Способ и устройство определения границ распределения влаги в почве при внутрипочвенном точечном ее внесении Российский патент 2024 года по МПК G01N31/22 

Изобретение относится к сельскохозяйственному производству, в частности к устройствам для оценки границ распространения влаги в почве при внутрипочвенном точечном ее введении.

Известен способ определения распределения влаги в почве (Научный журнал Российского НИИ проблем мелиорации, № 2(26), 2017 г., [98–114] УДК 631.674.4 А. Н. Рыжаков, В. Н. Шкура, А. С. Штанько Российский научно-исследовательский институт проблем мелиорации, Новочеркасск, Российская Федерация ОЧЕРТАНИЯ КОНТУРОВ УВЛАЖНЕНИЯ, ФОРМИРУЕМЫХ ПРИ КАПЕЛЬНОМ ОРОШЕНИИ). В процессе аналитического исследования проводился анализ параметров контуров увлажнения, формируемых в различных почвенных и технико-технологических условиях при капельном поливе. При анализе линейных параметров контуров увлажнения (глубина и ширина) переводились в относительные величины, что позволяло сравнивать очертания и оценивать подобие как разновеликих контуров капельного увлажнения, так внутриконтурных изоплет с различным уровнем влажности. В результате исследований получена экспериментальная зависимость, описывающая в относительных координатах очертания контура увлажнения, формируемого в почвогрунтовом пространстве при капельном поливе, позволяющая с приемлемой для практического применения точностью (12 %) аппроксимировать границы, а в последующем площади и объемы зон увлажнения при капельном поливе.

Основным недостатком существующих схем аппроксимации контуров капельного увлажнения является отсутствие сведений по оценке точности их аппроксимации. К недостаткам известной зависимости можно отнести и отсутствие учета влияния на форму контуров увлажнения, характеризующих почвенные условия их формирования.

Известен способ определения влажности почвы (ГОСТ 28268-89 «Метод определения влажности почвы заключающийся в определении потери влаги при высушивании почвы», заключающийся в том, что в почву помещают измерительный стержень с наконечником, вынимают его, определяют влажность почвы (прототип). Отбирается проба почвы на разных глубинах с помощью пробоотборников. Пробоотборник почвы - это приспособление, главным назначением которого является забор  грунта и почв с целью получения максимального результата при анализе количественных и качественных характеристик, а также химического и физического состава почв.

Способ осуществляется классическим почвенный пробоотборником (прототип), конструктивно представляет собой измерительный металлический стержень с наконечником на конце. Внутри стержня-трубки, вдоль её оси размещён поворотный механизм, благодаря которому и происходит процедура забора грунта на различных глубинах. Например, почвенный бур «БрП-0.03» служит для получения образцов грунта или почвы для последующего  проведения химического анализа. Он изготавливается из химически и коррозионностойких материалов, прост в эксплуатации, надежен, комплектуется пробоотборниками для всех видов почвы.

Недостатком известных способа и устройства является низкая эффективность и информативность (необходимо провести большое количество измерений, чтобы обозначить контуры увлажненного объема почвы при точечном внутрипочвенном поливе), что большой расход удобрений.

Техническая задача изобретения - снижение расхода поливочной воды и растворов удобрений.

Технический результат достигается тем, что в способе определения границ распределения влаги в почве при внутрипочвенном точечном ее внесении, заключающимся в том, что в почву помещают измерительный стержень с наконечником, вынимают его, определяют влажность почвы согласно изобретению, готовят теплый 40-50°С раствор 2% трехвалентного железосинеродстого калия (красная кровяная соль), в котором распускают желатин в количестве 7%, заливают его в закрытые с одной стороны отверстия в каждом измерительном стержне, оставляют до полного застывания и образования гелиевых таблеток, до использования измерительные стержни держат а темной упаковке, для измерения границ распространения влаги при внутрипочвенном точечном введении жидкости используют полый шток, связанный с емкостью, содержащей 1% раствор железного или медного купароса, который подают в почву под давлением, шток вводят в почву на глубину до 40 см, каждый стержень заглубляют в почву на глубину до 60 см и размещают через каждые 10 см и последовательно равномерно смещают в одну сторону, начиная от штока, в 1% раствор железного купороса окрашивает гелиевые таблетки в синий цвет, в 1% раствор медного купороса окрашивает гелиевые таблетки в красный цвет, через 2 часа стержни вынимают и по количеству измерительных стержней с окрашенными гелиевыми таблитками и распределению окрашенных гелиевых таблеток по высоте стержня делают вывод о распределении влаги вокруг точки внесения.

