СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВЫ Российский патент 2012 года по МПК G01N33/24 

Изобретение относится к почвоведению, мелиорации и земледелию и может быть использовано для оперативного определения влажности почвы, назначения сроков проведения очередных вегетационных поливов всех сельскохозяйственных культур, как в открытом грунте, так и в теплицах.

Известно несколько способов (методов) определения влажности почвы и назначения сроков проведения очередных вегетационных поливов сельскохозяйственных культур, которые можно объединить в следующие группы:

- весовой (термостатно-весовой), основанный на высушивании и взвешивании образцов почвы;

- тензометрический, основанный на измерении напряжения почвенной влаги поверхностными силами, возникающими на границе фаз;

- радиоактивный, в основу которого положено изменение интенсивности радиоактивного излучения помещенных в почву источников радиации при взаимодействии с молекулами воды или атомами водорода;

- электрический, при котором измеряются электрическое сопротивление, проводимость, емкость и индуктивность почвы, зависящие от ее влажности;

- оптический, при котором измеряется степень поглощения или отражения лучевой энергии, зависящие от влажности объекта;

- экспресс-методы: по состоянию растений, морфологическим признакам, физиологическим показателям, органолептическим признакам почвы, по которым определяют обеспеченность растений почвенной влагой и степень ее влажности (Плюснин И.И., Голованов А.И. Мелиоративное почвоведение/ Под ред. А.И.Голованова. - М.: Колос, 1983. - С.61-62; Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов A.M. Практикум по земледелию/ Учебник для вузов// 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропроиздат, 1987. - С.58-60; Практикум по почвоведению/ Под ред. И.С.Кауричева. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1986. - С.97-98; Пиуновский Б.А. Практикум по мелиоративному земледелию. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1986. - С.46-54; Долгов С.И. Агрофизические методы исследования почв. - М.: Наука, 1966. - С.9-227; Вериго С.А., Разумова. Л.А. Почвенная влага. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - 328 с.; Роде А.А. Основы учения о почвенной влаге. - T.1. Водные свойства почв и передвижение почвенной влаги. Т.2. Методы определения водного режима почв. - Л.: Гидрометеоиздат, 1965, 1969. - 663 с. и 287 с.; Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки. G01N 5/02 а.с. №1196737, G01N 75/56 а.с. №898308, G01N 5/00 а.с. №1101718, G01N 22/04 а.с. №1101722, G01N 25/56 а.с. №1173283, G01N 23/24 а.с №693184, G01N 23/00 а.с №53/466, G01N 21/80 а.с. 1109610, G01J 1/04 а.с 811084, G01N 21/86 а.с №813209.

Недостатками известных способов определения влажности почвы и сроков проведения вегетационных поливов является значительная трудоемкость, энергоемкость и продолжительность процесса во времени, необходимость применения большого количества лабораторного оборудования, электрических и радиационных и других приборов, достаточно опасных для здоровья обслуживающего персонала и окружающих людей. Ряд способов определения влажности почвы характеризуется низкой точностью, недостаточной для их практического применения.

Наиболее близким техническим решением определения влажности почвы и сроков проведения вегетационных поливов являются весовой способ (термостатно-весовой), при котором пробы почвы для определения влажности почвы в поле берут специальным игольчатым буром, из которого почву перекладывают в предварительно взвешенный стаканчик и закрывают крышкой. В лаборатории влажную почву в стаканчиках взвешивают на технических весах и сушат в сушильном шкафу при температуре 105°С, в течение 12-14 часов до постоянного веса, контролируя его на весах с точностью до 0,01 г. Взвешивание стаканчиков с сухой почвой осуществляют через 6 часов и далее через 8, 10, 12, 14 часов после начала сушки, до постоянного веса. Время сушки зависит от влажности почвы и температурного режима в сушильном шкафу. Расхождения в массе стаканчика с сухой почвой при очередном взвешивании не должны превышать 0.05 г.

Влажность почвы определяют по формуле:

где β_в - искомая влажность, % от массы сухой почвы;

В - масса пустого алюминиевого стаканчика, г;

В1 - масса стаканчика с влажной почвой до сушки, г;

В2 - масса стаканчика с сухой почвой после сушки, г.

(Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов A.M. Практикум по земледелию/Учебник для вузов//2-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1987. - С.57-58).

Недостатком данного способа определения влажности почвы являются значительные затраты труда, времени и электроэнергии, что связано с многократным взвешиванием образца почвы и ее продолжительной сушкой в сушильном шкафу в течение 12-14 часов до постоянного веса.

Техническим результатом, достигаемым изобретением, является упрощение способа определения влажности почвы, снижение затрат труда, времени и электроэнергии и возможность его оперативного применения в полевых условиях.

Результат достигается тем, что на поле, где запланированы наблюдения за влажностью почвы, предварительно в начале вегетации растений определяют плотность сухой почвы с ненарушенным сложением общеизвестным методом, отбором влажных образцов с помощью режущего кольца или цилиндра, их взвешиванием и сушкой в термостате, после чего в течение всего вегетационного периода, по мере необходимости, буром, позволяющим отбирать почву с ненарушенным сложением по горизонтам, берут образцы влажной почвы определенного объема и взвешивают их на технических весах, прямо в поле и без сушки образца в термостате (сушильном шкафу) определяют влажность почвы, как разность плотностей почвы с ненарушенным сложением во влажном и сухом состоянии, отнесенную к плотности сухой почвы с ненарушенным сложением и выраженную в процентах от массы сухой почвы.

