Способ выделения структурных отдельностей почвы


 


Владельцы патента RU 2485500:

Государственное Научное Учреждение Почвенный институт им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии (RU)

Изобретение относится к области физики почв и предназначено для получения структурных отдельностей. Способ включает выделение воздушно-сухих агрегатов. Выделенные агрегаты разрушают до размеров меньше 0,25 мм, увлажняют, высушивают, отделяют самособравшиеся структурные отдельности от бесструктурных частиц оборотным встряхиванием (1,5 ч, 25 об/мин) с последующим просеиванием на сите 0,25 мм и выделением водопрочных агрегатов. Способ позволяет отделять от общей почвенной массы наиболее активную в плане структурообразования часть - компоненты, способные самопроизвольно образовывать агрегаты после увлажнения-высушивания, позволяет оценивать направление процессов агрегатообразования в почве. 3 пр.

 

Изобретение относится к области физики почв и может быть использовано для получения структурных отдельностей, способных к самоорганизации после разрушения, в том числе водопрочных, а также для оценки их содержания в почве с целью изучения почвенной структуры и процессов, в ней происходящих.

Прототипом являются ситовые методы анализа структуры почвы и получения препаратов структурных отдельностей: ситовой анализ на воздухе и в стоячей воде [Шеин, 2005]. Существенный недостаток этих способов, затрудняющий интерпретацию полученных результатов, их принципиальная неселективность. Так с агрономической точки зрения при просеивании наряду с агрегатами выделяются псевдоагрегаты, имеющие в сравнении с агрегатами малую пористость, высокую плотность, не стойкие в воде, либо наоборот абсолютно устойчивые вследствие цементации [Розанов, 2004]. Кроме того, средний срок существования почвенного агрегата в окружающей среде 27 дней [Plante, 2002], следовательно при просеивании в одну размерную фракцию попадают как свежеобразованные, так и зрелые, а также и готовые распасться агрегаты, свойства которых различные.

Целью изобретения является получение структурных отдельностей, состоящих из «активных» почвенных частиц, способных к самоорганизации после цикла увлажнения-высыхания.

Способ осуществляется следующим образом. Из почвенной массы в воздушно-сухом состоянии набором сит диаметром 3-1 и 0,25 мм выделяют почвенные воздушно-сухие агрегаты естественного сложения размерной фракции 3-1 мм и бесструктурные частицы <0,25.

Выделенные агрегаты 3-1 мм разрушают в ступке до частицы <0,25 мм. Полученные из агрегатов частицы либо, для сопоставления, частицы естественного сложения <0,25 мм (20 г) помещают в чашки Петри и добавляют такое же количество дистиллированной воды (20 мл). Полученную массу высушивают на воздухе при комнатной температуре.

После высыхания частицы образуют сплошную массу, состоящую из самособравшихся агрегатов и неплотно сцепленных почвенных частиц. Для их разделения почвенную корку делят примерно на две равные половины и каждую из них переносят в пластиковую пробирку для центрифугирования на 50 мл с закрывающейся крышкой (типа «Falcon»). Пробирки помещают на оборотный ротатор и встряхивают 90 минут при 25 оборотах в минуту.

Как показали предварительные эксперименты, использование оборотного ротатора для разделения агрегатов и частиц <0,25 мм дает схожие результаты как и с общепринятым разминанием резиновым пестиком без нажима, но варьирование результатов и, соответственно, ошибка среднего гораздо меньше. Было показано, что в первые 60 минут встряхивания содержание агрегатов снижалось, затем в течение следующих 60 минут оставалось постоянным, соответствующим результатам, получаемым разминанием с резиновым пестиком без нажима, после чего начинало снижаться, достигая значений, сопоставимых с ошибкой эксперимента - 1-2%.

После встряхивания полученную массу взвешивают и пропускают через сито 0,25 мм, отделяя самособравшиеся агрегаты от неагрегированных частиц. Определяют массу самособравшихся агрегатов и по разнице с взятой навеской рассчитывают процент самособравшихся агрегатов.

Для выделения водопрочных агрегатов, способных к самосборке после механического разрушения, навеску полученных на предыдущем этапе агрегатов помещают на сито 0,25 мм, ячейки которого предварительно увлажнены (для этого сито на 1 минуту погружают в дистиллированную воду и аккуратно достают, не встряхивая). Дожидаются, когда вода, удерживаемая между ячеек сита силами капиллярного поднятия, увлажнит навеску агрегатов. Если влаги на ячейках сита недостаточно, к низу сетки сита прикладывают переувлажненную фильтровальную бумагу (бумагу погружают в воду, затем дают излишней воде стечь) и достигают полного увлажнения агрегатов за счет капиллярных сил.

По достижении агрегатами насыщения сито погружают в дистиллированную воду на 10 минут. По истечении этого времени проводят просеивание в воде путем повторяемых десять раз колебаний сита в воде вправо-влево на 45° и вверх-вниз. На сите остаются водопрочные агрегаты, способные к самосборке после механического разрушения. Полученные препараты водопрочных агрегатов высушивают на воздухе или при 105°С.

Суспензию с прошедшими через сито частицами <0,25 мм в ходе просеивания в воде высушивают, взвешивают и по данным об изначальной массе почвы, процента самособравшихся сухих агрегатов и взятой их навеске для выделения водопрочных агрегатов рассчитывают количество водопрочных агрегатов, способных к самосборке после механического разрушения (% от самособравшихся структурных отдельностей или от массы почвы).

Примеры использования

Пример 1. Изучение распределения частиц, способных к самосборке в размерных фракциях непахотных почв

Способность механически разрушенных частиц структурных отдельностей 3-1 мм и почвенных частиц <0,25 мм самопроизвольно собираться в агрегаты (образования крупнее 0,25 мм) тестировалась в необрабатываемых почвах (типичный чернозем ежегодно косимой степи и дерново-подзолистая почва под лесом).

В необрабатываемых почвах отсутствуют процессы механического разрушения агрегатов и, следовательно, все частицы, способные самопроизвольно собираться в структурные отдельности >0,25 мм, уже агрегированы и в свободном состоянии должны практически отсутствовать.

Результаты, полученные в ходе экспериментов с составляющими необрабатываемых почв, подтвердили выдвинутое предположение. Из частиц в естественном состоянии, в почве, имеющих размеры <0,25 мм, образовывалось меньше 2% структурных отдельностей, которые можно отнести к агрегатам, что сопоставимо с ошибкой эксперимента. Для частиц типичного чернозема этот показатель составил 1.6%, а для дерново-подзолистой почвы 0.2%. По данным проведенного t-теста (α=0.01, n=8) значимых отличий между этими двумя средними не существует.

Таким образом, можно заключить, что в необрабатываемых почвах частицы <0,25 мм практически не обладают способностью самособираться в агрегаты.

Напротив, согласно экспериментальным данным частицы <0,25 мм, полученные механическим разрушением агрегатов 3-1 мм, обладают хорошо выраженной способностью самоорганизовываться: 21.2% частиц агрегатов 3-1 мм типичного чернозема и 6.1% агрегатов дерново-подзолистой почвы самособрались в структурные отдельности >0,25 мм. По результатам оценки значимости отличий по t-критерию (α=0.01, n=8) оба средних отличались как друг от друга, так и от средних значений количества самособравщихся агрегатов из частиц естественного сложения <0,25 мм.

Таким образом, в непахотных почвах в состав структурных отдельностей 3-1 мм входят частицы, способные после механического разрушения самопроизвольно после увлажнения-высыхания образовывать агрегаты, а частицы естественного сложения <0,25 мм этой способности лишены.

Пример 2. Изучение содержания частиц, способных к самосборке в непахотных и пахотных дерново-подзолистых почвах

Способность механически разрушенных частиц структурных отдельностей 3-1 мм и почвенных частиц <0,25 мм самопроизвольно собираться в агрегаты (образования крупнее 0,25 мм) сравнительно тестировалась на дерново-подзолистой почве в пахотном и непахотном варианте использования.

Из разрушенных частиц 3-1 мм дерново-подзолистой пахотной почвы самопроизвольно образовывалось значимо больше агрегатов (27.0%) чем из таковых аналогичной, но необрабатываемой почвы (6.1%). Из частиц <0,25 мм непахотной почвы самопроизвольно структурные отдельности практически не образовывались (0,2%), в то время как этот же вариант пахотной почвы показал значение 15.3%. Все полученные средние значимо отличались друг от друга (t-тест при α=0.01, n=10).

Таким образом, получена информация о структурном состоянии почв. Почвенные агрегаты 3-1 мм дерново-подзолистой пахотной почвы содержат почти в полтора раза больше частиц, способных самостоятельно собираться в агрегаты, в сравнении с частицами <0,25 мм. Следует отметить относительно высокую способность у частиц <0,25 мм пахотной почвы самоорганизовываться по сравнению с таковыми необрабатываемых почв, которые практически лишены этой способности. Вероятно, это связано с использованием почвы для возделывания пропашных культур. Часть агрегатов была разрушена в результате обработки, и их частицы попали в размерную фракцию <0,25 мм, при этом сохранив способность самособираться в агрегаты на момент отбора почвенных образцов.

Пример 3. Сравнение свойств водопрочных агрегатов, выделенных обычным способом из агрегатов 3-1 мм, с водопрочными агрегатами, полученными из частиц, способных к самоорганизации агрегатов 3-1 мм дерново-подзолистой пахотной почвы

Из воздушно-сухих агрегатов 3-1 мм дерново-подзолистой пахотной почвы были выделены водопрочные агрегаты как с помощью общепринятого просеивания в воде [Шеин, 2005], так и разработанным способом. В полученных препаратах было определено содержание органического углерода (ОС). В водопрочных агрегатах, полученных обычным способом, оно составило 1,56% ОС, в водопрочных агрегатах самособравшихся структурных отдельностей 1,88% ОС. Полученный результат демонстрирует, что разработанным способом выделяются обогащенные органическим углеродом способные к самосборке водопрочные структурные отдельности, вследствие чего их можно отнести к наиболее активной структурообразующей части почвы.

Литература

1. Розанов Б.Г. Морфология почв. М.: Академический проект, 2004. 432 с.

2. Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с.

3. Plante A.F., Feng Y., McGill W.B. A modeling approach to quantifying soil macroaggregate dynamics // Can. J. Soil Sci. 2002. V.82 P.181-190.

Способ выделения структурных отдельностей почвы, включающий выделение воздушно-сухих агрегатов, отличающийся тем, что выделенные агрегаты разрушают до размеров меньше 0,25 мм, увлажняют, высушивают, отделяют самособравшиеся структурные отдельности от бесструктурных частиц оборотным встряхиванием (1,5 ч., 25 об/мин) с последующим просеиванием на сите 0,25 мм и выделением водопрочных агрегатов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области экологии и может быть использовано для отбора проб для анализа почвы. .
Изобретение относится к области почвоведения и предназначено для определения усредненной степени восстановленности торфяных почв. .
Изобретение относится к промышленной экологии, сельскому хозяйству, промышленному и гражданскому строительству. .
Изобретение относится к области сельского хозяйства, экологии и может быть использовано для определения токсичности почвы методом биотестирования с использованием равноресничных инфузорий Paramecium caudatum Ehrenberg.
Изобретение относится к области биологии и может быть использовано при проведении химических анализов многокомпонентных веществ. .
Изобретение относится к области испытаний с-х машин, в частности для измерения продольного сопротивления почвы рабочим органам с-х машин и агрегатов, и может быть использовано для создания более точных и адекватных приборов.

Изобретение относится к биотехнологии защиты окружающей среды в нефтедобывающей промышленности и сельском хозяйстве и может быть использовано для определения углеводород-деградирующего потенциала почвенной микробиоты.

Изобретение относится к химическим методам анализа почв и может быть использовано для прямого измерения концентрации подвижных минеральных форм фосфора в почвенных пробах при извлечении его углеаммонийным экстрагентом.

Изобретение относится к приборам для определения деформаций и сил морозного пучения грунта в лабораторных условиях. .

Изобретение относится к области качественного и количественного анализа состава грунтов при определении территорий предполагаемых месторождений нефти, а также при бурении скважин в местах предполагаемых месторождений нефти
Изобретение относится к области экологии и предназначено для определения токсичности почв
Изобретение относится к области сельского хозяйства и предназначено для установления величины пирогенного изменения мощности слоя торфа на мелиорируемых землях

Изобретение относится к исследованию прочностных характеристик грунтов, а именно к получению почвенных и грунтовых проб определенных размеров ненарушенной структуры. Способ включает установку в вертикальное положение устройства в виде заключенного в корпусе металлического полого цилиндра, по внутренней и внешней стенке которого приварен режущий элемент в виде спирали, опускание цилиндра на заданную глубину при его вращении с вырезанием почвенного образца цилиндрической формы. Достигается упрощение и повышение надежности при получении образцов. 1 ил.

Способ дистанционного определения деградации почвенного покрова. Способ включает зондирование подстилающей поверхности, содержащей тестовые участки многоканальным спектрометром, установленнЫм на аэрокосмическом носителе с одновременным получением изображений на каждом канале; расчет методом зональных отношений амплитуд сигналов в каналах частных индексов деградации, а именно процентного содержания гумуса (Н), индекса засоленности (NSI) и индекса влагопотерь (W); определение интегрального показателя деградации D по многопараметрической регрессивной зависимости, вида: D = ( H 0 H ) 1,9 ⋅ ( N S I N S I 0 ) 0,5 ⋅ ( W 0 W ) 0,3 пересчет значениЙ пикселей яркости изображений в масштабе вычисленного показателя деградации каждого пикселя; выделение контуров их результирующих изображений с установленными градациями степени деградации. (Н0, NSI0, W0) - значения частных индексов деградации для тестовых эталонных участков. Технический результат заключается в повышении оперативности и достоверности определения степени деградации почвенного покрова. 5 ил., 3 табл.

