或可以以一个或多个图形格式表现。
此外，多种报告可以通过土壤监测和控制应用程序产生。例如，样本分析的自动解释可以在诸如例如，如附录C显示的根系活力区的营养分析的报告中提供。这样的报告能够包括与例如，盐度、pH、营养/化学组成以及微量元素和/或大量元素有关的概要信息。该报告也可以包括纠正措施，该纠正措施可以被实施以恢复和/或维持土壤基质的化学组成平衡。例如，报告可以指出用于应用于土壤基质的适当的冲洗和/或添加物。报告也可以包括应该添加到灌溉水的、至少部分基于含水溶液分析结果的添加物的量，以恢复对根系活力区和/或土壤基质所期望的化学/营养组成。添加物的量可以基于离子、化学品和/或养分的所评价的水平。例如，表格或数据库可以提供至少部分基于浓度水平、浓度比率(CR)、利用率(UR)和/或消耗指数(CI)的推荐的量。在其他实施方式中，所推荐的量可以至少部分基于使用图形识别、神经网络评价和/或基于如能够理解的识别方法的其他规则的浓度水平、CR、UR和/或CI的评价来确定。
接下来参考图6，显示的是图示可以在图3中的框315中实施的评价的实例的流程图。化学组成、浓度比率(CR)、利用率(UR)和/或消耗指数(CI)能够至少部分基于框312(图3)的样本分析来评价。所获得的样本的每个条件可以单独地或连同相同的或其他的样本的条件被分析并且评价以确定框318(图3)的纠正措施。以框603开始，植物物种被确定用于所分析的样本的评价。例如，用户可以通过用户界面识别植物109(图1)的物种，或者该物种可以基于与所获得的样本或获得样本的位置(例如，来自存储在数据存储中的用户配置文件)有关的信息来确定。被识别的植物物种的生长周期中的阶段在框606中确定。例如，在生长周期中的阶段可以基于该年的当前时间。生长周期可以依据在植物物种的位置处的生长季节期间的不同生长阶段界定。在一些实施方式中，生长周期通过该年的月份界定。植物物种休眠的月份可以不考虑。生长周期的阶段也可以至少部分基于植物的成熟度(例如，幼苗或成株)来调整。植物的年龄也可以被确定。
含水样本、植物组织样本、肥料溶液(FS)样本和/或灌溉水样本的分析结果可以被用于在植物109的生长周期养分的可用性、平衡、摄入以及使用速率的评价。例如，在框609中含水样本的分析结果可以被评价以确定根系活力区112(图1)的条件。含水样本的化学品、矿物质、养分、离子和/或导电率的水平可以被检测并且与和植物物种有关的预先限定的水平相比较。预先限定的水平可以限定两个或多个范围。该范围可以限定用于贯穿根系活力区112或对根系活力区112的每个深度的化学品、矿物质、养分、离子和/或导电率的平均水平。例如，预先限定的水平可以基于上限和/或下限来限定所期望的范围。例如，在根系活力区112内的NO3 -和Cl-的浓度能够被检测并且与和植物物种有关的预先限定的水平相比较。表1和表6图示用于根系活力区112中的一些化合物和微量元素的低的、中等的(或所期望的)以及高的范围的预先定义的水平的实例。在其他实施方式中，所期望的水平可以用限定的上容限和下容限来指定。在某些情况下，预先界定的水平可以被指定用于诸如例如，非常低的、低的、所期望的、高的以及非常高的范围的其他组合。
此外，关于在含水样本中的其他离子、化学品和/或养分的浓度比率也可以被确定并且评价。例如，诸如例如在根系活力区112内的K+/Na+、K+/Mg++、Ca++/Na+、Ca++/Mg++和/或NO3 -/NH4 +的其他组合的水平也可以基于预先限定的水平来评价。表2-5图示用于多种离子或离子的组合的比率的低的和适当的(或所期望的)范围的预先限定的水平的实例。浓度和/或比率的预先限定的水平可以至少部分基于植物物种的历史数据和生长模式。该水平(或范围)可以至少部分基于所识别的植物物种的生长周期和/或成熟度来变化。预先限定的水平可以随着生长周期从最初生长到产生花朵到发育到果实成熟移动而改变。预先界定的水平也可以随着植物的成熟度而变化。随着植物物种老化，植物营养的需求改变。此外，随着根系深度的变化，预先限定的水平可以调整用于根系活力区112的不同深度的水平。