Технический результат достигается тем, что в устройстве определения границ распределения влаги в почве при внутрипочвенном точечном ее внесении, включающем измерительный металлический стержень с наконечником на конце, согласно изобретению, каждый стержень выполнен плоским шириной 15 мм, толщиной 2 мм и длиной 600 мм с рукояткой на другом конце, по всей длине стержня равномерно выполнены сквозные отверстия под гелиевые таблетки, содержащие химические цветные индикаторы, меняющие цвет в присутствии химических соединений в вводимом растворе.

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 представлено устройство для определения объема увлажнения почвы при глубинном точечном внесении воды; на фиг. 2 - распределение стержней вокруг штока.

При внутрипочвенном точечном внесении в зону корневой системы поливочной воды, раствора минеральных удобрений и пр. решающее значение имеет объем почвы, внутрь которого просачивается эта жидкостью Иначе говоря, необходимо определить границы плодородной зоны и какими должны быть параметры внесения жидкости (давление, расход), чтобы обеспечить водой и удобрениями всю область корнеобитаемой зоны.

Способ основан на взаимодействии цветных химических индикаторов с определяемой солью.

В таблице 1 приведены возможные разновидности химических реактивов, дающих цветные осадки.

Таблица 1. Разновидности химических реактивов, дающих цветные осадки

Определяемый ион Реактив Чуствительность Цвет осадка Сu²⁺ K₄[Fe(CN)₆]
желтая кровяная соль 0,0001 мг/мл. Красно-коричневый осадок Fe³⁺ K₄[Fe(CN)₆]
желтая кровяная соль 0,03 мг/мл. Синий осадок Fe³⁺ NH₄CSN
Роданит амония - Кроваво-красный осадок Fe²⁺ K₃[Fe(CN)₆]
красная кровяная соль 0,0001мг/мл. Темно-синий осадок

Цветные химические индикаторы в виде компактных таблеток с помощью специального устройства вводятся в почву на разном расстоянии от точки вытекания жидкости и на разной глубине. Мы выбрали в качестве химического индикатора калий железосинеродистый K₃[Fe(CN)₆ ], который имеет высокую чувствительность при выявлении в исследуемой среде железного купороса, в присутствии которого окрашивается в синий цвет. Вводимый раствор содержит 1% железного купороса и когда раствор достигает таблетка она окрашивается в синий цвет.

Устройство для определения объема увлажнения почвы выполнено в виде полого штыря 1, связанного с емкостью для раствора и компрессора (на фигурах не показаны, плоских металлических стержней 2, длиной 60 см и шириной 1,5 см. Каждый стержень 2 выполнен с заостренным наконечником 3 на одном конце, сквозными отверстиями 4 диаметром 1 см на поверхности стержня 1, выполненными через каждые 5 см и рукояткой 5 на другом его конце. Стержни 2 шириной 1,5 см достаточно прочные и в тоже время достаточно легко вводятся в почву, длина стержня 60 см - это максимальная глубина проникновения в почву корневой системы. Отверстия 4 диаметром 1 см достаточны для протекания химической реакции, а расположение отверстий 4 через каждые 5 см позволяет получить достаточную точность определения границ увлажнения.

Цветные чувствительные гелиевые таблетки изготавливают следующим образом.

Готовят теплый 40-50°С раствор, например, 2% трехвалентного железосинеродстого калия (красная кровяная соль), в котором распускают желатин в количестве 7%. Отверстия 4 на измерительном стержне 2 с одной стороны закрывают, например, заклеивают скотчем и укладывают закрытой стороной на горизонтальную поверхность и заливают в отверстия 4 жидкий желатиновый студень, оставляют до полного застывания и образования гелиевых таблеток. До использования измерительные стержни держат а темной упаковке.

Существуют цветные индикаторы, с помощью которых можно определить наличие той или иной неорганической соли в составе раствора.

Способ и устройство работают следующим образом.

