ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ НАИМЕНЬШЕЙ ВЛАГОЕМКОСТИ ЧЕРНОЗЕМНЫХ И КАШТАНОВЫХ ПОЧВ Российский патент 2020 года по МПК G01N33/24 A01B79/02 

Изобретение относится к области мелиорации земель и предназначено для аналитического определения значений наименьшей влагоемкости черноземных и каштановых почв степного и сухостепного типов почвообразования по экспериментально определяемым значениям содержания в почве физической глины и гумуса, плотности сложения почвы и мощности гумусового слоя.

Известен способ определения наименьшей (синонимы: предельная, общая, полевая) влагоемкости почвы в полевых условиях методом заливаемых площадок, включающий выбор площадки в поле на типичном для нее участке размером 1×1 м или 2×2 м, обвалование площадки двойным кольцом уплотненных земляных валиков или рамок из досок или полосового железа высотой 20-30 см, выравнивание поверхности площадки и заливки ее водой заранее рассчитанного количества до полного насыщения (с учетом глубины исследуемого почвенного профиля и содержащихся в нем запасов воды), закрытие клеенкой, полиэтиленовой пленкой или толем, а сверху еще полуметровым слоем соломы или почвы для предотвращения испарения влаги или дополнительного поступления ее при выпадении осадков до тех пор, пока не стечет гравитационная вода (Практикум по почвоведению / Под редакцией И.С. Кауричева. - М.: Колос, 1980. - 272 с.).

После окончания впитывания воды в почву через 1; 3 и 10 суток (Практикум по почвоведению / Под редакцией И.С. Кауричева. - М.: Колос, 1980. - 272 с.; Козлова, А.А. Учебная практика по физике почв / А.А. Козлова. - Иркутск: Изд-во Иркутского гос. ун-та, 2009. - 81 с.) или 1; 3; 10 и 20 суток (Ревут, И.Б. Физика почв / И.Б. Ревут. - Л.: Колос, 1964. - 319 с.) влажность в слое 0-5 см, а по нижележащим слоям - через каждые 10 см, определяют до тех пор, пока ее показатель по результатам трех последних измерений не приобретет постоянное значение. Это постоянное значение влажности принимают за наименьшую влагоемкость (НВ) для данного слоя почвы. Такие же принципы заложены в методику определения наименьшей влагоемкости почвы и в других работах (Вадюнина, А.Ф. Методы исследования физических свойств почвы / А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина. - М.: Агропромиздат, 1986. - 345 с.; Шеин, Е.Ф. Теория и методы физики почв / Е.Ф. Шеин, Л.О. Карпочевский. - М.: Изд-во «Гриф и К», 2007. - 616 с.).

К недостаткам известного способа относится нижеследующее.

1. Для осуществления полевых исследований НВ по известному способу необходимо продолжительное время: 1-2 суток до полного впитывания воды в почву и 20-21 сутки после поглощения поданной на площадку воды (Ревут, И.Б. Физика почв / И.Б. Ревут. - Л.: Колос, 1964. - 319 с.), всего от 21 до 24 суток. В то время как полевые исследования содержания в почве физической глины, гумуса и плотности ее сложения зависят только от объема изымаемых образцов и могут быть осуществлены в течении одного рабочего дня.

2. Так как известный способ является экспериментальными, то для его реализации необходимы значительные затраты ручного труда, связанные с устройством земляных валов, рытьем шурфов, траншей, перемещением воды, отбором проб и др.

3. Для осуществления полевых исследований НВ по известному способу необходимо большое количество воды, доставка которой к месту проведения исследований вызывает определенные трудности.