在框612中，植物109的条件可以至少部分基于植物组织样本的分析来评价。植物组织样本可以从例如，植物109的叶子、茎、果实、花和/或根中获得并且在图3中的框312中被分析。植物组织样本的化学品、矿物质、养分和/或导电率的水平可以被检测并且与和植物物种有关的预先限定的水平相比较。关于在植物组织样本中的其他离子、化学品和/或养分的浓度比率也可以被确定并且评价。如上述描述的，预先限定的水平可以被限定为多个范围，该范围可以至少部分基于植物物种的历史数据和生长周期。预先限定的水平(或范围)可以至少部分基于获得植物组织样本的地点、所识别的植物物种的生长周期和/或成熟度而变化。生长周期可以依据在生长季节期间的、在植物物种的位置处的不同生长阶段界定。在一些实施方式中，生长周期由该年的月份限定并且可以包括植物物种休眠的月份。
在框615中，FS 115(图1)的条件至少部分基于框312(图3)的样本分析来评价。FS样本的化学品、矿物质、养分和/或导电率的水平可以被检测并且与预先限定的水平相比较。关于在植物组织样本中的其他离子、化学品和/或养分的浓度比率也可以被确定并且评价。浓度和/或比率可以相同或不同于对含水样本评价的浓度和/或比率。预先限定的水平可以对在FS115中的一些离子、化学品、养分和/或微量元素界定多个范围，诸如例如，基于高水平限值和/或低水平限值的所期望的范围。在其他实施方式中，所期望的水平可以用限定的上容限和下容限来指定。在一些情况下，预先限定的水平可以被指定用于诸如例如，非常低的、低的、所期望的、高的以及非常高的范围的其他组合。预先限定的水平可以至少部分基于植物109的生长周期来变化。
含水样本、植物组织样本和/或FS样本的不同条件之间的相互作用在框618中评价。如关于图5讨论的，一些离子、化学品和养分的利用、吸收和/或消耗可以被其他离子、化学品、微量元素和/或其他养分的浓度影响。在含水样本、植物组织样本和FS样本中的元素的不同组合可以在框618中评价。可以用于评价的主要指标包括对多种离子、化学品和/或养分的浓度比率(CR)、利用率(UR)和消耗指数(CI)。例如，可以确定并且评价以下中的一种或多种的CR、UR和/或CI：诸如例如，NO3 -、H2PO4 -、HCO3 -、CO3 ＝和/或SO4 ＝的阴离子；和/或诸如例如，Ca++、Mg++、K+和/或NH4 +的阳离子；和/或诸如例如，B、Fe、Mn、Cu、Zn、Mo和/或尿素的微量元素。对于阴离子的UR可以使用例如Cl-作为标记离子来确定，并且对于阳离子的UR可以使用例如Na+作为标记离子来确定。也可以确定并且评价基于一种或多种阴离子和/或阳离子的诸如例如磷和/或氮的一种或多种大量养分的CR、UR和/或CI。CR、UR和/或CI可以与界定多个范围的预先限定的水平相比较，所述多个范围可以至少部分基于所识别的植物物种的生长周期和/或成熟度而变化。
然后纠正措施的建议在框621中确定。该建议可以至少部分基于使用图形识别、神经网络评价和/或基于如能够理解的识别方法的其他规则的已分析的样本的评价来确定。该建议能够包括，但不限于对FS 115的化学组成的改变。该建议可以考虑如从灌溉水样本的分析中确定的灌溉水的条件(或质量)(框624)和/或活力区112中的土壤的条件(框627)，活力区112中的土壤的条件(框627)可以从在抽吸探针106的插入期间获得的最初的样本中确定。化学品、养分和/或离子浓度和/或不同化学品、养分或离子的比率可以如上述描述的确定。该建议也可以考虑保持在根系活力区112的多个深度处的化学品、养分和/或离子的未使用的部分，和/或损失的化学品、养分和/或离子的部分。