Способ расчета оптимального количества почвенных проб в условиях эрозионных агроландшафтов Российский патент 2024 года по МПК G01N33/24 A01B13/16 A01C21/00 

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к технологиям точного земледелия для создания цифровой агрохимической картосхемы поля в условиях эрозионных агроландшафтов.

В России примерно 50% пахотных земель приходится на долю склонов [Каштанов, А.Н. Агроэкология почв склонов / А.Н. Каштанов, В.Е. Явтушенко. - Москва: Колос, 1997. - 240 с.]. Почвы склонов, сформированные в условиях пересеченного рельефа и подверженные водной эрозии, характеризуются неоднородностью по своим свойствам, что, в свою очередь, сказывается на их плодородии и, следовательно, на урожайности сельскохозяйственных культур.

В настоящее время в РФ процедура отбора почвенных проб регламентируется рядом нормативно-правовых актов, закрепляющих общие вопросы организации пробоотбора [ГОСТ Р 58595-2019 / Почвы. Отбор проб. Москва: Стандартинформ, 2019] [Российская Федерация. Законы. О государственном регулировании обеспечения плодородия земель сельскохозяйственного назначения от 16 июля 1998 г. N 101-ФЗ (с изменениями на 30 декабря 2021 года) // Информационно-правовой портал «Гарант.ру», 2023]. Надежность агрохимической оценки почвы возрастает с увеличением числа проб с единицы площади и равномерности их распределения. При этом, чем более неоднороден исследуемый участок, тем плотнее должен быть пробоотбор. Однако, строгой регламентации в этом вопросе нет.

Известен традиционный классический способ обследования, который проводится вручную без точной привязки к местности, поэтому при повторном обследовании трудно с уверенностью утверждать, что пробы были взяты в том же самом месте. Из этого следует, что информация, полученная таким способом, скорее всего не отражают реальную картину и динамику изменения почвенных показателей на поле, что, в свою очередь, приводит к неверным результатам расчета доз удобрений [Гаркуша, И.Ф. Почвоведение. - Москва: Сельхозгиз, 1945. - 384 с.] [Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003. - 240 с.].

В технологиях точного земледелия известны способы диагностики почвенного покрова по данным дистанционного зондирования, включающего проведение космической съемки и дешифрирование снимков [Труфляк, Е.В. Основные элементы системы точного земледелия / Е.В. Труфляк. - Краснодар: КубГАУ, 2016. - 39 с.]. Недостаток данного метода заключается в низком разрешении космических изображений для необходимой точности определения отдельных агрохимических показателей почвенного плодородия в условиях эрозионных агроландшафтов [Аэрокосмические методы в почвоведении и их использования в сельском хозяйстве. М.: Наука, 1990. - 247 с.]. Кроме того, использование таких данных становится экономически неэффективным при единичных исследованиях небольших территорий [Чандра, A.M. Дистанционное зондирование и географические информационные системы / A.M. Чандра, С.К. Гош. Пер. с англ. А.В. Кирюшина. - Москва: Техносфера, 2008. - 312 с.].

Известен способ агрохимического исследования почв в технологиях точного земледелия, подразумевающий выделение элементарных участков, с которых будет браться одна объединенная проба, т.е. есть проба, состоящая из смешанных 10-15 образцов почвы, отобранных в разных местах, как правило, по диагонали на каждом элементарном участке [Сычев, В.Г. Методика отбора почвенных проб по элементарным участкам поля в целях дифференцированного применения удобрений / В.Г. Сычев, Р.А. Афанасьев, Г.И. Личман, М.Н., Марченко. М.: ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2007. - 36 с.] [Афанасьев Р.А., Благов А.В., Мейер О.Н. Усовершенствованный способ агрохим. обследования почв. Патент РФ №2102748, 1998.]. Недостаток данного метода заключается в «усредненности» агрохимических показателей внутри каждого участка поля без учета эрозионного фактора и точной привязки.