Стержни 2 с отверстиями 4, заполненными гелиевыми таблетками, заглубляют в почву через каждые 10 см, начиная от штока 1 - точки внутрипочвенного введения жидкости, и равномерно смещают, в одну сторону. Смещение стержней 2 не позволит им препятствовать равномерному распространению влаги в почве.

В точку внесения через шток 1 водят раствор, содержащий, например, 1% железного купороса. Влага равномерно распределяется в горизонтах почвы. Когда раствор в результате диффузии в почве достигнет измерительных стержней 2 происходит реакция железного купороса с железосинеродистым калием и таблетки геля окрашиваются в синий цвет. По количеству измерительных стержней, содержащих синие гелевые таблетки и распределению их по высоте стержня можно сделать вывод о распределении влаги вокруг точки внесения.

При введении в почву раствора медного купороса, гелиевые таблетки окрашиваются в красный цвет.

Использование способа и устройство позволит существенно снизить расход удобрений и поливочной воды.

Группа изобретений относится к сельскохозяйственному производству. Раскрыт способ определения границ распределения влаги в почве при внутрипочвенном точечном ее внесении, заключающийся в том, что в почву помещают измерительный стержень с наконечником, вынимают его, определяют влажность почвы. При этом готовят теплый 40-50°С раствор 2% трехвалентного железосинеродистого калия (красная кровяная соль), в котором распускают желатин в количестве 7%, заливают его в закрытые с одной стороны отверстия в каждом измерительном стержне, оставляют до полного застывания и образования гелиевых таблеток, до использования измерительные стержни держат в темной упаковке, для измерения границ распространения влаги при внутрипочвенном точечном введении жидкости используют полый шток, связанный с емкостью, содержащей 1% раствор железного или медного купороса, который подают в почву под давлением, шток вводят в почву на глубину до 40 см, каждый стержень заглубляют в почву на глубину до 60 см и размещают через каждые 10 см и последовательно равномерно смещают в одну сторону, начиная от штока, в 1% раствор железного купороса окрашивает гелиевые таблетки в синий цвет, в 1% раствор медного купороса окрашивает гелиевые таблетки в красный цвет, через 2 часа стержни вынимают и по количеству измерительных стержней с окрашенными гелиевыми таблетками и распределению окрашенных гелиевых таблеток по высоте стержня делают вывод о распределении влаги вокруг точки внесения. Также раскрыто устройство для определения границ распределения влаги в почве. Группа изобретений позволяет существенно снизить расход удобрений и поливочной воды. 2 н.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

1. Способ определения границ распределения влаги в почве при внутрипочвенном точечном ее внесении, заключающийся в том, что в почву помещают измерительный стержень с наконечником, вынимают его, определяют влажность почвы, отличающийся тем, что готовят теплый 40-50°С раствор 2% трехвалентного железосинеродистого калия (красная кровяная соль), в котором распускают желатин в количестве 7%, заливают его в закрытые с одной стороны отверстия в каждом измерительном стержне, оставляют до полного застывания и образования гелиевых таблеток, до использования измерительные стержни держат в темной упаковке, для измерения границ распространения влаги при внутрипочвенном точечном введении жидкости используют полый шток, связанный с емкостью, содержащей 1% раствор железного или медного купороса, который подают в почву под давлением, шток вводят в почву на глубину до 40 см, каждый стержень заглубляют в почву на глубину до 60 см и размещают через каждые 10 см и последовательно равномерно смещают в одну сторону, начиная от штока, в 1% раствор железного купороса окрашивает гелиевые таблетки в синий цвет, в 1% раствор медного купороса окрашивает гелиевые таблетки в красный цвет, через 2 часа стержни вынимают и по количеству измерительных стержней с окрашенными гелиевыми таблетками и распределению окрашенных гелиевых таблеток по высоте стержня делают вывод о распределении влаги вокруг точки внесения.

2. Устройство определения границ распределения влаги в почве при внутрипочвенном точечном ее внесении, включающее измерительный металлический стержень с наконечником на конце, отличающееся тем, что каждый стержень выполнен плоским шириной 15 мм, толщиной 2 мм и длиной 600 мм с рукояткой на другом конце, по всей длине стержня равномерно выполнены сквозные отверстия под гелиевые таблетки, содержащие химические цветные индикаторы, меняющие цвет в присутствии химических соединений в вводимом растворе.