Мониторинг и контроль почвенных условий

Изобретения относятся к области сельского хозяйства. В способе получают водные пробы, извлекаемые из множества всасывающих зондов, размещенных на различных глубинах в почвенном субстрате, включая зону функционирования корневой системы видов растений в данном почвенном субстрате. Анализируют указанные водные пробы для определения химического состава водных проб почвенного субстрата. Причем данный химический состав включает концентрации одного или нескольких маркерных ионов в указанной зоне функционирования корневой системы. Определяют эффективность использования питательных веществ данными видами растений, по меньшей мере частично на основании указанных концентраций маркерных ионов. Определяют количества добавки, добавляемой к оросительной воде, подаваемой в почвенный субстрат для корректировки химического состава почвенного субстрата, по меньшей мере, частично исходя из определенной эффективности использования питательных веществ данными видами растений. В способе устанавливают всасывающий зонд на глубине в почвенном субстрате. Обеспечивают гидравлическую проводимость водных растворов из почвенного субстрата во всасывающий зонд путем приложения вакуума к указанному всасывающему зонду. Извлекают водную пробу из всасывающего зонда после приложения вакуума в течение определенного промежутка времени. Анализируют водную пробу для определения ее химического состава. Определяют концентрацию маркерных ионов на глубине почвенного субстрата на основании указанного химического состава водной пробы. Определяют наличие выщелачивания в почвенном субстрате, по меньшей мере частично на основании указанных концентраций маркерных ионов на глубине под поверхностью. Способы позволяют повысить качество получаемой продукции и потери вследствие выщелачивания. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 7 ил., 7 табл.

 

Перекрестная ссылка на родственные заявки

Для данного изобретения заявки испрашивается приоритет по параллельно рассматриваемой предварительной заявке на патент США "MONITORING AND CONTROL OF SOIL CONDITIONS" под номером 61/603,680, поданной 27 февраля 2012 г. и включенной в настоящий документ во всей своей полноте посредством ссылки.

Уровень техники

По мере того, как численность населения продолжает увеличиваться, производство пищевых продуктов становится все более острой проблемой. Эффективность использования водных ресурсов влияет на производительность сельскохозяйственных предприятий. Кроме того, использование удобрений стало одним из главных факторов увеличения производительности и качества сельскохозяйственных предприятий. Это привело к повышенному потреблению удобрений во всем мире, и к появлению новых проблем, таких как увеличение издержек производства и загрязняющих эффектов от сельскохозяйственной деятельности.

Краткое описание чертежей

Многие аспекты данного изобретения могут быть более понятны при обращении к следующим чертежам. Показанные на чертежах составные части не обязательно представлены в масштабе, вместо этого упор делается на ясное иллюстрирование принципов настоящего изобретения. Кроме того, одинаковые номера позиций приписаны соответствующим элементам на всех приведенных рисунках.

Фиг. 1 иллюстрирует мониторинг почвенных условий с помощью множества (т.е. более чем одного) всасывающих зондов согласно различным вариантам воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 2 является графической иллюстрацией примера всасывающего зонда с фиг. 1 согласно различным вариантам воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 3 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую мониторинг и контроль состояния почв согласно различным вариантам воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 4 представляет собой блок-схему, иллюстрирующую анализ образцов согласно различным вариантам воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 5 представляет собой таблицу, иллюстрирующую зависимость между различными добавками и их эффектом на растение согласно различным вариантам воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 6 является блок-схемой, иллюстрирующей пример оценки композиции и/или применения с фиг. 3 согласно различным вариантам воплощения настоящего изобретения.

Фиг. 7 является примером системы, которая может применяться при мониторинге и контроле состояния почв согласно различным вариантам воплощения настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Далее раскрываются различные воплощения, относящиеся к мониторингу и контролю состояния почв, например в сельскохозяйственных областях применения. Далее приводится подробное описание вариантов воплощений, про иллюстрированных на чертежах, на которых одинаковые номера позиций на всех имеющихся рисунках указывают на соответствующие элементы.

Контролируемое использование воды и удобрений может улучшить производительность сельскохозяйственных предприятий рациональным способом, обеспечивая более высокую рентабельность, безопасность пищевых продуктов и экологическую защищенность. Мониторинг условий питания сельскохозяйственных культур может применяться в целях управления доступными ресурсами (например, водой и удобрениями), используемыми для восполнения питательных потребностей растений на протяжении их развития, и, тем самым, для повышения производительности и качества получаемой продукции при снижении затрат и потерь вследствие выщелачивания.

Анализ химического состава почв и/или жидкостей вблизи корней растений, а также оценка состояния растения могут дать информацию о поглощении растениями питательных веществ, что может использоваться при регулировании полива и/или внесения удобрений. Отслеживание состояния почвы может быть обеспечено с использованием всасывающих зондов, устанавливаемых на различных уровнях по глубине расположения корневой системы сельскохозяйственных культур. Экстракция водных растворов из околокорневого почвенного субстрата может использоваться для отслеживания взаимодействия корневой деятельности и почвенных условий и для контроля внесения питательных веществ в почвенный субстрат. Например, реакция и поведение вводимых в почву ресурсов (например, воды, сточных вод, удобрений, коадъювантов, хелатов и т.д.) и реакция почвы на эти добавки, а также корневая активность по поглощению питательных веществ могут быть оценены по всему фенологическому циклу растения для определения показателей, которые могут использоваться при регулировании внесения добавок, таких как, например, химические питательные вещества, циклическим или непрерывном способом.