建议可以包括在活力区112、植物组织和/或FS 115中的化学品、微量元素、pH、导电率和/或其他养分的当前的条件以及回到它们所期望的水平的条件的所建议的纠正。该建议可以包括对FS115的化学品和/或养分的指定量。特定的螯合剂的添加也可以基于活力区112的当前的或计划的pH来建议。在其他情况下，该建议也可以包括添加灌溉水到FS 115以降低某些元素的水平。该建议可以基于贯穿根系活力区112的离子、化学品和养分的水平。在一些情况下，该建议可以考虑在活力区112内的不同深度处的浓度。
例如，当前的氮的水平可以与在生长周期阶段的所期望的水平相比较以确定是否可以建议调整。这可以包括在一个或多个探针深度处的浓度的比较以确定相应的氮的水平是否需要被调整。在FS 115中的当前的水平也能够在评价中被考虑。诸如CRN、URN和/或CIN的主要指标可以被确定并且利用以确定用于纠正措施的建议来消除或降低环境效应。已分析的水平和对应于植物109的预先限定的水平之间关系可以被用来确定FS 115中的氮的水平是否应该通过增加或减少例如NO3-和/或NH4+的水平来调整。如果氮低于或高于所期望的范围，那么当前的条件可以被报告并且建议可以被提供以调整该条件。在一些情况下，添加到FS 115中的化学品和/或养分的增加或减少的量可以至少部分基于与所期望范围的偏差来确定。此外，可以提供添加的频率。
在来自叶子、茎秆、树液等的植物样本中的当前的或之前的氮的水平之间的变化，以及来自在植物109的生长周期期间的历史概况的变化也可以被评价并且用来确定所建议的调整。与其他化学品和/或养分的相互作用以及由植物109吸收和利用的影响也可以被考虑。例如，NO3-和Cl-的浓度之间的关系能够被检测以确定对于植物109是否存在适当的比率。基于这些关系，关于对FS 115调整的建议可以被调整。例如，如果含水样本和植物样本的分析表明氮的水平高于在根系活力区112中预先限定的水平但是低于在植物中预先限定的水平，建议可以维持在FS 115中的当前的氮的水平以确保满足植物109的需要。这个建议可以考虑生长周期的阶段和植物109的历史概况，以及目前的pH值和导电率。
相似的评价可以实施用于其他离子、化学品和/或诸如例如，磷、钾、钙、镁、铵、氯、钠的养分，和/或诸如例如，铁、锰、铜、锌、硼和/或钼的微量元素。诸如，CR、UR和/或CI的主要指标能够被确定用于一种或多种这些离子、化学品和/或养分并且被利用以确定建议。已分析的水平和对应于植物109的预先限定的水平之间的关系可以被用来确定FS 115中的化学品和/或养分的水平是否应该被调整。与其他化学品和/或养分的相互作用以及由植物109吸收、利用和消耗的影响也可以被考虑。对于钾，K+与Na+和/或K+与Mg++的浓度之间的相互作用能够检测以确定对于植物109是否存在适当的比率。对于钙，Ca++与Na+和/或Ca++与Mg++的浓度之间的相互作用能够检测以确定适当的比率是否存在。对于镁，Ca++与Mg++的浓度之间的相互作用能够检测以确定适当的比率是否存在。一种化学品和/或养分的建议可以被调整以考虑其他化学品和/或养分的建议的变化。
如果检测到一种或多种微量元素的积聚，那么适当的螯合剂(例如，EDTA、DTPA、EDDHA)可以被建议，同时考虑根系活力区112中的目前的和/或计划的pH值。对提供给植物109的氨基酸、磷酸一铵、磷酸一钾、硝酸镁和/或钙肥的调整也可以基于分析信息的评价来建议。关于对灌溉模式和/或灌溉量的调整的建议也可以基于可利用的信息来建议。排水和通风条件也可以被评价。