Известен способ ускоренного определения наименьшей влагоемкости почвы в полевых условиях (RU №2546167), включающий нарезку канавки вдоль площадки для определения влагоемкости почвы длиной 0,5-0,7 м, шириной 0,25-0,30 м на глубину расчетного слоя почвы. Затем канавку заливают водой, подают воду на площадку из канавки инфильтрацией на 7-14 см, освобождают канавку от воды через 30 минут после заливки водой. Закрывают канавку досками или металлическим листом, а прилегающую площадку в радиусе 1,0 м от середины канавки - полиэтиленовой пленкой, 20-сантиметровым слоем соломы и 20-сантиметровым слоем земли. Определяют влажность почвы в стенках канавки по слоям на исследуемую глубину через три, пять, семь суток в четырехкратной повторности до установления постоянной влажности, которая будет считаться ее наименьшей влагоемкостью.

К недостаткам известного способа определения наименьшей влагоемкости почвы в полевых условиях относятся нижеследующие.

1. Так как известный способ является экспериментальным и реализуется в полевых условиях, его использование возможно только в безморозный период года по условию недопущения перехода воды из жидкого состояния в твердое (лед).

2. Для осуществления полевых исследований НВ по известному способу необходимо продолжительное время - не менее 5 суток, а также затраты физического труда.

3. Потребность в определенном количестве воды, которую необходимо доставить к месту проведения исследований.

Известен принятый за прототип экспериментально-аналитический способ определения одной трудно-измеряемой почвенной характеристики - общей порозности почвы Р_общ, %, по другим, относительно легко инструментально определяемым характеристикам. Принятый за прототип способ включает экспериментальное (в полевых и лабораторных условиях) определение плотности сложения (объемной массы) γ, т/м³, и плотности твердой фазы γ_т.ф., т/м³ исследуемой почвы и аналитическое определение общей порозности почвы по зависимости (Вадюнина, А.Ф. Методы исследования физических свойств почвы / А.Ф. Вадюнина, З.А. Корчагина. - М.: Агропромиздат, 1986. - 345 с.):

Недостатком принятого за прототип экспериментально-аналитического способа является то, что он не позволяет определить наименьшую влагоемкость почвы.

Задачей изобретения является разработка экспериментально-аналитического способа определения наименьшей влагоемкости черноземных и каштановых почв степного и сухостепного типов почвообразования, применение которого позволит:

- сократить продолжительность определения НВ почв;

- уменьшить затраты трудовых и материальных ресурсов при определении НВ почвы;

- производить определение НВ почвы в любое время года.

Технический результат - аналитическое определение значений НВ черноземных и каштановых почв степного и сухостепного типа почвообразования по относительно просто экспериментально определяемым физическим параметрам почвы (содержанию физической глины, плотности сложения, содержанию гумуса и мощности гумусового слоя) без проведения специальных время- и трудозатратных экспериментальных исследований по определению НВ почвы.

Указанный технический результат достигается тем, что принятый за прототип способ аналитического определения одного сложно определяемого почвенного параметра по инструментально устанавливаемым другим почвенным характеристикам адаптирован к возможности аналитического определения значений наименьшей влагоемкости почвы по инструментально устанавливаемым значениям содержания в почве физической глины ((W_г)_i, % МСП) и гумуса ((g_гум)_i, %), плотности сложения почвы (γ_i, т/м³) и мощности гумусового горизонта (h_гум, м) с использованием зависимостей:

- для определения послойных значений НВ (W_HB)_i, % МСП:

где i - номер почвенного слоя;

- средняя по почвенному профилю плотность сложения почвы, т/м³;

- для определения среднепрофильных значений НВ % МСП:

а) в случае проведения измерений по слоям одинаковой мощности:

б) при проведении погоризонтных измерений (W_HB)_i с разной мощностью генетических горизонтов по зависимости вида:

где j - глубина рассматриваемого профиля, м;

n - количество слоев почвы одинаковой мощности;

h_{гор А}, , , h_{гор ВС} - мощность генетических горизонтов A, B₁, В₂ и ВС в пределах рассматриваемого метрового почвенного профиля, м;

в) при известных средних или осредненных значениях по:

Преимуществом предложенного способа является сокращение затрат временного, материальных и трудовых ресурсов, необходимых для определения НВ почв, особенно при проведении комплексных изысканий почвенных характеристик, путем исключения мероприятий по установлению НВ почвы в полевых условиях и определения данной характеристики аналитическим способом. Кроме этого, предложенный способ позволяет при известных (ранее определенных) значениях содержания физической глины, плотности сложения, содержанию гумуса и мощности гумусового слоя почвы определить послойные и среднепрофильные значения наименьшей влагоемкости в любое время года.

