СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИФФУЗИОННО-АДСОРБЦИОННЫХ ПОТЕНЦИАЛОВ В ПОЧВАХ Российский патент 2006 года по МПК A01G7/00 G01V3/04 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и почвоведению, а именно к методам определения электрических свойств почв.

Известен способ определения диффузионно-адсорбционных потенциалов в почвах [1], заключающийся в использовании электродов, изготовленных из сухих гальванических элементов Лекланше. Такие электроды представляют собой графитовый стержень, находящийся в смеси угольного порошка, пиролюзита и оксида марганца, пропитанных загущенным раствором хлорида аммония, содержащим хлориды цинка и меди. Контакт электрода с почвой осуществляется через загущенный достаточно концентрированный раствор. Эти электроды удобны в работе и при их использовании исключена возможность разбавления почвенного раствора электролитом.

Основным недостатком способа измерения электрических полей в почвах с помощью таких электродов является разная подвижность катионов и анионов, находящихся в загущенном растворе электрода. На границах электрод-почва возникают неконтролируемые диффузионные скачки потенциала. При измерении диффузионно-адсорбционных потенциалов между различными почвенными слоями это приводит к значительным ошибкам.

Известен способ измерения электрических полей в почвах [2], заключающийся в использовании электродов, соединяемых с почвой через солевые агаровые мостики с насыщенным раствором хлорида калия. При размещении между электродами и почвой солевых мостиков с растворами хлорида калия или нитрата аммония - веществ, подвижности ионов которых близки, диффузионный потенциал на границе электрод-почва минимизируется. В этом случае скачки потенциалов на границах электрод - приэлектродный раствор и приэлектродный раствор - раствор солевого мостика у обоих электродов практически равны и компенсируют друг друга. Уменьшение диффузионных потенциалов приводит к тому, что измеряемая разность потенциалов близка к разности потенциалов между точками почвенного объема.

Основным недостатком данного способа измерения в почвах диффузионно-адсорбционных потенциалов является не учитываемая ошибка измерения, связанная с наличием на границах электрод-почва концентрационных скачков потенциала. Измеряемая разность потенциалов является алгебраической суммой трех скачков потенциалов:

концентрационного на границе первый электрод-почва;

диффузионно-адсорбционного на границе между почвенными слоями;

концентрационного на границе второй электрод-почва.

Полученные при измерениях подобным способом данные не вполне корректны, а определяемые величины диффузионно-адсорбционных потенциалов не точны.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения диффузионно-адсорбционных потенциалов как алгебраической суммы потенциалов измерений [3]. Одного при измерении разности потенциалов между почвенными слоями, а второго при измерении разности потенциалов между отобранными из почвенных горизонтов образцами почв, которые размещают на непроводящей поверхности и соединяют между собой агаровым солевым мостиком с насыщенным раствором хлорида калия. Таким образом удается измерить сумму всех трех потенциалов и отдельно сумму скачков потенциалов на границах электродов с почвой. Алгебраическая сумма полученных значений дает искомую величину диффузионно-адсорбционного потенциала.

Основным недостатком данного способа измерения в почвах диффузионно-адсорбционных потенциалов является необходимость брать пробы из почвенных слоев. Это усложняет и замедляет процесс измерений. При взятии проб всегда в большей или меньшей степени происходит нарушение почвенной структуры, что неконтролируемым образом может менять их состояние и, соответственно, потенциалы. Кроме того, размер пробы всегда значительно превышает размер электрода, а это ограничивает возможности по частоте снятия электрических характеристик почвенного слоя.

Целью изобретения является определение диффузионно-адсорбционных потенциалов на границе контакта различных почв или почвенных горизонтов без отбора почвенных образцов и повышение вследствие этого производительности при проведении измерений. Данный параметр характеризует завершенность почвообразовательных процессов, степень неравновесности на границе контакта и поэтому особенно важен.

Технической задачей изобретения является определение диффузионно-адсорбционного потенциала без взятия почвенных проб и разрушения стенки разреза.

Поставленная задача решается путем определения диффузионно-адсорбционного потенциала как алгебраической суммы при проведении групп измерений, при одном из которых измерительные неполяризующиеся электроды помещают в различные почвенные слои и измеряют разность потенциалов между ними, а вторую группу измерений осуществляют при размещении на одном из электродов насадки в виде почвы с фиксированной активностью катионов в ней, причем оба электрода располагают в одном почвенном слое, соединенном с насадкой и электродом через агаровые мостики с насыщенным раствором хлорида калия.

Техническая сущность изобретения поясняется схемой (фиг.1) разности потенциалов при непосредственном контакте почв, на фиг.2 - разности потенциалов при контакте почв через солевой мостик.