Известен сеточный метод отбора почвенных образцов. Поле на выровненной поверхности разбивают на клетки (ячейки, блоки). Далее определяют места взятия проб в ячейке. До того, как появилась возможность использовать GPS, пробы отбирали в центре ячейки. При наличии GPS и соответствующего программного обеспечения используют систематический нелинейный метод взятия проб. Этот метод представляет собой комбинацию сеточного метода со случайным методом отбора проб. Недостаток данного метода заключается в схематичности выстраивания размера сетки, не учитывается фактор эрозии в условиях склона [Сычев, В.Г. Робототехника и агрохимическое обеспечение растениеводства / В.Г. Сычев, Р.А. Афанасьев, З.А. Годжаев, А.П. Гришин, А.А. Гришин // ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова. - №9, 2016. - С. 40-43.].

Цель данного изобретения - расчет оптимального количества почвенных проб для создания цифровой агрохимической картосхемы поля в условиях эрозионных агроландшафтов.

Данное изобретение позволяет рассчитать оптимальное количество почвенных проб поля в условиях эрозионных агроландшафтов с учетом пространственной вариабельности почвы для объективной оценки ее плодородия.

Для расчета оптимального количества почвенных проб в условиях эрозионных агроландшафтов предлагается следующая формула:

где: N - количество точек для отбора почвенных проб, шт.;

S - площадь поля, м²;

Р - периметр поля, м;

0,3 - глубина отбора образца, м;

0,5 - постоянная величина;

К₁ - поправочный коэффициент на крутизну склона - таблица 1;

К₂ - поправочный коэффициент на экспозицию склона - таблица 2;

К₃ - поправочный коэффициент на форму склона - таблица 3.

Для этого по формуле делаем расчет оптимального количество точек (N) для пробоотбора. Площадь исследуемого поля (S) делим на произведение периметра (Р) и глубины взятия отбора образца 0,3 м. Затем полученный результат умножаем на постоянную величину 0,5 и корректируем поправочными коэффициентами на крутизну К1 - Таблица 1, экспозицию К2 - Таблица 2 и форму К3 - Таблица 3 склона.

Поправочные коэффициенты на крутизну склона рассчитывались по средним многолетним данным по смыву дождевыми и талыми водами почвенных масс со склона [Иванов, В.Д. Сток воды и смыв почвы в зависимости от высоты падения склона. - Почвоведение, 1980, №12, с. 112-117.]. Коэффициент для ровной поверхности менее 1°, или плакора, мы принимаем за 1,00, то есть смыв почвы отсутствует или незначителен и поправка не нужна. С увеличением уклона поверхности усиливается почвенный смыв, следовательно, нарастает почвенная неоднородность. Поэтому с увеличением крутизны склона возрастает поправочный коэффициент. Если уклон варьирует, то поправочный коэффициент на крутизну склона берется для максимального уклона.

Поправочные коэффициенты на экспозицию склона рассчитывались по условиям увлажненности склонов [Сильвестров, С.И. Сущность системы противоэрозионных мероприятий и ее региональных типов / С.И. Сильвестров // Региональные системы противоэрозионных мероприятий. - М: Мысль, 1972. - С. 7-23.]. Экспозиция склона определяет приток солнечной энергии, которая, в свою очередь, определяет микроклимат склона, влияющий на проявление эрозии. На южных и западных склонах более резко выражены колебания температур и влажности почвы, чем на склонах северной и восточной экспозиций. Летом склоны сильно нагреваются и иссушаются, а растительность на них выгорает. Кроме того, у почв южных склонов, как правило, гумусовый горизонт имеет меньшую мощность, что усиливает проявление эрозии [Захаров, П.С.Эрозия почв и меры борьбы с ней: Для агр. специальностей. - Москва: Колос, 1971. - 191 с.]. В связи с этим, нарастает пестрота почвенного покрова и, следовательно, поправочный коэффициент выше - 1,08, чем у склонов северной и восточной экспозиции - 1,07. Поправочные коэффициенты для юго-восточной и северозападной экспозиции рассчитываются по средним.

