DE2108642C3

DE2108642C3 - Method for determining the nutrient performance of the soil by means of electrolysis and device for measuring the performance

Info

Publication number: DE2108642C3
Application number: DE19712108642
Authority: DE
Inventors: Walter Prof.Dr. 6222 Geisenheim Tepe
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-02-24
Filing date: 1971-02-24
Publication date: 1974-12-19
Also published as: DE2108642A1; DE2108642B2

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen der Nährstoffleistung des Bodens.The invention relates to a method for measuring the nutrient performance of the soil.

Die Nährstoffabgabe des Bodens an die Pflanzen stellt eine Leistung dar, deren Dimension g-cm^-sec"¹ ist. Die Nährstoffleistung gibt die Nährstoffmenge in g wieder, die durch 1 cm² Wurzeloberfläche in der Zeiteinheit passiert. An Stelle von g kann die Nährstoffmenge auch in Milliäquivalenten angegeben werden.The nutrient delivery of the soil to the plants represents a performance, the dimension of which is g-cm ^ -sec " ^1. The nutrient performance reflects the amount of nutrients in g that passes through 1 cm ^{2 of} root surface in a unit of time. Instead of g, the Nutrient quantity can also be given in milliequivalents.

Die Nährstoffe sind Ionen. Sie wandern aus der umgebenden Bodenschicht (Eintauschzone) in die Wurzeln und legen auf dem Diffusionsweg größere Strecken zurück. Die Diffusionsgeschwindigkeit ist außer von der Konzentration der Ionen im Boden von einer Reihe bestimmter Bodeneigenschaften abhängig. So wirken gegenüber einer Nährlösung bremsend auf die Beweglichkeit der Ionen die Bodenkolloide, enge Poren, geringer Wassergehalt, tiefe Temperaturen und organische Stoffe in der Bodenlösung. Diese Hemmung der Ionenbewegung ist ein wesentlicher Faktor für die Nährstoffleistung.The nutrients are ions. They migrate from the surrounding soil layer (exchange zone) into the Roots and cover greater distances on the diffusion path. The diffusion rate is depends on a number of specific soil properties in addition to the concentration of ions in the soil. In contrast to a nutrient solution, the soil colloids, narrow pores, low water content and deep, have a retarding effect on the mobility of the ions Temperatures and organic matter in the soil solution. This inhibition of ion movement is a essential factor for nutritional performance.

Bekannt ist ein chemisches Verfahren zur Ermittlung der Nährstoffleistung (deutsche Patentschrift 1025 174), in dem ebenfalls die Ionenbewegung Gegenstand des Meßverfahrens ist. Daneben seien alle Methoden genannt, die mittels Pflanzen (Feldversuch, Gefäß- und Neubauerversuch) die Nährstoffleistung des Bodens erfassen. Alle diese bekannten Methoden erfordern einen großen Zeitaufwand. Es stellte sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zu entwickeln, welches eine einfache und schnelle Bestimmung der Nährstoffleistung ermöglicht. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß zwei im gewachsenen Boden befindliche Elektroden mit bestimmter Oberfläche mit einem konstanten Gleichstrom beschickt werden und daß die Stromstärke in Ampere gemessen wird, woraus sich unter Berücksichtigung von Temperatur und Elektrodenoberfläche die lonenmenge ergibt, welche dem Boden in einer bestimmten Zeit entzogen worden istA chemical method for determining the nutrient output is known (German patent specification 1025 174), in which the ion movement is also the subject of the measurement process. Next to it are all Methods called, which by means of plants (field test, container and new building test) the nutrient performance of the soil. All of these known methods are very time-consuming. It The task was therefore to develop a method that allows simple and quick determination which enables nutritional performance. This object is achieved in that two Electrodes located in the natural soil with a specific surface area with a constant direct current are charged and that the amperage is measured in amperes, from which taking into account of temperature and electrode surface results in the amount of ions which the soil in a has been withdrawn for a certain period of time