建议也可以考虑在植物109所位于的田地内的不同样本的位置。例如，对灌溉系统配置的调整可以至少部分基于在田地内不同位置的化学品和/或养分的水平的差异来建议。在田地内的不同位置的土壤组成的差异也可以通过建议用于田地的不同区域中的不同的施肥溶液115来考虑。此外，灌溉实践的纠正可以被建议诸如例如，增加或减少灌溉周期。在一些情况下，当确定纠正的建议时，气象条件的变化(当前的和/或预测的)也可以被考虑。其他的种植操作也可以至少部分基于含水样本、植物组织样本和FS样本的评价来建议。
现参考图7，显示的是可以利用在土壤条件的监测和控制中的系统700的实例。该系统700包括一个或多个计算装置703和一个或多个用户装置706。该计算装置703包括至少一个处理器电路，例如，具有两者均被连接到本地接口715的处理器709和存储器712的处理器电路。所以，计算装置703可以包括例如，服务器计算机或提供计算能力的任何其他系统。该计算装置703可以包括例如一个或多个显示装置，诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)屏幕、基于气体等离子体的平板显示器、LCD投影仪或其它类型的显示装置等。计算装置703也可以包括例如，多个外围装置。特别地，该外围装置可以包括输入系统诸如例如，键盘、小型键盘、触摸板、触摸屏、麦克风、扫描仪、鼠标、操纵杆、或者一个或多个按钮等等。尽管计算装置703以单数被提及，应理解多个计算装置703可以在如上述描述的多个布置中使用。本地接口715可以包括，例如带有所附的地址/控制总线或如能够理解的其他总线结构的数据总线。
在存储器712中被存储的是数据和由处理器709可执行的若干组件两者。特别地，在存储器712中被存储的和由处理器709可执行的是土壤监测和控制应用程序718和潜在的其他应用程序。另外，在存储器712中被存储的可以是数据存储721和其他数据。存储在数据存储721中的数据例如与多个应用程序的操作和/或下述描述的功能实体有关。例如数据存储可以包括样本分析结果、纠正措施以及如能够理解的其他数据或信息。此外，操作系统724可以被存储在存储器712中并且是由处理器709可执行的。数据存储721可以位于单一的计算装置中或可以被分散在许多不同装置中。
用户装置706代表多个用户装置，其可以通过诸如例如，互联网、内联网、外联网、广域网(WAN)、局域网(LAN)、有线网络、无线网络、被配置用于电网通信的网络或其他适当的网络等等，或两种或更多种这样的网络的任何组合的网络727通讯地连接到计算装置703。在一些实施方案中，用户装置706可以直接连接到计算机装置703。
用户装置706可以包括例如，基于处理器的系统，诸如计算机系统。这样的计算机系统可以以台式电脑、手提电脑、个人数字助理、移动电话、连网板、平板电脑系统或带有类似性能的其他装置的形式体现。用户装置706包括显示装置730，多种网络页面733和其他内容可以呈现在所述显示装置730上。用户装置706可以被配置以执行诸如，浏览器应用程序736和/或其他应用程序的多个应用程序。浏览器应用程序736可以在用户装置706中执行，例如，以访问并呈现网络页面733，诸如网页或由计算装置703和/或其他服务器提供的其他网络内容。用户装置703可以被配置以执行除浏览器应用程序736之外的应用程序诸如例如，电子邮件应用程序、即时通讯(IM)应用程序和/或其他应用程序。
在计算装置703上执行的组件包括例如，土壤监测和控制应用程序718和其他系统、应用程序、服务、进程、引擎或本文中未详细讨论的功能。土壤监测和控制应用程序718能够产生诸如网页或其他类型的网络内容的网络页面733，该网络页面733被提供给用户装置706响应用于查看所存储的数据或建议的纠正措施的目的的请求。
应理解，可以有如能够理解的存储在存储器712中并且由处理器709可执行的其他应用程序。在本文讨论的任何组件以软件的形式被实施的情况下，许多编程语言的任何一种可以被使用，诸如例如，C、C++、C#、面向对象的C(Objective C)、Java、Java脚本(JavaScript)、PERL、PHP、可视化basic语言(Visual Basic)、Python、Ruby、Delphi、Flash或其他编程语言。
许多软件组件被存储在存储器712中并且是由处理器709可执行的。在这方面，术语“可执行的”意思是以能够最终由处理器709运行的形式的程序文件。可执行程序的实例可以是例如，能够以能够被加载到存储器712的随机存取部分中并且由处理器709运行的格式被翻译成机器代码的编译程序、可以以诸如能够被加载到存储器712的随机存取部分中并且由处理器709运行的目标代码的适当的格式被表示的源代码、或者可以被另一可执行的程序翻译以在存储器712的随机存取部分中产生指令以被处理器709执行的源代码，等等。可执行的程序可以被存储在存储器712的任何部分或组件中，包括例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器、固态驱动器、USB闪存驱动器、存储卡、诸如致密盘(CD)或数字化通用磁盘(DVD)的光盘、软盘、磁带或其它存储器组件。
存储器712在本文中定义为包括易失性和非易失性存储器和数据存储组件。易失性组件是经断电无法保存数据值的那些组件。非易失性组件是经断电保存数据的那些组件。因此，存储器712可以包括例如，随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、硬盘驱动器、固态驱动器、USB闪存驱动器、经存储卡读卡器存储的存储卡、经相关的软盘驱动器存取的软盘、经光盘驱动器存取的光盘、经适当的磁带驱动器存取的磁带和/或其他存储器组件，或者这些存储器组件的任何两种或更多种的组合。此外，RAM可以包括例如，静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、或磁性随机存取存储器(MRAM)和其它这样的设备。ROM可以包括例如，可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或其它类似的存储器装置。
另外，处理器709可以表示多个处理器709并且存储器712可以表示多个存储器712，所述多个处理器709和多个存储器712以并行的处理电路分别操作。在这样的情况下，本地接口715可以是促进多个处理器709中的任何两个之间、任一处理器709和任一存储器712之间或存储器712的任何两个之间等的通讯的合适的网络。本地接口715可以包括旨在协调该通讯的额外的系统，其包括例如执行负载平衡。处理器709可以是电的或一些其他可用的结构。
尽管土壤监测和控制应用程序718和本文描述的其他多个系统可以以通过如上述讨论的通用硬件来执行的软件或代码来体现，但是作为一种替代，同样也可以以专用硬件或软件/通用硬件和专用硬件的组合来体现。如果以专用硬件来体现，每个能够作为使用许多技术的任何一种或组合的电路或状态机器来实施。这些技术可以包括，但不限于，具有用于经一种或多种数据信号应用来实施多种逻辑功能的逻辑门的离散逻辑电路、具有合适的逻辑门的专用集成电路或其他组件等等。这样的技术通常被本领域的技术人员所公知，并且因此不在本文详细描述。
图3和6的流程图显示土壤监测和控制应用程序718的部分的实施的功能和操作。如果以软件来体现，每个框可以表示代码的模块、片段或部分，其包括程序指令以实施指定的逻辑功能。该程序指令可以以源代码或机器代码的形式来体现，源代码包括写在编程语言中的人们可读取的语句，机器代码包括由适合的执行系统诸如，计算机系统或其他系统中的处理器709可辨识的数字指令。该机器代码可以从源代码等中转换。如果以硬件来体现，每个框可以表示电路或许多互相连接的电路以实施指定的逻辑功能。