На фиг. 1 дана графическая иллюстрация контроля состояния почвы 103 с помощью одного или нескольких всасывающих зондов 106 согласно различным вариантам воплощения настоящего изобретения. Например, растения 109 одного и того же вида культивируются на почвенном субстрате 103, при том что их корни продолжаются по всей зоне 112 функционирования корневой системы. Вода и/или растворы 115 удобрений могут подаваться растениям 109 через линии капельного орошения, разбрызгиватели или с помощью других систем подачи. В представленном на фиг. 1 примере всасывающие зонды 106 располагаются на множестве различных глубин (или уровней) внутри зоны 112 корневой активности растения(-й) 109. Например, всасывающие зонды 106 могут быть размещены на двух глубинах (например, около 15 см и около 30 см) в случае овощных культур или на трех глубинах (например, около 20 см, около 40 см и около 60 см) для древесных растений. Понятно, что всасывающие зонды 106 могут также размещаться и на других глубинах. Глубина(-ы) может варьироваться, исходя из вида растения. Кроме того, зонды могут быть установлены на глубине ниже зоны 112 функционирования корневой системы с тем, чтобы отслеживать распространение неиспользованных питательных веществ по зоне 112 корневой активности. Кроме того, на тех же самых или других глубинах могут применяться дополнительные всасывающие зонды 106. Например, всасывающие зонды 106 могут быть распределены индивидуально или группами в различных местоположениях внутри ряда, слоя и/или участка с тем, чтобы отслеживать изменения в пределах данного участка.

В других воплощениях один или несколько всасывающих зондов 106 могут помещаться на одной или нескольких глубинах в почвенном субстрате 103 в целях экологического контроля, например в случаях, когда отслеживается выщелачивание. Например, в металлургической или горнодобывающей промышленности, в которых часто используются промывание и смывка, с помощью всасывающих зондов 106 может выполняться контроль наличия в почвенной среде 103 металлических или иных загрязнений. Возможные применения могут включать (но не ограничиваются этим) статическое выщелачивание, местный контроль очистки от загрязнений, средне- и долгосрочный мониторинг возобновления и/или реабилитации участков воздействия, контроль утечек и/или деградации и т.д. с применением одного или нескольких всасывающих зондов для получения образцов почвенного субстрата. В целях отслеживания отклонений в почвенном субстрате 103 могут анализироваться водные пробы для определения их химического состава. На основе результатов исследования образцов могут быть предприняты соответствующие восстановительные или корректирующие действия. Анализ образцов может использоваться для выдачи предупреждений, и/или сигналов тревоги, и/или для предложения корректирующих мер в целях исключения или снижения воздействий на окружающую среду.

Фиг. 2 иллюстрирует пример всасывающего зонда 106 с фиг. 1. Всасывающий зонд 106 с фиг. 2 включает пористую капсулу 203 из, например, фарфора, присоединенную к одному концу трубки 206 из инертного материала, такого как, например, эбонит, полиэтилен или ПХВ. Например, пористая капсула 203 может иметь диаметр около 50 мм и продолжаться от конца трубки примерно на 85 мм. Пористый фарфор может иметь толщину около 5 мм с пористостью около 25-23% и средним диаметром пор около 8-10 Å. В качестве материала для пористой капсулы 203 могут также применяться и другие химически инертные материалы, такие как, например, пористая керамика. Пористость используемого в пористой капсуле 203 материала обеспечивают возможность прохождения водных растворов из почвы, когда во всасывающем зонде 106 создается вакуумное разрежение. Пористость пористой капсулы 203 должна обеспечивать возможность легкого проникновения во всасывающий зонд 106 отслеживаемой химической композиции. Помимо этого, для пористой капсулы 203 и/или всасывающего зонда 106 могут также использоваться и другие формы и габариты. Крышка 209 (например, из резины или ПХВ) закупоривает противоположный конец трубки 206. Фитинг 212, присоединенный к крышке 209, обеспечивает возможность подключения к вакуумному насосу с целью создания разрежения внутри полого всасывающего зонда 106. Фитинг 212 может включать вентиль, позволяющий отсоединять вакуумный насос при сохранении вакуума внутри всасывающего зонда 106.

Обращаясь снова к фиг. 1, всасывающие зонды 106 устанавливаются в вертикальном положении в почве 103 на различных глубинах в пределах зоны 112 функционирования корневой системы. Например, в почве 103 может быть просверлено отверстие, в которое на соответствующей глубине может вставляться всасывающий зонд 106. Как правило, группа всасывающих зондов 106 устанавливается в области хорошей корневой активности под одним и тем же растением или под соседствующими растениями, находящимися в одинаковой фазе роста. Например, группа всасывающих зондов может быть установлена вдоль ряда выращиваемых совместно растений. При размещении всасывающих зондов 106 также может учитываться положение оросительной установки. Например, всасывающий зонд 106 может быть расположен в центре влажной области под поливным трубопроводом системы капельного орошения. Кроме того, всасывающие зонды 106 должны быть надлежащим образом разнесены друг от друга (например, через интервалы около 20-30 см) с тем, чтобы предоставить пространство, подходящее для выполнения отбора проб водных растворов из окружающей почвы без помех со стороны соседнего всасывающего зонда 106.

В некоторых воплощениях пористые капсулы 203 (фиг. 2) всасывающих зондов 106 могут погружаться в воду (например, в течение около 15-20 минут) для того, чтобы обеспечить гидратацию пористых капсул 203. Гидратация пористых капсул 203 может улучшить гидравлическую связь между почвой 103 и пористыми капсулами 203. Гидратация может также облегчать введение всасывающего зонда 106 в почву 103. Окружающая почва 103 может быть также уплотнена вокруг всасывающего зонда 106 (например, с помощью провода) для гарантии хорошей гидравлической связи между пористой капсулой 203 и почвой 103. Во время установки всасывающих зондов 106 могут быть получены образцы почвы 103 с различных глубин (например, 0-30 см и 30-60 см). Образцы почвы могут быть получены на каждой из исследуемых глубин. Для обеспечения достоверности получаемых с помощью образцов показателей состава почвы может использоваться определенный протокол отбора проб почвы. Анализ образцов почвы может дать основную информацию о составе почвенного субстрата 103.