Bei der Elektrolyse des Bodens transportiert der elektrische Strom die Icaen über größere Wegstrecken zur Kathode und Anode. Dort werden die abgeschiedenen Ionen neutralisiert (entladen) und verschwinden vorerst als Ionen aus dem Boden. Die Schwermetalle schlagen sich an der Kathode ab, daneben laufen an den Elektrodenoberflächen Sekundärreaktionen mit dem Wasser ab, wobei Gase (H₂, O.„ CO₂, CL, usw.) entweichen, die wiederum äquivalent den für diese Reaktionen abgeschiedenen Ionen sind. Geschieht dieser Vorgang unter den gleichen Bodenbedingungen wie in der Pflanzenkultur, dann wirken die obigen Bodeneigenschaften gleichermaßen hemmend auf die Ionenbewegung.During the electrolysis of the soil, the electric current transports the ica over long distances to the cathode and anode. There the separated ions are neutralized (discharged) and initially disappear from the ground as ions. The heavy metals precipitate on the cathode, and secondary reactions with the water take place on the electrode surfaces, with gases (H ₂ , O, CO ₂ , CL, etc.) escaping, which in turn are equivalent to the ions separated out for these reactions. If this process takes place under the same soil conditions as in plant culture, then the above soil properties have an equally inhibiting effect on the movement of ions.

Für die Elektrolyse gilt nach Faraday folgende Gleichung:According to Faraday, the following equation applies to electrolysis:

It = Q.It = Q.

I = Stromstärke,
t = Zeit in Sekunden,
Q — abgeschiedene Ionen in Äquivalenten. I = current strength,
t = time in seconds,
Q - deposited ions in equivalents.

(D(D

Werden die Elektroden mit einem in Volt und Ampere konstanten Strom beschickt, dann hängt bei gegebener Temperatur, Elektrolytkonzentration und gegebenen Bodenverhältnissen die gemessene Stromstärke von der Größe der Elektrodenoberfläche ab. Die Elektrodenoberfläche stellt den Leitungsquerschnitt zum Boden dar. Proportional mit zunehmendem Leitungsquerschnitt nimmt der Stromwiderstand ab und damit nach dem Ohmschen Gesetz die Stromstärke zu. Dies trifft auch für die Stromleitung über den Boden in guter Annäherung zu. Bei bekannter Elektrodenoberfläche gibt die Stromstärke in Ampere also nach (1) an, wieviel Ionen in der Zeiteinheit an der Elektrodenoberfläche abgeschieden werden, oder auf die Pflanzenwurzel übertragen, die Wurzeloberfläche passieren. Die gemessene Stromstärke sagt damit über die Nährstoffleistung des Bodens aus und gibt an, wieviel Ionen in Äquivalenten in der Zeiteinheit über 1 cm² Elektrodenoberfläche dem Boden entzogen wurden. Dabei gehen alle Bodeneigenschaften, die fördernd oder hemmend auf die Ionenbewegung einwirken, automatisch in den Meßvorgang ein, oder anders ausgedrückt, der Meßvorgang erfaßt die Aktivität der Bodenionen, wie sie von den Bodeneigenschaften bestimmt wird.If the electrodes are charged with a constant current in volts and amperes, the measured current intensity depends on the size of the electrode surface at a given temperature, electrolyte concentration and given soil conditions. The electrode surface represents the line cross-section to the ground. The current resistance decreases proportionally with increasing line cross-section and thus the current strength increases according to Ohm's law. This also applies to a good approximation for the power line over the ground. If the electrode surface is known, the current intensity in amperes indicates how many ions are deposited on the electrode surface in a unit of time, or transferred to the plant roots, pass the root surface according to (1). The measured current strength thus indicates the nutrient performance of the soil and indicates how many ions in equivalents were withdrawn from the soil ^{in the unit of time over 1 cm 2 of electrode surface.} All soil properties that have a promoting or inhibiting effect on the ion movement are automatically included in the measurement process, or in other words, the measurement process detects the activity of the soil ions as determined by the soil properties.