Способ определения влажности почвы заключается в том, что на поле, где запланированы наблюдения за влажностью почвы предварительно в начале вегетационного периода, определяют плотность сухой почвы с ненарушенным сложением общеизвестным методом, отбором влажных образцов с помощью режущего кольца или цилиндра с последующим взвешиванием и сушкой в термостате. После этого в течение всего вегетационного периода по мере необходимости ежедневно, подекадно, до и после выпадения осадков и проведения поливов по горизонтам отбирают образцы влажной почвы определенного объема. Отбор проб на влажность производят буром Неговелова, буром-цилиндром ТСХА или любым другим буром, позволяющим отбирать образцы почвы с ненарушенным сложением. Эти устройства позволяют отбирать пробы влажной почвы с ненарушенным сложением определенного объема. Отобранные образцы влажной почвы прямо в поле взвешивают на технических весах с точностью до 10 мг и без сушки в термостате (сушильном шкафу) определяют влажность почвы. Она находится как разность плотностей почвы с ненарушенным сложением во влажном и сухом состояниях отнесенная к плотности сухой почвы с ненарушенным сложением, выраженная в процентах к массе сухой почвы по формуле:

где βв - влажность почвы, % массы сухой почвы

p - масса образца влажной почвы, г;

v - объем образца влажной почвы, соответствующий объему бура, см³;

dv - плотность сухой почвы с ненарушенным сложением, г/см³.

Исследования, проведенные в лаборатории кафедры «Мелиорация почв» «НГМА», показали достаточную степень сходимости результатов определения влажности почвы, эталонным термостатно-весовым и новым способами (таблица 1). Исследования проводились в четырехкратной повторности с двумя горизонтами 0-20 и 20-40 см, которые имели плотность сухой почвы с ненарушенным сложением соответственно 1.15 и 1.30 г/см³. При доверительной вероятности 95% точность опыта оказалась достаточно высокой и составила 0.69%, а наименьшая существенная разность между вариантами оказалась равной 0.58% м.с.п. В соответствии с этим погрешность опыта оказалась несущественной и между вариантами составила 0.26-0.27% м.с.п. Следовательно, точность определения влажности почвы новым способом достигает 99%, относительная ошибка составляет не более 1%. Это позволяет использовать новый способ определения влажности почвы для практических целей в области мелиорации, орошаемого земледелия и растениеводства для наблюдения за динамикой влажности почвы, в водобалансовых исследованиях и при назначении сроков проведения вегетационных поливов.

Таблица 1 Влияние различных способов на точность определения влажности почвы Варианты опыта Влажность, βв % м.с.п. Погрешность, % м.с.п. Относительная ошибка, % Плотность почвы с ненарушенным сложением 1.15 г/см³. Термостатно-весовой способ 27.50 - - Плотность почвы с ненарушенным сложением 1.15 г/см³. Новый способ 27.23 0.27 1.00 Плотность почвы с ненарушенным сложением 1.30 г/см³. Термостатно-весовой способ 27.81 - - Плотность почвы с ненарушенным сложением 1.30 г/см³. Новый способ 27.55 0.26 0.99 Точность опыта, m % 0.69 - - Наименьшая существенная разность, НСР 095, % м.с.п. - 0.58 -

Новый ускоренный способ определения влажности почвы значительно уменьшает затраты времени, труда и электроэнергии при его применении в сравнении с эталоном. При определении влажности этим способом отсутствует сушка влажного образца в термостате, на что уходит не менее 12-14 часов и расходуется значительное количество электроэнергии, примерно 15-20 кв.час. Отсутствует необходимость многократного взвешивания образца высушенной почвы. Главным достоинством нового способа определения влажности почвы является возможность оперативного определения влажности почвы непосредственно на поле, без использования громоздкого лабораторного оборудования.

Изобретение относится к почвоведению, мелиорации и земледелию. На поле, где запланированы наблюдения за влажностью почвы, предварительно, однократно, в начале вегетации растений определяют плотность почвы с ненарушенным сложением общеизвестным методом с помощью режущего кольца или цилиндра, после чего в течение всего вегетационного периода, по мере необходимости, буром, позволяющим отбирать почву с ненарушенным сложением, по горизонтам берут образцы определенного объема и взвешивают их на технических весах, прямо в поле и без сушки образца в термостате (сушильном шкафу) определяют влажность почвы как разность плотностей почв с ненарушенным сложением во влажном и сухом состоянии, отнесенную к плотности почвы с ненарушенным сложением и выраженную в процентах от массы сухой почвы. Достигается упрощение, ускорение и повышение оперативности определения. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ определения влажности почвы, включающий отбор проб для анализа, их взвешивание, отличающийся тем, что на поле, где запланированы наблюдения за влажностью почвы, предварительно однократно в начале вегетации растений определяют плотность сухой почвы с ненарушенным сложением общеизвестным методом, отбором влажных образцов с помощью режущего кольца или цилиндра с последующим взвешиванием и сушкой в термостате, после чего в течение всего вегетационного периода, по мере необходимости, буром, позволяющим отбирать почву с ненарушенным сложением, по горизонтам отбирают образцы влажной почвы определенного объема и взвешивают на технических весах, прямо в поле и без сушки образца в термостате (сушильном шкафу) определяют влажность почвы как разность плотностей почвы с ненарушенным сложением во влажном и сухом состоянии, отнесенную к плотности сухой почвы с ненарушенным сложением и выраженную в процентах от массы сухой почвы.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что образцы влажной почвы с ненарушенным сложением для определения влажности почвы можно отбирать буром Неговелова или буром-цилиндром ТСХА.