После установки всасывающих зондов 106 водные растворы могут экстрагироваться из окружающего корни растения(-й) субстрата под действием разрежения во всасывающих зондах 106. Вакуумный насос (не показан) может быть соединен с фитингом 212 (фиг. 2) для создания вакуума внутри полого всасывающего зонда 106. Степень разрежения может находиться, например, в диапазоне от около 0,5 атмосфер (атм) до около 1,0 атм, в диапазоне от около 0,6 атм до около 0,9 атм, в диапазоне от около 0,7 атм до около 0,8 атм, или около 0,8 атм. Для индикации разрежения внутри всасывающего зонда 106 может использоваться измерительное устройство. Сразу же после создания вакуума внутри всасывающего зонда 106 вентиль, включенный в фитинг 212, может быть закрыт для поддержания разрежения во всасывающем зонде 106. В некоторых случаях размеры всасывающего зонда 106 могут позволить создание вакуума с использованием ручного насоса.

Вакуум внутри всасывающего зонда 106 обеспечивает гидравлическое проведение водного раствора из окружающей почвы 103 во всасывающий зонд 106 через пористую капсулу 203 (фиг. 2). Объем забранного раствора будет зависеть от гидравлической проводимости почвенного субстрата 103 и влагосодержания почвы 103, а также от времени экстрагирования, в течение которого поддерживается разрежение во всасывающем зонде 106. Например, экстракционный период может составлять от около 2 дней до около 4 дней. Вакуумные условия и воздухонепроницаемость зависят от характеристик пористости материала пористой капсулы 203 и контакта с окружающей почвой 103. В некоторых воплощениях вакуум может поддерживаться в пределах некоторого диапазона величин на протяжении всего периода экстрагирования.

В конце периода выполнения экстракции (например, спустя около 48 час) из всасывающего зонда 106 отбирается водная проба. Для обеспечения достоверности представляемых образцами показателей химического состава водных проб может использоваться следование определенному протоколу отбора таких образцов. Например, водная проба может быть получена по микротрубке, которая пропускается через открытый фитинг 212 (фиг. 2) к пористой капсуле на конце всасывающего зонда 106. Для извлечения водной пробы из всасывающего зонда 106 по микротрубке может использоваться шприц (или другое экстракционное устройство). Могут быть получены и представлены для анализа водные пробы в 30 мл или более. В некоторых воплощениях получают водную пробу объемом 125 мл. В некоторых воплощениях обеспечивается отдельная пробоотборная трубка для получения водных проб через крышку 209 (фиг. 2) всасывающего зонда 106. Пробоотборная трубка может пропускаться через отдельное герметично закупориваемое отверстие в крышке 209. Вентиль в пробоотборной трубке может использоваться для закрытия пробоотборной трубки во время выполнения экстрагирования. Затем вентиль может быть открыт для обеспечения возможности получения водной пробы из всасывающего зонда 106. Водные пробы из всасывающего зонда 106 могут быть далее представлены для выполнения химического анализа и дальнейшей оценки.

Помимо водных проб из всасывающего зонда 106 при орошении растений 109 (фиг. 1) могут быть получены образцы подаваемого растениям 109 удобряющего раствора (FS) 115 (фиг. 1). FS 115 включает поливную воду, которая может быть смешана с добавками, такими как, например, свежая или фильтрованная вода, остаточная вода, удобрения, минеральные вещества, химикаты и/или другие питательные вещества. Для обеспечения достоверности получаемых с помощью образцов показателей композиции FS может использоваться следование определенному протоколу отбора проб. Например, одно или несколько устройств для сбора проб, расположенных вблизи всасывающих зондов 106, собирают в ходе полива растений FS 115. Множество устройств для сбора проб может быть распределено в различных местоположениях в ряду, слое и/или на участке для отслеживания вариативности в распределении FS 115 внутри данного участка. В случае капельного орошения устройство для сбора проб, такое как, например, имеющий подходящие размеры контейнер для жидкости, может получать FS 115 из поливного трубопровода системы капельного орошения через адаптер вблизи группы всасывающих зондов 106 (фиг. 1). Таким образом, когда происходит орошение растений 109, устройство для сбора проб собирает образец используемого FS 115. В случае дождевального орошения устройство для сбора проб, такое как, например, открытый контейнер, может располагаться вблизи группы всасывающих зондов 106 для сбора образцов FS, обеспечиваемого дождевальной установкой. Эти примеры обеспечивают получение образцов FS 115, которые являются репрезентативными для всего интервала времени орошения.

Образцы FS после этого могут направляться на анализ. Анализ FS 115 представляет информацию о вкладе удобрений и условий поглощения (например, pH, электропроводности и ионных взаимодействий). По результатам анализов водного раствора и почвенного образца можно оценить взаимодействие FS 115 с растением 109 и почвой 103 (фиг. 1). Например, могут быть оценены поглощение и/или использование растением питательных веществ, а также почвенные взаимодействия, такие как осаждение, растворимость, десорбция ионов и т.д.

