Способ определения влажности почвы
Владельцы патента RU 2439559:
Федеральное Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Новочеркасская Государственная Мелиоративная Академия" ФГОУ ВПО НГМА (RU)
Изобретение относится к почвоведению, мелиорации и земледелию. На поле, где запланированы наблюдения за влажностью почвы, предварительно, однократно, в начале вегетации растений определяют плотность почвы с ненарушенным сложением общеизвестным методом с помощью режущего кольца или цилиндра, после чего в течение всего вегетационного периода, по мере необходимости, буром, позволяющим отбирать почву с ненарушенным сложением, по горизонтам берут образцы определенного объема и взвешивают их на технических весах, прямо в поле и без сушки образца в термостате (сушильном шкафу) определяют влажность почвы как разность плотностей почв с ненарушенным сложением во влажном и сухом состоянии, отнесенную к плотности почвы с ненарушенным сложением и выраженную в процентах от массы сухой почвы. Достигается упрощение, ускорение и повышение оперативности определения. 1 з.п. ф-лы, 1 табл.
Изобретение относится к почвоведению, мелиорации и земледелию и может быть использовано для оперативного определения влажности почвы, назначения сроков проведения очередных вегетационных поливов всех сельскохозяйственных культур, как в открытом грунте, так и в теплицах.
Известно несколько способов (методов) определения влажности почвы и назначения сроков проведения очередных вегетационных поливов сельскохозяйственных культур, которые можно объединить в следующие группы:
- весовой (термостатно-весовой), основанный на высушивании и взвешивании образцов почвы;
- тензометрический, основанный на измерении напряжения почвенной влаги поверхностными силами, возникающими на границе фаз;
- радиоактивный, в основу которого положено изменение интенсивности радиоактивного излучения помещенных в почву источников радиации при взаимодействии с молекулами воды или атомами водорода;
- электрический, при котором измеряются электрическое сопротивление, проводимость, емкость и индуктивность почвы, зависящие от ее влажности;
- оптический, при котором измеряется степень поглощения или отражения лучевой энергии, зависящие от влажности объекта;
- экспресс-методы: по состоянию растений, морфологическим признакам, физиологическим показателям, органолептическим признакам почвы, по которым определяют обеспеченность растений почвенной влагой и степень ее влажности (Плюснин И.И., Голованов А.И. Мелиоративное почвоведение/ Под ред. А.И.Голованова. - М.: Колос, 1983. - С.61-62; Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов A.M. Практикум по земледелию/ Учебник для вузов// 2-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропроиздат, 1987. - С.58-60; Практикум по почвоведению/ Под ред. И.С.Кауричева. - 4-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1986. - С.97-98; Пиуновский Б.А. Практикум по мелиоративному земледелию. - 3-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1986. - С.46-54; Долгов С.И. Агрофизические методы исследования почв. - М.: Наука, 1966. - С.9-227; Вериго С.А., Разумова. Л.А. Почвенная влага. - Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - 328 с.; Роде А.А. Основы учения о почвенной влаге. - T.1. Водные свойства почв и передвижение почвенной влаги. Т.2. Методы определения водного режима почв. - Л.: Гидрометеоиздат, 1965, 1969. - 663 с. и 287 с.; Открытия, изобретения, промышленные образцы и товарные знаки. G01N 5/02 а.с. №1196737, G01N 75/56 а.с. №898308, G01N 5/00 а.с. №1101718, G01N 22/04 а.с. №1101722, G01N 25/56 а.с. №1173283, G01N 23/24 а.с №693184, G01N 23/00 а.с №53/466, G01N 21/80 а.с. 1109610, G01J 1/04 а.с 811084, G01N 21/86 а.с №813209.
Недостатками известных способов определения влажности почвы и сроков проведения вегетационных поливов является значительная трудоемкость, энергоемкость и продолжительность процесса во времени, необходимость применения большого количества лабораторного оборудования, электрических и радиационных и других приборов, достаточно опасных для здоровья обслуживающего персонала и окружающих людей. Ряд способов определения влажности почвы характеризуется низкой точностью, недостаточной для их практического применения.
Наиболее близким техническим решением определения влажности почвы и сроков проведения вегетационных поливов являются весовой способ (термостатно-весовой), при котором пробы почвы для определения влажности почвы в поле берут специальным игольчатым буром, из которого почву перекладывают в предварительно взвешенный стаканчик и закрывают крышкой. В лаборатории влажную почву в стаканчиках взвешивают на технических весах и сушат в сушильном шкафу при температуре 105°С, в течение 12-14 часов до постоянного веса, контролируя его на весах с точностью до 0,01 г. Взвешивание стаканчиков с сухой почвой осуществляют через 6 часов и далее через 8, 10, 12, 14 часов после начала сушки, до постоянного веса. Время сушки зависит от влажности почвы и температурного режима в сушильном шкафу. Расхождения в массе стаканчика с сухой почвой при очередном взвешивании не должны превышать 0.05 г.
Влажность почвы определяют по формуле:
где βв - искомая влажность, % от массы сухой почвы;
В - масса пустого алюминиевого стаканчика, г;
В1 - масса стаканчика с влажной почвой до сушки, г;
В2 - масса стаканчика с сухой почвой после сушки, г.
(Доспехов Б.А., Васильев И.П., Туликов A.M. Практикум по земледелию/Учебник для вузов//2-е изд. перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1987. - С.57-58).
Недостатком данного способа определения влажности почвы являются значительные затраты труда, времени и электроэнергии, что связано с многократным взвешиванием образца почвы и ее продолжительной сушкой в сушильном шкафу в течение 12-14 часов до постоянного веса.
Техническим результатом, достигаемым изобретением, является упрощение способа определения влажности почвы, снижение затрат труда, времени и электроэнергии и возможность его оперативного применения в полевых условиях.
Результат достигается тем, что на поле, где запланированы наблюдения за влажностью почвы, предварительно в начале вегетации растений определяют плотность сухой почвы с ненарушенным сложением общеизвестным методом, отбором влажных образцов с помощью режущего кольца или цилиндра, их взвешиванием и сушкой в термостате, после чего в течение всего вегетационного периода, по мере необходимости, буром, позволяющим отбирать почву с ненарушенным сложением по горизонтам, берут образцы влажной почвы определенного объема и взвешивают их на технических весах, прямо в поле и без сушки образца в термостате (сушильном шкафу) определяют влажность почвы, как разность плотностей почвы с ненарушенным сложением во влажном и сухом состоянии, отнесенную к плотности сухой почвы с ненарушенным сложением и выраженную в процентах от массы сухой почвы.
Способ определения влажности почвы заключается в том, что на поле, где запланированы наблюдения за влажностью почвы предварительно в начале вегетационного периода, определяют плотность сухой почвы с ненарушенным сложением общеизвестным методом, отбором влажных образцов с помощью режущего кольца или цилиндра с последующим взвешиванием и сушкой в термостате. После этого в течение всего вегетационного периода по мере необходимости ежедневно, подекадно, до и после выпадения осадков и проведения поливов по горизонтам отбирают образцы влажной почвы определенного объема. Отбор проб на влажность производят буром Неговелова, буром-цилиндром ТСХА или любым другим буром, позволяющим отбирать образцы почвы с ненарушенным сложением. Эти устройства позволяют отбирать пробы влажной почвы с ненарушенным сложением определенного объема. Отобранные образцы влажной почвы прямо в поле взвешивают на технических весах с точностью до 10 мг и без сушки в термостате (сушильном шкафу) определяют влажность почвы. Она находится как разность плотностей почвы с ненарушенным сложением во влажном и сухом состояниях отнесенная к плотности сухой почвы с ненарушенным сложением, выраженная в процентах к массе сухой почвы по формуле:
где βв - влажность почвы, % массы сухой почвы
p - масса образца влажной почвы, г;
v - объем образца влажной почвы, соответствующий объему бура, см3;
dv - плотность сухой почвы с ненарушенным сложением, г/см3.