Изобретение относится к строительному производству и предназначено для определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя. Способ определения морозного пучения грунта при промерзании сезоннопротаивающего слоя включает бурение скважины перед началом его промерзания, отбор образцов грунта, измерение глубины сезонного протаивания ξ, определение на образцах плотности сухого грунта ρd,th. Дополнительно бурение скважин производят после промерзания сезоннопротаивающего слоя, на образцах дополнительно определяют плотность сухого грунта после промерзания сезоннопротаивающего слоя ρd,f, а величина пучения определяется по приведенной зависимости. Технический результат состоит в снижении трудоемкости работ, повышении точности определения величины пучения, обеспечении снижения материалоемкости. 2 ил., 5 табл.

Изобретение относится к области экологии и предназначено для оценки экологического состояния почв. Отбирают пробы незагрязненной фоновой почвы и загрязненной тяжелыми металлами или нефтью и нефтепродуктами и для каждой пары образцов почв определяют численность аммонифицирующих бактерий, численность микроскопических грибов, обилие бактерий рода Azotobacter, активность каталазы, активность инвертазы, всхожесть редиса. ИПС почвы рассчитывают по формуле: ИПС=Σ(Пзагрi/Пфонi)×100%/n, где Пзагрi - значение i-го показателя (численность аммонифицирующих бактерий, млн/г, численность микроскопических грибов, млн/г, обилие бактерий рода Azotobacter, % активность каталазы, мл O2/мин, активность инвертазы, мл глюкозы/24 ч, всхожесть редиса, % для загрязненной почвы, Пфонi - значение i-го/мин, показателя для незагрязненной почвы, n - число показателей (n=6). По снижению ИПС определяют экологическое состояние почв. Если значение ИПС в загрязненной почве более 95% констатируют нормальное экологическое состояние почвы. При снижении ИПС до 90-95% констатируют удовлетворительное состояние. При снижении ИПС до 75-90% констатируют неблагополучное состояние. При снижении ИПС ниже 75% констатируют катастрофическое состояние. Заявленный способ позволяет быстро и точно оценить экологическое состояние почвы. 17 табл., 2 пр.

Изобретение относится к сельскому хозяйству и может быть использовано для контроля дыхания почвы в посеве. Для этого выполняют выбор в посеве контролируемого участка и его подготовку, процедуру контроля дыхания почвы на выбранном в посеве контролируемом участке путем измерения величины накопления (убыли) газообразного дыхательного субстрата CO2 (O2) в герметичной камере, которой накрывают контролируемый участок. Подготовка контролируемого участка дополнительно включает такой посев семян, при котором часть участка оставляют незасеянной. Для измерения используют отдельно и поочередно две разные герметичные камеры, с помощью одной из которых полностью накрывают только засеянную растениями часть контролируемого участка посева, а с помощью другой дополнительно к указанной выше площади накрывают частично или полностью также незасеянную часть контролируемого участка посева. При этом величину дыхания почвы, приходящейся на площадь контролируемого участка посева, рассчитывают путем определения разности между результатами измерений, полученными с помощью указанных выше герметичных камер, умноженной на величину отношения площади контролируемого участка посева к разности площадей оснований двух указанных выше герметичных камер. Изобретение обеспечивает возможность исследования в полевых условиях и одновременно не нарушает целостности взаимодействия корневой и наземной части растений. 1 ил.
(57) Изобретение относится к области экологии и сельского хозяйства и предназначено для определения величины изменения мощности слоя торфа на мелиорируемых землях. Способ включает устройство разрезов, измерение мощности слоя оболочек почвенных биологических организмов в конце и начале периода наблюдения и расчет. При этом измеряют мощность уплотненного слоя оболочек раковинных амеб. Величину изменения мощности слоя торфа рассчитывают по формуле Нсраб=a·h, где Нсраб - величина уменьшения мощности слоя торфа, см; h - мощность уплотненного слоя оболочек раковинных амеб, см; а - коэффициент. Коэффициент а определяют по формуле а=(H1-H2)/(h1-h2), где Н2, H1 - мощности слоя торфа и h2, h1 - мощности уплотненного слоя оболочек раковинных амеб, соответственно в конце и начале периода наблюдения. Способ позволяет быстро и точно определить величину изменения мощности слоя торфа на мелиорируемых землях. 1 пр.
Наверх