Также могут быть получены и переданы на анализ образцы поливной воды и тканей растений 109. Для обеспечения достоверности получаемых с помощью образцов показателей композиции поливной воды может использоваться следование определенному протоколу отбора проб. Образцы поливной воды могут быть получены непосредственно в источнике, перед фильтрованием, после фильтрования и/или перед добавлением одной или нескольких предназначенных для получения FS 115 добавок, таких как, например, питательные вещества и/или химикаты. Например, композиция поливной воды может использоваться в качестве базовой при определении внесения добавки(-ок) в FS 115. Например, на основе анализов оросительной воды может регулироваться содержание минеральных солей таким образом, чтобы отвечать питательным потребностям растений 109. Для обеспечения достоверности получаемых с помощью образцов показателей композиции тканей растений также может использоваться следование определенному протоколу отбора проб. Образцы растительной ткани могут быть листьями, не являющимися ни слишком старыми, ни слишком молодыми, такими как, например, первые 5-6 листьев ниже верхушки побега растения 109. Другие образцы тканей включают сок, стебли, корни, плоды, цветки, семена и т.д., которые могут быть получены по мере роста растения 109. Протоколы отбора проб могут различаться для различных растительных материалов, таких как, например, культура листа, сок, плоды и цветки. Протоколы отбора проб будут зависеть от вида растения 109. Анализ образцов ткани может предоставить информацию о питательном статусе растения 109, отображающую поглощение и/или использование добавок, обеспечиваемых FS 115. Анализ может принимать во внимание эволюционные подходы, учитывающие сезонные изменения типа растительных материалов и уровень различий, и статические подходы, сезонных изменений не учитывающие.

Анализ почвенных образцов, водных проб, образцов оросительной воды и/или образцов растительной ткани обеспечивает информацию, которая может применяться для оценки доступности, балансов потребления и норм расхода питательных веществ на протяжении ростового цикла растения 109. Например, анализ почвенных образцов на каждой глубине может представлять информацию о доступности вымываемых питательных веществ, позволяя сделать оценку динамики ионов в почве 103 (фиг. 1). Кроме того, это позволяет оценить нормы выщелачивания удобрений в зоне 112 функционирования корневой системы (фиг. 1) и/или поведение различных добавок при их введении в почву 103. Такая информация может использоваться, по меньшей мере частично, для регулировок и/или изменений в FS 115 (фиг. 1) при его внесении в почву 103 в зоне 112 корневой активности.

Получение и анализ водных проб могут также использоваться для способов статического выщелачивания. Например, данный способ может быть применен при «кучном» и «отвальном» выщелачивании, например, для выщелачивания меди, окисленных и первичных минералов, таких как порфировые или массивные сульфиды, с участием микроорганизмов в катализе химических реакций. Кроме того, мониторинг и контроль состояния почв может быть применен при выщелачивании урана, выщелачивании золота из окисленных материалов или в свободной форме, и/или биовыщелачивании золота в сульфидных минералах.

В целом, способы статического выщелачивания основываются на послойных фильтрационных методиках, которые используются для этих целей и могут подразделяться на две основные группы: «кучное выщелачивание» и «выщелачивание из отвалов» («отвальное выщелачивание»). Различие между этими двумя группами основано на объеме, управлении процессом и концентрации сухого вещества в предназначаемых для извлечения материалах. «Кучное выщелачивание» требует меньшего времени выщелачивания, меньших объемов материалов, более жесткого операционного контроля и подвержено более значительным нормативным ограничениям. В обоих случаях способ основывается на получении точной и надежной информации о происходящем в отвалах в ходе кучного и отвального выщелачивания. В данных химических процессах протекает взаимодействие трех химических фаз: твердого материала, выщелачивающего агента и газа, растворенного в жидкости или нагнетаемого принудительно. Кроме того, во многих случаях методики выщелачивания рассчитаны на участие микроорганизмов. Эти методики добавляют дополнительную информацию к историческому анализу фильтрации, что позволяет предпринимать оперативные меры для корректировки и улучшения действенности осуществляемого процесса.

Первоначально внутри кучи устанавливается некоторое количество всасывающих зондов 106, как описано выше. Число зондов 106 может быть основано на объеме и площади исследуемой поверхности. Всасывающие зонды 106 могут размещаться на различных глубинах для получения информации в возможно более широком диапазоне. Для кучного выщелачивания размещение зондов может выполняться во время укладки. При выщелачивании из отвалов может также иметься один или несколько всасывающих зондов 106, устанавливаемых во время укладки, но из-за большой долговечности и длительного срока эксплуатации всасывающие зонды 106 могут устанавливаться и после обустройства отвала. Это можно осуществлять проделыванием (например, сверлением) небольших отверстий для введения всасывающего зонда 106. После установки, с помощью всасывающих зондов 106 могут быть получены водные пробы, как описано выше. План отбора проб (и продолжительность) могут быть основаны на отслеживаемом процессе. Собранные водные пробы могут быть проанализированы с определением таких показателей, как, например, температура, кислород и другие растворенные газы, pH, удельная электропроводность, концентрации металлов, других растворенных катионов и анионов, концентрация и/или типы микроорганизмов, и/или органических веществ, образующихся в результате бактериального переваривания. На основе данных анализа могут быть предложены рекомендации в терминах, например, объемов потока, концентрации выщелачивающих агентов и/или подаваемого воздушного или газового потока.

Локальный мониторинг "in situ" также может применяться в способах экстрагирования твердых веществ жидкостями, применяемыми при удалении загрязнений и очистке загрязненных земель. Такие применения могут включать загрязненную металлами почву вблизи городских территорий или других крупных объектов, которые делают экстракцию и перевозку загрязненной почвы слишком сложными. Примеры включают (но не ограничиваются этим) металлургические предприятия (выплавка металлов, сталелитейная промышленность, трансформаторы и т.д.), зоны с высокими концентрациями минеральных веществ и металлов и/или участками или объектами, на которых осуществляется перемещение, загрузка или выгрузка материалов. В случаях, когда проводится обработка почвы, которая не была перемещена на внешнюю платформу для обработки отходов, всасывающие зонды 106 могут использоваться для обеспечения последующего сохранения эксплуатационных качеств. Всасывающие зонды 106 допускают простоту воплощений, которые могут применяться при безвредном для окружающей среды контроле. Всасывающие зонды 106 могут размещаться, а водные пробы отбираться так, как описано выше. Информация, полученная по данным анализа водных проб, может использоваться для подтверждения эффективности применяемых способов и определения дальнейших регулировок или корректировок при решении задач очистки.