Ein Beispiel über die hemmende Wirkung eines erniedrigten Wassergehaltes und einer Temperaturherabsetzung zeigt die Tabelle.An example of the inhibiting effect of a reduced water content and a decrease in temperature shows the table.

Nährstoffleistung eines Lehmbodens. Elektrodenstrom 3 Volt und 100 mA, Elektrodenoberfläche 4 cm*, Elektrodenabstand 5 cmNutritional performance of a clay soil. Electrode current 3 volts and 100 mA, electrode surface 4 cm *, electrode spacing 5 cm

Wassergehalt in
VolumprozentWater content in
Volume percentage Boden
temperatur in
⁰Cfloor
temperature in
⁰ C Elektrolysen
strom in mAElectrolyses
current in mA Meßzeit in
SekundenMeasuring time in
Seconds Abgeschiedene Ionen
inmvalIons deposited
inmval Nährstoffleistung in
mval · cm-¹ · see-'Nutritional performance in
mval cm- ¹ see- ' 46
23
46
2346
23
46
23 20
20
12
1220th
20th
12th
12th 12
6
9,6
4,812th
6th
9.6
4.8 10
10
10
1010
10
10
10 1,2435-10-»
0,6218 · 10-»
0,9949 · 10-»
0,4973 · 10-»1.2435-10- »
0.6218 · 10- »
0.9949 · 10- »
0.4973 · 10- » 0,3109-10-*
0,1554-10-*
0,2487 · 10-*
0,1243-10-*0.3109-10- *
0.1554-10- *
0.2487 10- *
0.1243-10- *

1 mA/sec =1 mA / sec =

1 Milliäquivalent 1 mval
~ 964901 milliequivalent 1 mval
~ 96490

96 49096 490

Der Transportweg der Ionen ist um so größer, je weiter Kathode und Anode anseinanderliegen. Ihr Abstand bestimmt, welches Bodenvolumen elektrolysiert wird. Der Elektrodenabstand hat auf die Stärke der Elektrolyse keinen Einfluß. Mit wachsender Elektrodenentfernung nehmen nämlich auch die Kraftfelder, die von den Elektroden durch den Beden gehen, an Umfang zu und vergrößern damit den Leitungsquerschnitt der Elektrolytbodenlösung, was zur Folge hat, daß der Widerstand für den Strom trotz größerer Elektrodenentfernung gleichbleibtThe transport path of the ions is greater, the closer the cathode and anode are to one another. Her Distance determines what volume of soil is electrolyzed will. The distance between the electrodes has no influence on the strength of the electrolysis. With increasing electrode distance namely also take the force fields generated by the electrodes through the bed go to scope and thus enlarge the line cross-section of the electrolyte soil solution, which for Consequence has that the resistance for the current despite remains the same as the electrode distance increases

Es ist deshalb für den Meßwert der Elektrolyse in Ampere gltidigültig, ob Anode und Kathode 10 cm oder 100 m auseinanderliegen. Je größer allerdings das elektrolysierte Bodenvolumen ist, um so langer dauert die EJektrolyse, bis der Boden erschöpft ist.It is therefore valid for the measured value of the electrolysis in amperes whether the anode and cathode are 10 cm or 100 m apart. However, the larger the electrolyzed soil volume, the longer the electrolysis lasts until the soil is exhausted.

Für die praktische Messung der Bodenleistung haben sich bei einer Elektrodenoberfläche von 3 bis 4 cm² und einem Elektrodenstrom von 3 V und 100 mA Meßzeiten von 5 bis 10 Sekunden bewährt. Bis zu dieser Zeit hat sich der Polarisationsstrom eingependelt, und die Amperewerte bleiben dann bei Elektrodenabständen von mehr als 4 cm über einen längeren Zeitraum konstant, d.h., der Ionennachschub zu den Elektroden verläuft gleichmäßig. Es genügen also wenige Sekunden, um das Maß für die Nährstoffleistung zu finden. Will man den gesamten Ionenvorrat im Boden prüfen, dann empfiehlt es sich, kleine Elektrodenabstände von 0,5 bis 1 cm zu wählen und hohe Elektrodenspannungen von 30 bis 80 V anzulegen, dann ist die Elektrolyse der kleinen Bodenmenge nach einigen Stunden beendet, weil der Boden erschöpft ist Die Amperewerte der Elektrolyse nehmen in diesem Fall in Form einer abfallenden Kurve ab.For the practical measurement of the soil power, with an electrode surface of 3 to 4 cm ² and an electrode current of 3 V and 100 mA, measurement times of 5 to 10 seconds have proven to be useful. By this time the polarization current has leveled off and the amperage values then remain constant over a longer period of time if the electrodes are spaced more than 4 cm, ie the ion supply to the electrodes is constant. A few seconds are enough to find the measure for the nutritional performance. If you want to check the entire ion supply in the soil, then it is advisable to select small electrode gaps of 0.5 to 1 cm and apply high electrode voltages of 30 to 80 V, then the electrolysis of the small amount of soil is over after a few hours because the soil is exhausted In this case, the amperage values of the electrolysis decrease in the form of a sloping curve.

Von großer Bedeutung für die Elektrolyse des Bodens ist die Form der Elektroden. Beim Einstecken in den Boden muß ein inniger Kontakt erreicht werden, was durch eine bestimmte Kegelform gelingt Im Prinzip ist der Kontakt um so inniger, je stumpfer der öffnungswinkel des Kegels gehalten wird. Ein Öffnungswinkel über 45° erschwert aber das Einstecken der Elektroden bereits stark, weil der Boden dann nach unten verdrängt und andererseits die Bodenstruktur zerstört wird. Hier muß also ein Komis promiß gefunden werden zwischen möglichst innigem Kontakt und möglichst geringer Strukturschädigung.The shape of the electrodes is of great importance for the electrolysis of the soil. When plugging in Intimate contact must be achieved in the ground, which is achieved by means of a certain cone shape In principle, the closer the opening angle of the cone, the more intimate the contact. An opening angle of more than 45 ° makes it very difficult to insert the electrodes, because the bottom then displaced downwards and on the other hand the soil structure is destroyed. So here has to be a Komis must be found between as intimate contact as possible and as little structural damage as possible.

Die Versuche ergaben folgende optimale öffnungswinkel: The tests resulted in the following optimal opening angles:

a) Tonboden a) clay soil

b) Lehmböden b) clay soils

c) Sandböden c) sandy soils

d) Gärtnerische Erdend) Horticultural soils

öffnungswinkelopening angle

Kegelstumpf
(Grad)Truncated cone
(Degree)

15 bis 30
20 bis 30
25 bis 33
25 bis 4015 to 30
20 to 30
25 to 33
25 to 40

Kegel
(Grad)cone
(Degree)

15 bis 33
20 bis 33
28 bis 35
30 bis 4015 to 33
20 to 33
28 to 35
30 to 40

Um allen vier Bodenarten gerecht zu werden, muß der öffnungswinkel zwischen 25 und 45° liegen.In order to do justice to all four types of soil, the opening angle must be between 25 and 45 °.

Eine vorteilhafte Ausführungsform eines zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Vorrichtung zeigt die A b b. 1.An advantageous embodiment of a suitable for carrying out the method according to the invention Device shows the A b b. 1.

1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. A method for measuring the nutrient output of the soil, characterized in that S

that two electrodes located in the grown soil with a certain surface area with one constant direct current and that the current is measured in amperes, from which the amount of ions results, taking into account the temperature and electrode surface shows what has been withdrawn from the soil in a given time.

2. Apparatus for performing the method according to claim 1, characterized by two conical electrodes, the outer surfaces of which form an opening angle between 25 and 45 °.