Способ определения содержания фосфора в почве Российский патент 2024 года по МПК G01V8/00 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к области сельского хозяйства и может быть использовано в агрохимическом обслуживании, экологической экспертизе и научно-исследовательской практике для определения содержания фосфора в почвенном покрове.

Уровень техники

Для определения состава почв в настоящее время преимущественно используют лабораторные методы анализа, которые основаны на взятии одного или более образцов почвы с места исследования, их транспортировке в аккредитованную лабораторию, подготовки и анализу. Как правило, время между изъятием почвенного образца и получением заказчиком результата анализа составляет, по меньшей мере, нескольких дней, но чаще всего недели, особенно в периоды повышенного спроса и высокой загруженности лаборатории. Лабораторные методы анализа имеют широкий спектр определяемых показателей, к тому же они довольно точны. Однако, не смотря на все это, их нельзя использовать непосредственно на месте исследования без проведения дополнительных действий.

Известны лабораторные методы определения содержания фосфора в почве: метод Брея-Куртца, метод Олсена, метод Кирсанова, метод Чичикова, метод Мачигина. Методы основаны на извлечении фосфатов почвы разными видами экстрагентов с последующим пересчетом на фосфор.

Недостатками вышеуказанных методов является невозможность проведения определения фосфора на месте исследования. Лабораторные методы требуют извлечения и доставки образцов в специализированную лабораторию, что может привести к их нарушению или изменению свойств. Кроме того, для проведения лабораторных испытаний необходимо большое количество реагентов и материалов, производство и использование которых имеет значительный экологический след.

Существует способ определения параметров почвенно-растительного покрова, описанный в патенте №2657363 RU. Изобретение относится к области исследования природных ресурсов и касается способа определения параметров состояния почвенно-растительного покрова по данным многоспектрального аэрокосмического зондирования. Способ включает в себя прием и регистрацию на носителе информации данных аэрокосмического зондирования и обработку полученных данных с последующим отображением обработанных данных в определенной проекции географической карты исследуемой местности. На основе полученных данных рассчитывают спектральную интенсивность излучения и производят тематическую обработку с выделением класса «растительность». При тематической обработке с выделением класса «растительность» по информативным оптическим признакам борщевика Сосновского рассчитывают индекс борщевика Сосновского. Таким образом, достигается повышение полноты определения параметров состояния почвенно-растительного покрова.

Недостатком данного способа определения параметров почвенно-растительного покрова является то, что оценка состояния проводится с использованием аэрокосмического зондирования, которое имеет высокую стоимость, ограниченную точность и может быть затруднено при плохой погоде или облачности, что отрицательно влияет на оперативность определения. К тому же, проводится оценка состояния почвенно-растительного покрова без определения количественного состава почвы.

Определение содержания фосфора в почве по данным прямого спектрального зондирования на основе расчетного почвенного индекса дает возможность получать значения концентрации фосфора быстро, непосредственно на месте исследования, без отбора почвенного образца и транспортировки его до лаборатории. Реализуется путем съемки почвенных спектральных характеристик и расчета на их основе индексов состояния, за счет которых повышается точность метода.

Данный способ с использованием ближней инфракрасной области является более дешевым вариантом по сравнению с другими методами анализа, так как не требует сложного оборудования. Невысокая стоимость всех элементов оправдывает использование метода в сельском хозяйстве.

Раскрытие сущности изобретения

Технический результат - определение содержания фосфора в почвенном покрове на месте исследования.

Технический результат достигается тем, что в способе определения содержания фосфора в почве, включающем регистрацию данных спектрального зондирования в ближайшем инфракрасном диапазоне в нескольких точках, для каждой точки рассчитывают индекс, характеризующий содержание фосфора в почвенном покрове, по формуле :

,(1)

где I₇₆₀ - интенсивность отражения на спектральной полосе в районе длине волны равной 760 нм, Вт/м²; I₇₁₀ - интенсивность отражения на спектральной полосе в районе длине волны равной 710 нм, Вт/м², после чего из двух точек с минимальным и максимальным значениями рассчитанного индекса отбирают пробы почвы и определяют в них концентрации фосфора лабораторными методами, строят калибровочный график «почвенный индекс-концентрация фосфора» и определяют уравнение калибровочной прямой, по которому рассчитывают содержание фосфора в почве.

Способ основан на приеме и регистрации на носителе информации данных прямого спектрального зондирования, полученной в ближнем инфракрасном диапазоне, с последующей обработкой на ЭВМ и расчетом почвенного индекса.

Краткое описание чертежей

В таблице 1 приведены спектральные характеристики почвы.

В таблице 2 представлены результаты расчета почвенного индекса.

В таблице 3 приведены данные химического анализа.

Калибровочный график зависимости «Индекс состояния - Концентрация

фосфора»

В таблице 4 приведены результаты содержания фосфора.

Осуществление изобретения

Спектральные характеристики почв фиксируется миниатюрными спектрометрами, которые могут быть установлены на любой вид подвижной платформы (БПЛА, сельхозтехника, транспорт агронома и прочее), что позволят проводить анализ в дистанционном формате. Затем зафиксированные в ближнем инфракрасном диапазоне спектральные данные обрабатываются на ЭВМ и рассчитывается почвенный индекс, на основе значения которого делается вывод о содержании фосфора в почвенном слое, по формуле (1):

(1)

где К - почвенный индекс состояния, характеризующий содержание фосфора в почвенном покрове;

I₇₆₀ - интенсивность отражения на спектральной полосе в районе длине волны равной 760 нм, Вт/м²;

I₇₁₀ - интенсивность отражения на спектральной полосе в районе длине волны равной 710 нм, Вт/м².

Для дальнейшего определения содержания фосфора проводится калибровка в формате «Почвенный индекс - Концентрация фосфора» по двум почвенным образцам, отобранных из точек с принципиально отличающимися значениями индексов с возможностью интерполяции значений. Для этого из двух точек с минимальным и максимальным значением индекса отбираются пробы почв и анализируются иным лабораторным методом для определения концентрации фосфора. Затем строится калибровочный график «Почвенный - Концентрация фосфора» в программе по работе с электронными таблицами, например, MicrosoftExcel, и выводится уравнение калибровочной прямой. Далее при подстановке значений индекса в полученное уравнение рассчитывают содержание фосфора в почве.

Пример выполнения способа:

В таблице 1 приведены спектральные характеристики почвы, зафиксированные в ближнем инфракрасном диапазоне на длинах волн 610 и 670 нм с пяти разных точек, взятых на одной площадке исследования.

Затем по формуле (1) рассчитывается почвенный индекс. Результаты расчета представлены в таблице 2.

Далее лабораторным методом определяется концентрация фосфора, мг/кг в точках с минимальным и максимальным значением индекса (точка №1 и №5). Данные химического анализа приведены в таблице 3.

Затем строится калибровочный график зависимости «Индекс состояния - Концентрация фосфора» по двум точкам в программе по работе с электронными таблицами, например, MicrosoftExcel,

По полученному уравнению прямой рассчитываем содержания фосфора в остальных точках. Результаты приведены в таблице 4.

Изобретение относится к способам определения содержания фосфора в почве и может быть использовано, например, в сельском хозяйстве. Сущность: регистрируют данные спектрального зондирования в ближнем инфракрасном диапазоне в нескольких точках. Для каждой точки рассчитывают индекс, характеризующий содержание фосфора в почвенном покрове, по формуле , где - интенсивность отражения на спектральной полосе в районе длины волны 760 нм, Вт/кв.м, - интенсивность отражения на спектральной полосе в районе длины волны 710 нм, Вт/кв.м. После этого из двух точек с минимальным и максимальным значениями рассчитанного индекса отбирают пробы почвы и определяют в них концентрации фосфора лабораторными методами. Строят калибровочный график “почвенный индекс – концентрация фосфора” и определяют уравнение калибровочной прямой, по которому рассчитывают содержание фосфора в почве. Технический результат: определение содержания фосфора в почве. 1 ил., 4 табл.

Способ определения содержания фосфора в почве, включающий регистрацию данных спектрального зондирования в ближнем инфракрасном диапазоне в нескольких точках, для каждой точки рассчитывают индекс, характеризующий содержание фосфора в почвенном покрове, по формуле , где - интенсивность отражения на спектральной полосе в районе длины волны 760 нм, Вт/кв.м, - интенсивность отражения на спектральной полосе в районе длины волны 710 нм, Вт/кв.м, после чего из двух точек с минимальным и максимальным значениями рассчитанного индекса отбирают пробы почвы и определяют в них концентрации фосфора лабораторными методами, строят калибровочный график “почвенный индекс – концентрация фосфора” и определяют уравнение калибровочной прямой, по которому рассчитывают содержание фосфора в почве.