С помощью установленных всасывающих зондов 106 может быть осуществлена очистка почвы или других деградировавших участков, среды или же обеспечен долгосрочный контроль. Для выполнения эффективного контроля могут размещаться всасывающие зонды. В целом, для однородных грунтов всасывающие зонды 106 размещаются на различных глубинах для отбора проб по всему почвенному субстрату. На неоднородных грунтах зонды 106 могут располагаться так, чтобы учитывать разнообразие почв. Водные пробы могут быть получены от зондов 106 для контроля и идентификации возможных метаболитов из материалов, которые полностью не извлекаются. Образцы могут быть подвергнуты анализу с целью определения поведения материалов внутри почвы и того, как они деградируют и/или становятся подвижными под действием различных климатических условий. После выяснения характера такого поведения может быть оптимизирован план измерений и подобрано количество проб и временные промежутки между отборами проб. После полной оптимизации может оказаться, что всасывающие зонды 106 не обеспечивают образцы жидкой фазы, что может указывать на хорошее функционирование контролируемой системы и нехватку жидкой фазы в зоне корневой активности. Всякий раз, когда ситуация изменяется, собранный образец может быть проанализирован и определены параметры, ассоциируемые с происхождением загрязнения. Могут быть предложены корректирующие действия, по меньшей мере частично основывающиеся на результатах анализа, сопровождаемые дополнительным контролем и проведением испытаний.

Всасывающие зонды 106 также могут устанавливаться и использоваться в целях оповещения и/или предупреждения утечек и повреждений при осуществлении процессов, в которых применяются барьеры для защиты окружающей среды. В ситуациях, когда есть риск повреждений или возможного попадания продуктов или остатков в грунт, раннее обнаружение утечки в окружающую почву обеспечивает возможность быстрого ответа.

Например, может осуществляться мониторинг промышленных объектов с риском утечек или потерь, таких как, например, «кучное» выщелачивание и/или «отвальное» выщелачивание различных металлов (например, меди, урана, золота, никеля или других), мест сброса опасных отходов, городских мусорных свалок или участков и/или химических промышленных территорий с бассейнами или водоемами. Применение искусственных защитных барьеров и/или обладающих высокой непроницаемостью слоев в комбинации с выполняемым с помощью всасывающих зондов 106 контролем снижает вероятность экономических потерь или отрицательного воздействия на окружающую среду. При определении точек размещения всасывающих зондов 106 могут учитываться конструкция и уровень защитных качеств применяемого барьера. Всасывающие зонды 106 могут вертикально располагаться снаружи от барьера на одной или нескольких глубинах и/или под одним или несколькими углами наклона. План отбора проб может быть определен на основе детализации частоты и анализа водных проб, получаемых от всасывающих зондов 106. При определении водной пробы оператору может быть направлено немедленное оповещение. Протокол может устанавливать тип сообщения в случае наличия водной пробы, а также при отсутствии водного раствора для получения образца. Анализ водной пробы используется для определения того, является ли композиции утечки подобной материалам, применяемым на данном объекте. В некоторых случаях, по меньшей мере частично исходя из данных анализа, могут быть рекомендованы меры по корректировке.

На фиг. 3 представлена блок-схема, иллюстрирующая пример мониторинга и контроля состояния почв согласно различным вариантам воплощения настоящего изобретения. Начиная с блока 303, в почвенном субстрате 103 (фиг. 1) на одной или нескольких глубинах могут быть установлены один или несколько всасывающих зондов 106 (фиг. 1). Почвенный субстрат 103 может включать зону 112 функционирования корневой системы (фиг. 1) растения в почвенном субстрате 103. В пределах зоны функционирования корневой системы 112 может находиться один или несколько всасывающих зондов 106. Всасывающие зонды 106 включают пористые капсулы 203 (фиг. 2), которые обеспечивают гидравлическую проводимость водных растворов из почвенного субстрата 103 и/или зоны 112 функционирования корневой системы при приложении вакуума. В почвенном субстрате 103 могут просверливаться отверстия, в которые на одной или несколько глубинах вставляются один или несколько всасывающих зондов 106. На данном этапе также могут быть получены образцы почвенного субстрата 103 с различных глубин и проанализированы для определения композиции почвенного субстрата 103. В блоке 306 растения 109 (фиг. 1) могут снабжаться удобряющим раствором 115 (фиг. 1) посредством орошения с помощью, например, поливного трубопровода системы капельного орошения или дождевальной установки. Также в блоке 306 на протяжении части всего поливного сезона может отбираться образец FS 115.

Образцы получают в блоке 309. Например, образец (или образцы) водного раствора(-ов) могут быть получены из всасывающего зонда(-ов) 106 (фиг. 1). К каждому всасывающему зонду 106 прикладывается разрежение, чтобы обеспечить гидравлическую проводимость водных растворов из почвенного субстрата 103 и/или зоны функционирования корневой системы 112 (фиг. 1). После заранее определенного интервала времени (например, через 48 часов) один или несколько образцов водного раствора извлекаются из всасывающего зонда(-ов) 106 и направляются на анализ в блоке 312. Водные пробы могут быть проанализированы на рН; удельную электропроводность; анионы, такие как, например, NO₃^-, Н₂РО₄^-, НСО₃^-, , и/или Cl^-; катионы, такие как, например, Са⁺⁺, Mg⁺⁺, K⁺, Na⁺ и/или NH₄⁺; и микроэлементы, такие как, например, В, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo, и/или мочевину. Образец FS 115, отбираемый в течение поливного сезона, также может быть получен из устройства для сбора проб в блоке 309 и его состав анализируется в блоке 312. Также в блоке 309 могут быть получены и проанализированы в блоке 312 образцы растительной ткани и/или образец оросительной воды. Образец FS, а также образец оросительной воды могут быть проанализированы на те же элементы, что и водные растворы. Образец ткани может быть проанализирован на содержание, например, азота, фосфора, серы, хлора, кальция, магния, натрия, калия, бора, железа, марганца, меди, цинка и/или молибдена.