Работоспособность предложенного способа и точность определения (прогнозирования) послойных и среднепрофильных значений наименьшей влагоемкости (W_HB)_i проиллюстрирована примерами сопоставления экспериментально полученных авторами и аналитически определенных по предлагаемому способу значений этой водно-физической характеристики почвы в таблицах 1 и 2.

Судя по данным таблиц 1 и 2, отклонения аналитически определенных по предлагаемому способу послойных значений наименьшей влагоемкости (W_HB)_i от экспериментально установленных в среднем не превышает а максимальные отклонения опытных и расчетных послойных значений НВ не превышают 8,0%. Отклонения среднепрофильных опытных значений НВ исследованных почв от аналитически определенных по предлагаемому способу составили от 0,2 до 4,0%. Указанное обстоятельство свидетельствует о приемлемости предложенного способа для практического использования.

Изобретение относится к области мелиорации земель. В способе определения наименьшей влагоемкости (НВ) черноземных и каштановых почв степного и сухостепного типов почвообразования адаптируют аналитическое определение наименьшей влагоемкости почвы – сложно определяемого почвенного параметра по экспериментально устанавливаемым почвенным характеристикам – значениям содержания в почве физической глины ((W_г)_i, % МСП) и гумуса ((g_гум)_i, %), плотности сложения почвы (γ_i, т/м³) и мощности гумусового горизонта (h_гум, м) с использованием зависимостей: для определения послойных значений НВ почв (W_HB)_i, % МСП:

где i - номер почвенного слоя; - средняя по почвенному профилю плотность сложения почвы, т/м³; для определения среднепрофильных значений НВ % МСП: а) в случае проведения измерений по слоям одинаковой мощности: , б) при проведении погоризонтных измерений (W_HB)_i с разной мощностью генетических горизонтов по зависимости вида: , где j - глубина рассматриваемого профиля, м; n - количество слоев почвы одинаковой мощности; h_{гор A}, h_{гор В1}, h_{гор В2}, h_{гор Вс} - мощность генетических горизонтов А, В₁, В₂ и В_с в пределах рассматриваемого метрового почвенного профиля, м; в) при известных средних или осредненных значениях по: . Способ позволяет упростить определение наименьшей влагоемкости почвы в полевых условиях благодаря аналитическому методу определения. 2 табл.

Экспериментально-аналитический способ определения наименьшей влагоемкости (НВ) черноземных и каштановых почв степного и сухостепного типов почвообразования, заключающийся в адаптации способа аналитического определения одного сложно определяемого почвенного параметра по экспериментально устанавливаемым другим почвенным характеристикам, отличающийся аналитическим определением значений наименьшей влагоемкости почвы по экспериментально устанавливаемым значениям содержания в почве физической глины ((W_г)_i, % МСП) и гумуса ((g_гум)_i, %), плотности сложения почвы (γ_i, т/м³) и мощности гумусового горизонта (h_гум, м) с использованием зависимостей:

- для определения послойных значений НВ почв (W_HB)_i, % МСП:

где i - номер почвенного слоя;

- средняя по почвенному профилю плотность сложения почвы, т/м³;

- для определения среднепрофильных значений НВ % МСП:

а) в случае проведения измерений по слоям одинаковой мощности:

б) при проведении погоризонтных измерений (W_HB)_i с разной мощностью генетических горизонтов по зависимости вида:

где j - глубина рассматриваемого профиля, м;

n - количество слоев почвы одинаковой мощности; h_{гор A}, h_{гор В1}, h_{гор В2}, h_{гор Вс} - мощность генетических горизонтов А, В₁, В₂ и В_с в пределах рассматриваемого метрового почвенного профиля, м;

в) при известных средних или осредненных значениях по: