Способ измерения диффузионно-адсорбционных потенциалов в почвах

 

Изобретение может быть использовано в сельском хозяйстве и почвоведении, в частности, для определения электрических свойств почв. Способ заключается в размещении измерительных неполяризующих электродов в различные почвенные слои и измерение разности потенциалов между ними. Для этого обеспечивают контакт измерительных электродов через солевые агаровые мостики с различными почвенными слоями и измеряют разность потенциалов между электродами. Затем из почвенных слоев отбирают почвенные пробы, размещают на непроводящей пластине, соединяют между собой солевым агаровым мостиком и при помощи тех же измерительных электродов с солевыми агаровыми мостиками измеряют разность потенциалов между ними. Алгебраически суммируя эти потенциалы, определяют диффузионно-адсорбционный потенциал между почвенными слоями. Такая технология позволит повысить точность определения диффузионно-адсорбционных потенциалов на границе контакта различных почв или почвенных горизонтов. 1 табл., 1 ил.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и почвоведению, а именно к методам определения электрических свойств почв.

Известен способ определения диффузионно-адсорбционных потенциалов (ДАЛ) в почвах [1], заключающийся в использовании электродов, изготовленных из сухих гальванических элементов Лекланше. Такие электроды представляют собой графитовый стержень, находящийся в смеси угольного порошка, пиролюзита и оксида марганца, пропитанных загущенным раствором хлорида аммония, содержащим хлориды цинка и меди. Контакт электрода с почвой осуществляется через загущенный достаточно концентрированный раствор. Эти электроды удобны в работе и при их использовании исключена возможность разбавления почвенного раствора электролитом.

Основным недостатком способа измерения электрических полей в почвах с помощью таких электродов является разная подвижность катионов и анионов, находящихся в загущенном растворе электрода. На границах электрод-почва возникают неконтролируемые диффузионные скачки потенциала. При измерении диффузионно-адсорбционных потенциалов между различными почвенными слоями это приводит к значительным ошибкам.

Наиболее близким к заявляемому является способ измерения электрических полей в почвах [2], заключающийся в использовании электродов, соединяемых с почвой через солевые агаровые мостики с насыщенным раствором хлорида калия или нитрата аммония. При размещении между электродами и почвой солевых мостиков с растворами хлорида калия или нитрата аммония - веществ, подвижности ионов которых близки, диффузионный потенциал на границе электрод-почва минимизируется. В этом случае скачки потенциалов на границах электрод - приэлектродный раствор и приэлектродный раствор - раствор солевого мостика у обоих электродов практически равны и компенсируют друг друга. Уменьшение диффузионных потенциалов приводит к тому, что измеряемая разность потенциалов близка разности потенциалов между точками почвенного объема.

Основным недостатком данного способа измерения в почвах диффузионно-адсорбционных потенциалов является не учитываемая ошибка измерения, связанная с наличием на границах электрод-почва концентрационных скачков потенциала. Измеряемая разность потенциалов является алгебраической суммой трех скачков потенциалов:

концентрационного на границе первый электрод - почва;

диффузионно-адсорбционного на границе между почвенными слоями;

концентрационного на границе второй электрод - почва.

Полученные при измерениях подобным способом данные не вполне корректны, а определяемые величины ДАЛ не точны.

Целью изобретения является повышение точности определения диффузионно-адсорбционных потенциалов на границе контакта различных почв или почвенных горизонтов. Данный параметр характеризует завершенность почвообразовательных процессов, степень неравновесности на границе контакта и поэтому особенно важен.

Технической задачей изобретения является выделение диффузионно-адсорбционного потенциала из трех вышеперечисленных.

Поставленная задача решается путем размещения измерительных неполяризующихся электродов в различные почвенные слои и измерения разности потенциалов между ними. После этого из почвенных слоев отбирают образцы почв, помещают их на непроводящую поверхность, соединяют между собой солевым агаровым мостиком с насыщенным раствором хлорида калия и измеряют разность потенциалов между ними. Диффузионно-адсорбционный потенциал между почвенными слоями определяют как алгебраическую сумму между разностями потенциалов, одной, измеренной в различных почвенных слоях, и другой, измеренной в почвенных образцах из этих слоев, соединенных между собой агаровым солевым мостиком.