Исследования, проведенные в лаборатории кафедры «Мелиорация почв» «НГМА», показали достаточную степень сходимости результатов определения влажности почвы, эталонным термостатно-весовым и новым способами (таблица 1). Исследования проводились в четырехкратной повторности с двумя горизонтами 0-20 и 20-40 см, которые имели плотность сухой почвы с ненарушенным сложением соответственно 1.15 и 1.30 г/см3. При доверительной вероятности 95% точность опыта оказалась достаточно высокой и составила 0.69%, а наименьшая существенная разность между вариантами оказалась равной 0.58% м.с.п. В соответствии с этим погрешность опыта оказалась несущественной и между вариантами составила 0.26-0.27% м.с.п. Следовательно, точность определения влажности почвы новым способом достигает 99%, относительная ошибка составляет не более 1%. Это позволяет использовать новый способ определения влажности почвы для практических целей в области мелиорации, орошаемого земледелия и растениеводства для наблюдения за динамикой влажности почвы, в водобалансовых исследованиях и при назначении сроков проведения вегетационных поливов.
| Таблица 1 | |||
| Влияние различных способов на точность определения влажности почвы | |||
| Варианты опыта | Влажность, βв % м.с.п. | Погрешность, % м.с.п. | Относительная ошибка, % |
| Плотность почвы с ненарушенным сложением 1.15 г/см3. Термостатно-весовой способ | 27.50 | - | - |
| Плотность почвы с ненарушенным сложением 1.15 г/см3. Новый способ | 27.23 | 0.27 | 1.00 |
| Плотность почвы с ненарушенным сложением 1.30 г/см3. Термостатно-весовой способ | 27.81 | - | - |
| Плотность почвы с ненарушенным сложением 1.30 г/см3. Новый способ | 27.55 | 0.26 | 0.99 |
| Точность опыта, m % | 0.69 | - | - |
| Наименьшая существенная разность, НСР 095, % м.с.п. | - | 0.58 | - |
Новый ускоренный способ определения влажности почвы значительно уменьшает затраты времени, труда и электроэнергии при его применении в сравнении с эталоном. При определении влажности этим способом отсутствует сушка влажного образца в термостате, на что уходит не менее 12-14 часов и расходуется значительное количество электроэнергии, примерно 15-20 кв.час. Отсутствует необходимость многократного взвешивания образца высушенной почвы. Главным достоинством нового способа определения влажности почвы является возможность оперативного определения влажности почвы непосредственно на поле, без использования громоздкого лабораторного оборудования.
1. Способ определения влажности почвы, включающий отбор проб для анализа, их взвешивание, отличающийся тем, что на поле, где запланированы наблюдения за влажностью почвы, предварительно однократно в начале вегетации растений определяют плотность сухой почвы с ненарушенным сложением общеизвестным методом, отбором влажных образцов с помощью режущего кольца или цилиндра с последующим взвешиванием и сушкой в термостате, после чего в течение всего вегетационного периода, по мере необходимости, буром, позволяющим отбирать почву с ненарушенным сложением, по горизонтам отбирают образцы влажной почвы определенного объема и взвешивают на технических весах, прямо в поле и без сушки образца в термостате (сушильном шкафу) определяют влажность почвы как разность плотностей почвы с ненарушенным сложением во влажном и сухом состоянии, отнесенную к плотности сухой почвы с ненарушенным сложением и выраженную в процентах от массы сухой почвы.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что образцы влажной почвы с ненарушенным сложением для определения влажности почвы можно отбирать буром Неговелова или буром-цилиндром ТСХА.