Аналог: РП=ϕ_АД

на самом деле: РП₁=ϕ_АД-(ϕ₂-ϕ₁)

При измерении РП между почвами, соединенными между собой через солевой мостик (фиг.2), она равна ϕ₂-ϕ₁.

РП₂=ϕ₂-ϕ₁

Это связано с тем, что солевой мостик с хлоридом калия "гасит" диффузионные потенциалы. Проведя измерения двумя способами и вычтя второе значение разности потенциалов из первого, получаем искомую величину диффузионно-адсорбционного потенциала на границе двух почв или почвенных горизонтов.

Ближайший аналог: ϕ_АД=РП₁-РП₂.

Однако подобный подход требует отбора почвенных проб, что замедляет работу в натурных условиях и может исказить результаты за счет нарушений почвенной структуры, вносимых при отборе проб.

Заявляемый способ позволяет решить эти проблемы (Фиг.3, а и б) разности потенциалов при контакте почв 1(а) и 2(б) с модельной системой через солевой мости.

Аналогично РП₂₀=ϕ₂-ϕ₀, вычитая одно из другого, получаем

РП₂₀-РП₁₀=ϕ₂-ϕ₁

Таким образом, если сделать насадку на один из электродов из модельной системы и соединять ее с почвой через солевой мостик, то проводя измерения дважды один раз между почвами (почвенными горизонтами) без насадки на электрод, а другой раз с насадкой, размещая оба электрода в каждом из почвенных горизонтов, можно, алгебраически суммируя результаты измерений, определить ϕ_АД между почвенными слоями без отбора почвенных проб.

РП₁=ϕ_АД-(ϕ₂-ϕ₁)

РП₂₀-РП₁₀=ϕ₂-ϕ₁

ϕ_АД=РП₁+(РП₂₀-РП₁₀)

Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения диффузионно-адсорбционных потенциалов на границе контакта различных почв или почвенных горизонтов и повысить производительность при проведении измерений за счет исключения отбора почвенных проб.

Нижеследующий пример раскрывает суть предлагаемого изобретения.

Пример 1.

В качестве почв, между которыми изучали диффузионно-адсорбционный потенциал, взяли тепличный субстрат и дерново-подзолистую почву. В качестве модельной системы использовали кубанский выщелоченный чернозем.

Разность потенциалов,
мВРП₁ϕ₂-ϕ₁РП₁₀РП₂₀РП₂₀-РП₁₀ϕ_АД заявляемый методϕ_АД ближ. аналогдерново-подзолистая почва - тепличный субстрат6,20,81,20,40,85,45,4

Таким образом, получаемые предлагаемым способом результаты совпадают с результатами, полученными по методу - ближайшему аналогу. В то же время, предлагаемое изобретение позволяет устранить искажения, связанные с приэлектродными скачками потенциалов при измерении диффузионно-адсорбционных потенциалов в почвах, не отбирая почвенных образцов из различных горизонтов, что упрощает проведение экспериментов и позволяет проводить их, не нарушая естественное сложение почв.

Литература

1. Поздняков А.И. Методика измерений естественного электрического поля почв. // Научные доклады высшей школы, Биологические науки, 1975. №7. С.137-139.

2. Поздняков А.И. Полевая электрофизика почв. - М.: МАИК «Наука / Интерпериодика», 2002. 189 с.

3. Федотов Г.Н., Жуков Д.В., Поздняков А.И., Диффузионно-адсорбционные потенциалы в почвах и их измерение. // Лесной вестник, 2003, №3, с.34-38.

Изобретение относится к почвоведению и может быть использовано при определении электрических свойств почв. Если сделать насадку на один из электродов из модельной системы и соединить ее с почвой через солевой мостик, то, проводя измерения дважды: один раз между почвами (почвенными горизонтами) без насадки на электрод, а другой раз с насадкой, размещая оба электрода в каждом из почвенных горизонтов, можно, алгебраически суммируя результаты измерений, определить искомую величину диффузионно-адсорбционного потенциала между почвенными слоями без отбора почвенных проб. 3 ил.

Способ измерения диффузионно-адсорбционных потенциалов в почвах, заключающийся в определении алгебраической суммы при проведении групп измерений, при одном из которых измерительные неполяризующиеся электроды помещают в разные почвенные слои и измеряют разность потенциалов между ними, отличающийся тем, что вторую группу измерений осуществляют при размещении на одном из электродов насадки в виде почвы с фиксированной активностью катионов в ней, причем оба электрода располагают в одном почвенном слое, соединенным с насадкой и электродом через агаровые мостики с насыщенным раствором хлорида калия.