尽管图3和图6的流程图显示执行的特定顺序，应理解执行的顺序可以不同于所描述的顺序。例如，两个或多个框的执行的顺序相对于显示的顺序可以是打乱的。另外，在图3和/或图6中连续地显示的两个或多个框可以同时地或以部分同时来执行。另外，在一些实施方案中，在图3和/或图6中显示的一个或多个框可以跳过或省略。此外，任何数量的计数器、状态变量、警告信号灯或消息可以被添加到本文描述的逻辑流程，用于增强的工具、解释、性能测量或提供故障排除援助等的目的。应理解，所有这样的变型在本公开内容的范围内。
另外，包括软件或代码的、包括土壤监测和控制应用程序718的、本文描述的任何逻辑或应用程序能够以任何非临时性计算机可读介质来体现用于由诸如例如，计算机系统或其他系统中的处理器709的指令执行系统使用或连同所述指令执行系统使用。在此意义上，逻辑可以包括例如，包括能够取自计算机可读介质并且由指令执行系统执行的指令和声明的陈述。在本公开内容的背景下，“计算机可读介质”可以是能够容纳、存储或维持用于由或连同指令执行系统使用的本文描述的逻辑或应用程序的任何介质。该计算机可入介质可包括许多物理介质中的任何一种诸如例如，电子、磁、光、电磁、红外或半导体介质。适当的计算机可读介质的更多的具体实例包括，但不限于，磁带、磁性软盘、磁性硬盘驱动器、存储卡、固态硬盘、USB闪存驱动器或光盘。另外，计算机可读介质可以是随机存取存储器(RAM)，其包括例如，静态随机存取存储器(SRAM)和动态随机存取存储器(DRAM)、或磁性随机存取存储器(MRAM)。此外，计算机可读介质可以是只读存储器(ROM)、可编程只读存储器(PROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)或其它类型的存储器装置。
简要描述的，其中的一个实施方案包括一种方法，该方法包括：获得从多个抽吸探针中提取的含水样本，该抽吸探针被放置在包括在土壤基质中的植物物种的根系活力区的土壤基质内的多个深度处；分析含水样本以确定土壤基质的化学组成；并且确定被添加到提供给土壤基质的灌溉水中的添加物的量以至少部分基于所确定的化学组成和植物物种来调整土壤基质的化学组成。多个抽吸探针的至少一个可以被放置在根系活力区内。确定土壤基质的化学组成可以包括确定根系活力区的化学组成。
该方法可以包括确定被添加到提供给土壤基质的灌溉水中的多种添加物的量以至少部分基于所确定的化学组成和植物物种来调整土壤基质的化学组成。该添加物可以包括水、残留的水、肥料或它们的任何组合。该方法可以包括获得已被提供给土壤基质的肥料溶液(FS)的样本并且分析FS样本以确定FS的组成，其中添加物的所确定的量至少部分基于所确定的FS的组成。FS可以在从多个抽吸探针中提取含水样本之前的至少一个预先确定的时间被提供给土壤基质。FS的样本可以在FS被提供给土壤基质的整个灌溉时间期间被收集。
该方法可以包括从多个抽吸探针中提取含水样本。可以对多个抽吸探针的每个抽真空以引起水溶液从土壤基质进入每个抽吸探针的水力传导。该方法可以包括获得灌溉水样本并且分析灌溉水样本以确定灌溉水的组成，其中添加物的所确定的量至少部分基于所确定的灌溉水的组成。该方法可以包括获得在根系活力区内的植物物种的组织样本并且分析植物组织样本以确定植物的营养条件。该方法可以包括提供被添加到灌溉水中的所确定的量的添加物以产生提供给土壤基质的肥料溶液(FS)。该方法可以包括将所确定的量的添加物与灌溉水混合以产生FS并且将FS施加到土壤基质。该FS可以通过滴水线被施加。
其中的另一个实施方案包括一种方法，该方法包括：在土壤基质内的一定深度处安装抽吸探针；对抽吸探针抽真空以引起水溶液从土壤基质进入抽吸探针的水力传导；在施加真空进行一段预先确定的时间后从抽吸探针中提取含水样本；并且分析含水样本以确定在土壤基质的深度处的化学组成。该方法可以包括在土壤基质内的多个深度处安装多个抽吸探针；对多个抽吸探针的每个抽真空以引起水溶液从土壤基质进入每个抽吸探针的水力传导；在施加真空进行一段预先确定的时间后从多个抽吸探针中提取含水样本；并且分析含水样本以确定在土壤基质的不同深度处的化学组成。
含水样本可以被分析以确定在土壤基质的不同深度处的化学组成。多个抽吸探针的至少一个可以被安装在土壤基质中的植物物种的根系活力区之内。含水样本可以被分析以确定根系活力区的化学组成。该方法可以包括至少部分基于根系活力区的所确定的化学组成来确定纠正措施。该纠正措施可以是冲洗灌溉。该方法可以包括在根系活力区的不同深度处获得多个土壤样本。该方法可以包括至少部分基于土壤基质的所确定的化学组成来确定纠正措施。
其中的另一个实施方案包括一种方法，该方法包括：通过计算装置获得已被提供给包括植物物种的根系活力区的土壤基质的肥料溶液(FS)的组成；通过计算装置获得在根系活力区内的化学组成，该化学组成由从被放置在FS提供给土壤基质后的根系活力区内的抽吸探针中获得的含水样本的分析来确定；通过计算装置至少部分基于FS组成和根系活力区的化学组成来确定植物物种的养分利用；并且通过计算装置提供被添加到灌溉水中以产生提供给土壤基质的后续的FS的添加物的量。该方法可以包括在根系活力区内的多个深度处获得化学组成，该化学组成由从被放置在FS提供给土壤基质后的根系活力区的多个深度处的抽吸探针中获得的含水样本的分析来确定。
该方法可以包括在根系活力区内的多个深度处获得化学组成，该化学组成由从被放置在FS提供给土壤基质后的根系活力区的多个深度处的抽吸探针中获得的含水样本的分析来确定。该方法可以包括获得基于植物物种的组织样本的分析的植物物种的营养状况，并且至少部分基于植物物种的所确定的养分利用和营养状况来确定用于后续的FS的养分的量。确定养分利用可以包括评价由含水样本的分析确定的标记离子浓度。确定养分利用可以包括确定氮的利用率和/或钾的利用率。
应强调，本公开内容的上文描述的实施方案仅仅是阐述用于本公开内容的原理的清晰理解的实施的可能的实施例。许多变化和修改可以对上文描述的实施方案做出，而实质上不脱离本公开内容的精神和原则。所有这样的修改和变化旨在被包括在本公开内容的范围之内的本文中，并且受到以下权利要求保护。
应注意，比率、浓度、数量和其他数值数据可以以范围的格式表示在本文中。应理解，这样的范围格式被用于方便和简洁，并且因此应以灵活的方式被解释为不但包括明确记载作为范围的限值的数值，而且包括所有单独的数值或被包含在该范围内的子区间，如同每个数值和子区间明确地被记载。为了说明，“约0.1％到约5％”的浓度范围应被解释为不但包括约0.1wt％到约5wt％的明确记载的浓度，而且包括在表明的范围内的单独的浓度(例如，1％、2％、3％和4％)和子区间(例如，0.5％、1.1％、2.2％、3.3％和4.4％)。术语“约”可根据数值的有效数字包括传统的舍入。此外，短语“约‘x’到‘y’”包括“约‘x’到约‘y’”。
附录A
附录A
附录A
附录A
附录A
附录A
附录A
附录A
附录C

Claims (23)

1.一种监测和控制土壤条件的方法，所述方法特征在于：
获得从多个原位抽吸探针中提取的含水样本，所述多个原位抽吸探针被放置在土壤基质内的多个深度处，所述土壤基质包括在所述土壤基质中的植物物种的根系活力区；
分析所述含水样本以确定所述含水样本的化学组成，所述化学组成包含一种或多种标记离子的浓度，所述一种或多种标记离子在所述根系活力区中存在但不被植物吸收；
通过至少一个计算装置至少部分基于关于所述土壤基质的深度的所述标记离子的浓度和分布来确定植物物种的养分利用；并且