Техническая сущность изобретения заключается в обеспечении контакта измерительных электродов через солевые агаровые мостики с различными почвенными слоями и измерении разности потенциалов между электродами. После этого из почвенных слоев отбираются почвенные пробы, размещаются на непроводящей пластине, соединяются между собой солевым агаровым мостиком и при помощи тех же измерительных электродов с солевыми агаровыми мостиками измеряется разность потенциалов между ними. Алгебраически суммируя эти потенциалы, мы определяем ДАЛ между почвенными слоями: см. чертеж

ϕ_АД - ДАП;

РП₁=ϕ_АД-(ϕ₂-ϕ₁).

При измерении РП между почвами, соединенными между собой через солевой мостик, она равна ϕ₂-ϕ₁

РП₂=ϕ₂-ϕ₁.

Это связано с тем, что солевой мостик с хлоридом калия “гасит” диффузионные потенциалы.

Проведя измерения двумя способами и вычтя второе значение разности потенциалов из первого, мы получаем искомую величину диффузионно-адсорбционного потенциала на границе двух почв или почвенных горизонтов

ϕ_АД=РП₁-РП₂.

Предлагаемый способ позволяет исключить ошибку при определении диффузионно-адсорбционных потенциалов за счет игнорирования концентрационных скачков потенциалов на границах электрод - почва.

Нижеследующие примеры раскрывают суть предлагаемого изобретения.

Пример 1

В качестве объектов, между которыми проводили определение возникающих при контакте диффузионно-адсорбционных потенциалов, были взяты тепличный субстрат, выщелоченный кубанский чернозем, а также торфяная и дерново-подзолистая почвы из поймы р.Яхрома и ее окрестностей. Перечисленные почвы попарно вводились в контакт друг с другом, и при помощи измерительных электродов через агаровые солевые мостики измеряли разность потенциалов между этими почвами. Согласно ближайшему аналогу эта разность потенциалов принималась за диффузионно-адсорбционный потенциал. Затем приведенные в контакт почвы разъединялись, и контакт между ними осуществляли через солевой агаровый мостик, измеряя при помощи тех же электродов разность потенциалов, которая представляла собой разность концентрационных потенциалов на границе электродов с почвой. Алгебраическая сумма этих двух измерений соответствовала диффузионно-адсорбционному потенциалу.

Результаты приведены в таблице.

Как видно из представленных в таблице данных, ошибка при измерении ДАЛ по способу - ближайшему аналогу по сравнению с заявляемым решением составляет для различных пар почв от 10 до 30%.

Таким образом, изобретение позволяет значительно повысить точность определения диффузионно-адсорбционного потенциала между почвами или почвенными горизонтами, а следовательно, повысить точность определения неравновесности между ними.

Источники информации

1. Поздняков А.И. Методика измерений естественного электрического поля почв. // Научные доклады высшей школы. Биологические науки, 1975, №7, с.137-139.

2. Поздняков А.И. Полевая электрофизика почв. М.: МАИК “Наука/ Интерпериодика”, 2002, с.31-36.

Формула изобретения

Способ измерения диффузионно-адсорбционных потенциалов в почвах, заключающийся в размещении измерительных неполяризующихся электродов в различные почвенные слои и измерении разности потенциалов между ними, отличающийся тем, что из почвенных слоев отбирают образцы почв, помещают их на непроводящую поверхность, соединяют между собой солевым агаровым мостиком с насыщенным раствором хлорида калия и измеряют разность потенциалов между ними, а диффузионно-адсорбционный потенциал между почвенными слоями определяют как алгебраическую сумму между разностями потенциалов, одной разности потенциалов, измеренной в различных почвенных слоях, и другой, измеренной в почвенных образцах из этих слоев, соединенных между собой агаровым солевым мостиком.

РИСУНКИ

Рисунок 1