В блоке 315 по меньшей мере частично на данных анализа образца из блока 312 оцениваются химический состав и/или использование питательных веществ. Уровни содержания химических соединений, минеральных и/или питательных веществ в зоне функционирования корневой системы 112 (фиг. 1) могут быть исследованы и соотнесены с предварительно определенными уровнями, связанными с данными видами растений. В некоторых воплощениях используемые для сравнения уровни могут варьироваться в зависимости от фазы роста растения 109. Концентрации маркерных ионов (которые присутствуют в зоне функционирования корневой системы 112, но обычно не абсорбируются растением 109), таких как, например, хлориды и/или натрий, также могут исследоваться на различных глубинах и использоваться для оценки, например поглощения культурами воды и эффекта испарения. Кроме того, ионные концентрации по отношению к одному или нескольким маркерным ионам могут использоваться для оценки эффективности использования различных питательных веществ. Например, хлориды могут применяться для определения эффективности использования азота и/или других анионов, таких как, например, , и , натрий может применяться для оценки эффективности использования калия, кальция, магния и/или других катионов, таких как, например, , а комбинация хлоридов и натрия (например, среднее по обоим) может применяться для определения эффективности использования фосфора или других химикатов и/или питательных веществ. По меньшей мере частично на основании показателя использования также может быть определено потребление ионов, химических и/или питательных веществ. При оценке во внимание также может приниматься результат воздействия композиции почвы. Кроме того, для оценки поглощения и/или использования растениями питательных веществ может также применяться анализ растительной ткани. Такая оценка может также учитывать различия в результатах анализов образцов, полученных на протяжении роста растений, а также полученных в различных местах в пределах данной области. В некоторых случаях полученная по результатам анализа информация может при оценке сравниваться с информацией по более широкому сельскохозяйственному сегменту.

Корректирующие (или восстановительные) меры обеспечиваются в блоке 318, по меньшей мере частично на основе оценки блока 315. Например, корректирующие меры могут включать увеличение дозировки воды для разбавления концентрации ионов в зоне функционирования корневой системы 112 и/или в почвенном субстрате 103. В некоторых воплощениях корректирующие меры могут включать полив растений 109 оросительной водой без добавления других добавок, таких как, например, удобрения или химикаты. В других случаях возможно обеспечение некоторых количеств добавки(-ок), которые включаются в FS 115, или регулирование соотношений между химическими компонентами в FS 115. В некоторых воплощениях корректирующие меры могут быть автоматически применены к следующему применению FS 115. В некоторых воплощениях могут также рассматриваться и другие факторы, определяющие корректирующие меры. Например, могут учитываться погодные условия (например, температура, дождевые осадки, ветер и т.д.) и применяемые стратегии внесения удобрений (например, UF, фракционирование, оценка DFR и т.д.).

Карта технологического процесса повторяет мониторинг и контроль состояния почв, возвращаясь к блоку 306, где растения 109 снабжаются еще одним FS 115, который основывается на регулировании, обеспечиваемом в блоке 318. Таким образом, состояние почвы может контролироваться и регулироваться циклическим или непрерывным способом для улучшения роста и продуктивности сельскохозяйственных культур.

Фиг. 4 иллюстрирует примеры оценки композиции, которая может быть выполнена на различных полученных образцах в блоке 315 (фиг. 3). Например, анализ образца оросительной воды 403 может обеспечить информацию 406, включающую, например, сведения об уровне pH, удельной электропроводности (СЕ), минеральных компонентах, бикарбонатах, ионах солей и т.д. Кроме того, анализ FS 115 может предоставить информацию 409 об оросительной воде 406, которая может включать, например, показатели уровня pH, удельной электропроводности (СЕ), участие в ирригационном растворе добавок, таких как, например, химикаты и/или питательные вещества, и т.д. Почвенные растворы 412 (например, водные растворы и/или образцы почвы) также могут быть проанализированы с целью получения информации 415 о композиции почвы, такой как, например, поглощение химических и/или питательных веществ, выщелачивание, уровень pH, удельная электропроводность (СЕ), минерализация и т.д. Также могут быть получены образцы растений 109 для листового анализа 418, который может использоваться при определении питательного статуса 421 растения 109.

Каждое состояние полученных образцов может быть проанализировано и оценено индивидуально или в комбинации с состояниями того же самого или других образцов в блоке 315 (фиг. 3) для определения корректирующих мер блока 318 (фиг. 3). Например, уровень pH может быть оценен по всей зоне функционирования корневой системы 112 растений 109 для количественного определения кислотности почвенного субстрата 103 (фиг. 1) и выбора при необходимости корректирующих растворов. Как правило, уровни pH поддерживаются в диапазоне около 6-8, около 6,5-8 или около 6,5-7,5 посредством регулирования композиции снабжаемого FS 115 (фиг. 1). Более низкие уровни pH могут представлять риск повышения растворимости металлов, таких как, например, Al, Mn, Fe, Cu и Zn. Показатели pH<5 могут приводить к концентрациям Al и Mn, которые могут оказаться токсичными. Повышенные уровни pH снижают растворимость металлов, но могут вызвать необходимость в применении хелатообразующих агентов для Mn, Fe и Zn. Например, при pH<6,7 может применяться EDTA (этилендиаминтетрауксусная кислота), при pH между 6,7 и 7,8 может применяться DTP А (диэтилентриаминпентауксусная кислота) и EDDHA (этилендиаминдигидроксифенилуксусная кислота) может применяться при pH>7,8. Состояния, основанные на анализе почвенных образцов, также могут быть рассмотрены при оценке действия FS 115 на показатели pH.