Поправочные коэффициенты на форму склонов определены относительно средних величин смыва почвы в результате эрозионных процессов [Захаров П.С., 1971] и увлажнения склонов различных форм и экспозиций в различное время года [Романова Е.Н. Микроклиматическая изменчивость основных элементов климата. - Л.: Гидрометеоиздат, 1977. - 279 с.]. Коэффициент для плакора мы принимаем за 1,00 без поправки. На прямых склонах процесс смыва почвы по уклону увеличивается в связи с увеличением массы стекающей воды. Разрушающая сила стекающей воды нарастает постепенно. Поэтому поправочный коэффициент возрастает до 1,10. На выпуклых склонах смыв выражен в нижней части, где находятся самые крутые участки склона. Склоны вогнутой формы характеризуются наиболее выраженным почвенным смывом в верхней части склона, которая является более крутой. Таким образом, на склонах с выпуклой формой происходит вымывание почвенных масс за пределы поля, следовательно, нарастает пестрота почвенного покрова, а на вогнутых склонах, напротив, аккумуляция. Поэтому на выпуклых склонах поправочный коэффициент выше (1,14), чем на склонах вогнутой формы (1,07). Поправочные коэффициенты для сложных форм склонов рассчитываются по средним.

По полученным результатам делают расчет оптимального количества точек для отбора почвенных проб, которые равномерно распределяют по полю методом катены, так как вниз по катене большинство факторов меняется последовательно и плавно, то есть градиентно. Далее для создания цифровой агрохимической картосхемы выделяют контуры внутри поля, по которым в дальнейшем будут производить мониторинг агрохимического состояния с координатной привязкой точек. Цифровую агрохимическую картосхему используют для внесения дифференцированных доз удобрений.

Примеры конкретного применения.

Пример 1. Так, если поле, расположенное на выпукло-вогнутом склоне юго-западной экспозиции крутизной от 1° до 5°, имеет следующие размеры: в верхней части ширину 240 м, в нижней части - 250 м, длину 320 м с левой стороны и 340 м с правой стороны, то:

Таким образом, на поле площадью 80773 м необходимо отобрать 152 образца, равномерно распределив их методом катены по всему полю.

Пример 2. Фермер Петров А.А. владеет полем размером 50 га, т.е. 500000 м², 500 м в длину и 1000 м в ширину. Поле расположено на прямом склоне северо-восточной экспозиции с уклоном от 1° до 3°. Рассчитываем количество почвенных проб:

Таким образом, на поле площадью 500000 м² необходимо отобрать 343 почвенных образца, равномерно распределив их методом катены.

Изобретение относится к области сельского хозяйства. Способ заключается в распределении методом катены и отборе почвенных проб, имеющих координатную привязку на местности. При этом используют следующую формулу: где N - количество точек для отбора почвенных проб, шт.; S - площадь поля, м²; Р - периметр поля, м; 0,3 - глубина отбора образца, м; 0,5 - постоянная величина; K₁ - поправочный коэффициент на крутизну склона, который при крутизне склона менее 1°, 1°, 2°, 3°, 4°, 5° равен соответственно 1,00, 1,02, 1,03, 1,05, 1,06, 1,08; К₂ - поправочный коэффициент на экспозицию склона, который при южной и западной экспозиции склона равен 1,08, а при северной и восточной экспозиции - 1,07; К₃ - поправочный коэффициент на форму склона, который при прямой форме склона равен 1,10, при выпуклой - 1,14, при вогнутой форме склона равен 1,07. Способ позволяет определять оптимальное количество почвенных проб поля в условиях эрозионных агроландшафтов с учетом пространственной вариабельности почвы для объективной оценки ее плодородия. 3 табл., 2 пр.

Способ отбора оптимального количества почвенных проб в условиях эрозионных агроландшафтов, заключающийся в распределении методом катены и отборе почвенных проб, имеющих координатную привязку на местности, при этом используют следующую формулу:

где N - количество точек для отбора почвенных проб, шт.;

S - площадь поля, м²;

Р - периметр поля, м;

0,3 - глубина отбора образца, м;

0,5 - постоянная величина;

K₁ - поправочный коэффициент на крутизну склона, который при крутизне склона менее 1°, 1°, 2°, 3°, 4°, 5° равен соответственно 1,00, 1,02, 1,03, 1,05, 1,06, 1,08;

К₂ - поправочный коэффициент на экспозицию склона, который при южной и западной экспозиции склона равен 1,08, а при северной и восточной экспозиции - 1,07;

К₃ - поправочный коэффициент на форму склона, который при прямой форме склона равен 1,10, при выпуклой - 1,14, при вогнутой форме склона равен 1,07.