至少部分基于所确定的所述植物物种的养分利用来确定被添加到提供给所述土壤基质的灌溉水中的添加物的量以调整所述土壤基质的化学组成。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述土壤基质的所述根系活力区的所述化学组成被包括所述添加物的所述灌溉水修改，所述灌溉水被提供给所述土壤基质。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述根系活力区的修改的化学组成改善所述植物物种的生长和生产。
4.如权利要求1所述的方法，其中所述添加物包含肥料。
5.如权利要求1所述的方法，其中确定所述添加物的量还至少部分基于在从所述多个原位抽吸探针中提取含水样本之前被提供给土壤基质的肥料溶液的组成。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述肥料溶液在从所述多个原位抽吸探针中提取所述含水样本之前的至少一个预先确定的时间被提供给所述土壤基质。
7.如权利要求1所述的方法，其中确定所述添加物的量还至少部分基于灌溉水源的组成。
8.如权利要求1所述的方法，其中确定所述添加物的量还至少部分基于所述植物物种的营养状况。
9.如权利要求8所述的方法，还包括确定所述植物物种的所述营养状况，所述营养状况基于所述植物物种的组织样本的分析。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述养分利用包括至少一种养分利用率。
11.如权利要求1所述的方法，其中确定所述养分利用包括至少部分基于对应的标记离子浓度确定养分的利用率。
12.如权利要求11述的方法，其中所述利用率是氮的利用率或钾的利用率。
13.如权利要求1所述的方法，其中确定所述养分利用包括至少部分基于对应的标记离子浓度确定水的吸收。
14.如权利要求1所述的方法，还包括至少部分基于所述标记离子的浓度和分布确定浸出存在于土壤基质中。
15.如权利要求14所述的方法，其中确定浸出存在还至少部分基于所述含水样本的导电率。
16.一种监测和控制土壤条件的方法，所述方法特征在于：
在土壤基质内的一定深度处安装抽吸探针；
通过对所述抽吸探针抽真空来引起水溶液从所述土壤基质进入所述抽吸探针的水力传导；
在施加所述真空一段预先确定的时间后从所述抽吸探针中提取含水样本；
分析所述含水样本以确定所述含水样本的化学组成，所述化学组成包括多种标记离子的浓度；
至少部分基于所述多种标记离子的浓度确定在所述土壤基质的所述深度处所述多种标记离子的至少一部分的养分利用；并且
至少部分基于所述多种标记离子的浓度和所确定的养分利用确定在所述土壤基质中的浸出的存在。
17.如权利要求16所述的方法，还包括：
在所述土壤基质内的多个深度处安装多个抽吸探针；
对所述多个抽吸探针的每个抽真空以引起水溶液从所述土壤基质进入每个抽吸探针的水力传导；
在施加所述真空一段预先确定的时间后从所述多个抽吸探针中提取含水样本；并且
分析所述含水样本以确定在所述土壤基质的不同深度处的化学组成。
18.如权利要求17所述的方法，其中所述多个抽吸探针的至少一个被安装在所述土壤基质中的植物物种的根系活力区内。
19.如权利要求17所述的方法，其中所述含水样本还被分析以确定在所述土壤基质的所述不同深度处的导电率。
20.如权利要求19所述的方法，还包括至少部分基于在所述土壤基质的所述不同深度处所确定的化学组成和所述导电率确定纠正措施。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述纠正措施是冲洗灌溉。
22.如权利要求16所述的方法，还包括在所述土壤基质的不同深度处获得多个土壤样本。
23.如权利要求16所述的方法，还包括至少部分基于所述土壤基质的所确定的化学组成来确定纠正措施。
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