Состояние минерализации по всей зоне 112 функционирования корневой системы также может быть оценено на основе, например, удельной электропроводности (ЕС) и содержания хлорида и натрия в водных пробах с тем, чтобы обеспечить показатели накопления солей и/или удобрений и выщелачивания солей в зоне 112 функционирования корневой системы. Критерии для оценки ЕС по всей зоне 112 функционирования корневой системы будут зависеть от вида растения. Пример общих критериев, которые могут применяться для оценки относительных концентраций хлорида и Na, приводится ниже в таблице 1. Относительная концентрация хлорида (CR_Cl) представляет собой отношение среднего уровня Cl в водных пробах по всей зоне 112 функционирования корневой системы к уровню Cl в подаваемом FS 115, а относительная концентрация натрия (CR_Na) является отношением среднего уровня Na в водных пробах по всей зоне 112 функционирования корневой системы к уровню Na в снабжаемом FS 115.

Относительная концентрация также может быть отнесена и к другим ионам, химикатам и/или питательным веществам внутри зоны 112 функционирования корневой системы и FS 115. Например, относительная концентрация для иона, химиката или питательного вещества X в водной пробе может быть выражена как:

CR_X=X_AS/X_FS

Где X_AS - средний уровень иона, химиката или питательного вещества X в водных пробах с различных глубин зоны 112 функционирования корневой системы и X_FS - уровень иона, химиката или питательного вещества X в снабжаемом FS 115.

Также может применяться относительная концентрация ЕС (CR_EC) для оценки условий минерализации внутри зоны 112 функционирования корневой системы. CR_EC представляет собой отношение среднего уровня ЕС в водных пробах по всей зоне 112 функционирования корневой системы к ЕС снабжаемого FS 115. Когда CR_EC составляет около 1-1,2, это может указывать на то, что почва 103 является хорошо проницаемой. В этом случае величины CR_Cl и CR_Na около 1-1,2 могут указывать на низкую активность растения и/или высокую интенсивность дренажа. Когда CR_Cl и CR_Na превышают 1,5, это может служить признаком высокой активности растения и/или ограниченного дренажа. Если ЕС постепенно снижается с глубиной, это может служить указанием на наличие сильного отклика от корневой системы растения (поглощение), которое уменьшает количество солей в зоне 112 функционирования корневой системы. В случаях, когда CR_EC указывает на низкую проницаемость (>1,5), соли входят в зону 112 функционирования корневой системы быстрее, чем когда они удаляются корнями растений или дренируются из зоны 112 функционирования корневой системы. Высокая интенсивность поглощения корнями может индицироваться высокими нормами потребления удобрений, тогда как низкая активность растения может отображаться низкими скоростями использования удобрений.

Развитие и продуктивность сельскохозяйственной культуры могут быть ограничены высокими уровнями содержания солей, отображаемыми высокими показателями ЕС. При наличии высоких уровней Cl^- и Na⁺ имеется риск фитотоксичности, антагонизма, осмотического стресса и пептизации почвы. Промывное орошение и поддержание влажности почвы на уровне полевой влагоемкости может снизить их концентрации, однако соотношения Cl^-/NO₃^- и Na⁺/(K⁺⁺Ca⁺⁺+Mg⁺⁺) должны поддерживаться на уровне 1 (максимум). При наличии высоких уровней , Са⁺⁺ и Mg⁺⁺ орошение в основном является осмотическим и в этом случае оказывается необходимым промывное орошение и поддержание влажности почвы при полевой влагоемкости. Высокие уровни Са⁺⁺ и Mg⁺⁺ могут препятствовать поглощению K⁺ и способствовать осаждению Н₂РО₄^-, поэтому желательно увеличение снабжения этими питательными веществами. В случае наличия обоих состояний может применяться комплекс корректирующих мер. Допустимые уровни и/или пределы минерализации могут варьироваться в зависимости от вида растения, и корректирующие меры также могут определяться соответственно.

Также могут быть проанализирована и оценена доступность макронутриентов, таких как, например, фосфор, азот, калий, кальций и магний, а также выявлены диспропорции в содержании питательных элементов и риски выщелачивания удобрений. Относительные концентрации (CR) могут быть определены на основе уровней содержания одного или нескольких ионов в водных пробах и в FS 115. Также, по меньшей мере частично исходя из соответствующих CR, может быть определен коэффициент использования (UR) питательных веществ по отношению к маркерному иону. Для иона, химиката, или питательного вещества X норма утилизации может быть выражена как

где X_AS - средний уровень содержания иона, химиката или питательного вещества X в водных пробах с различных глубин зоны 112 функционирования корневой системы и X_FS - уровень содержания иона, химиката или питательного вещества X в снабжаемом FS 115 и CR_MKR представляет относительную концентрацию маркерного иона(-ов), такого как, например, хлориды и/или натрий. Также по меньшей мере частично на основе соответствующих UR может быть определен индекс потребления (CI) питательных веществ. Для иона, химиката, или питательного вещества X индекс потребления может быть выражен как

Величины UR_X и CI_X иона, химиката или питательного вещества X могут использоваться при оценке в качестве компонентов, отображающих общее состояние экосистемы. Например, UR_X и CI_X могут сравниваться с предварительно определенными уровнями или диапазонами для определения возможности рекомендации корректировки.

Для фосфора может исследоваться состояние . В водных пробах из зоны 112 функционирования корневой системы показатель <10 ч./млн может указывать на его низкую доступность, в диапазоне 10-20 ч./млн может указывать на среднюю доступность и >20 ч./млн может указывать на высокую доступность данного иона. В FS 115 содержание <20 ч./млн может обеспечивать низкий вклад, в диапазоне 20-40 ч./млн может обеспечивать средний вклад и >40 ч./млн может обеспечивать высокий вклад. Уровень в FS 115 не должен превышать 10% уровня . Коэффициент использования и индекс потребления для фосфора могут быть определены, исходя из уровней . Периодически может применяться разбросное внесение при уровнях <6 ч./млн.

В случае азота может анализироваться и оцениваться состояние , и мочевины. В водных пробах из зоны 112 функционирования корневой системы показатель <2 мЭкв/л может указывать на его низкую доступность, в диапазоне 2-4 мЭкв/л может указывать на среднюю доступность и >4 мЭкв/л может указывать на высокую доступность данного иона. Высокий уровень в нижней части зоны 112 функционирования корневой системы может указывать на риск выщелачивания. Коэффициент использования азота (UR_N) может также рассматриваться в виде:

где N_AS представляет средний уровень N внутри зоны 112 функционирования корневой системы, который может быть оценен как среднее ⁺⁺ мочевина в водных пробах на каждой глубине, N_FS отображает уровень N в FS 115, оцениваемый как среднее ⁺⁺ мочевина, и CR_Cl является относительной концентрацией маркерного хлоридного иона. Показатель UR_N<33% может указывать на слабое использование (например, чрезмерное внесение или низкую активность на протяжении данного периода), UR_N в диапазоне 33-66% ч./млн может указывать на среднее использование (например, адекватное внесение) и UR_N>66% может указывать на высокое использование (например, высокую активность в течение периода или недостаточное внесение). Индекс потребления азота может также быть определен как

Показатель CI_N также может быть оценен на основании заранее определенных уровней или диапазонов.

Пример общих критериев, которые могут применяться для оценки соотношения азота и хлоридов, приводится ниже в таблице 2. Показатели концентрации >0,3 мЭкв/л могут быть признаком начальной стадии развития восстановительной среды, которая может привести к проблемам удушья корневой системы. Восстановительная среда может быть исправлена, например, сокращением дозировки FS, импульсным орошением или применением химикатов, являющихся сильными окислителями, таких как, например, перманганат калия и/или другие.

В случае калия может анализироваться и оцениваться состояние K⁺. В водных пробах из зоны 112 функционирования корневой системы показатель K⁺<0,3 мЭкв/л может указывать на его низкую доступность, K⁺ в диапазоне 0,3-0,6 мЭкв/л может указывать на среднюю доступность и K⁺>0,6 мЭкв/л может указывать на высокую доступность данного иона. В FS 115 содержание K⁺<0,75 ч./млн может обеспечивать низкий вклад, К⁺ в диапазоне 0,75-1,5 ч./млн может обеспечивать средний вклад и K⁺>1,5 ч./млн может обеспечивать высокий вклад. Коэффициент использования калия (UR_K) может также рассматриваться в виде

где K_AS - средний уровень содержания K⁺ в водных пробах на каждой глубине в зоне 112 функционирования корневой системы, K_FS - уровень K⁺ в FS 115 и CR_Cl - относительная концентрация хлоридного маркерного иона. Показатель UR_K<33% может указывать на слабое использование (например, чрезмерное внесение или низкую активность на протяжении данного периода), UR_K в диапазоне 33-66% ч./млн может указывать на среднее использование (например, адекватное внесение) и UR_K>66% может указывать на высокое использование (например, высокую активность в течение периода или недостаточное внесение). Индекс потребления калия также может быть определен как

Показатель CI_K также может быть оценен на основании заранее определенных уровней или диапазонов.

Кроме того, может быть рассмотрено отношение K⁺ к другим катионам (или анионам), которые могут воздействовать на использование K⁺ растением 109. Например, может быть также оценено отношение K⁺/(Na⁺+Са⁺⁺+Mg⁺⁺). Пример общих критериев, которые могут применяться для оценки уровня соотношения of Na⁺+Са⁺⁺+Mg⁺⁺ и K⁺, приводится ниже в таблице 3.

В случае кальция может анализироваться и оцениваться состояние Са⁺⁺. В водных пробах из зоны 112 функционирования корневой системы показатель Са⁺⁺<3 мЭкв/л может указывать на его низкую доступность, Са⁺⁺ в диапазоне 3-4 мЭкв/л может указывать на среднюю доступность и Са⁺⁺>4 мЭкв/л может указывать на высокую доступность данного иона. Коэффициент использования кальция:

и/или индекс потребления кальция:

также могут рассматриваться, где Ca_AS - средний уровень содержания Са⁺⁺ в водных пробах на каждой глубине в зоне 112 функционирования корневой системы, Ca_FS - уровень Са⁺⁺ в FS 115 и CR_Na - относительная концентрация маркерного иона натрия. Показатели UR_Ca и/или CI_Ca также могут быть оценены на основании заранее определенных уровней или диапазонов.

Кроме того, может быть рассмотрено отношение Са⁺⁺ к другим катионам (или анионам), которые могут воздействовать на использование Са⁺⁺ растением 109. Например, могут быть также оценены соотношения Ca⁺⁺/Na⁺ и Ca⁺⁺/Mg⁺⁺. Примеры общих критериев, которые могут применяться для оценки таких соотношений, приводятся ниже в таблицах 4 и 5.

В случае магния может анализироваться и оцениваться состояние Mg⁺⁺. В водных пробах из зоны 112 функционирования корневой системы показатель Mg⁺⁺<1,5 мЭкв/л может указывать на его низкую доступность, Mg⁺⁺ в диапазоне 1,5-2 мЭкв/л может указывать на среднюю доступность и Mg⁺⁺>2 мЭкв/л может указывать на высокую доступность данного иона. Коэффициент использования магния:

и/или индекс потребления магния:

также могут рассматриваться, где Mg_AS - средний уровень содержания Mg⁺⁺ в водных пробах на каждой глубине в зоне 112 функционирования корневой системы, Mg_FS - уровень Mg⁺⁺ в FS 115 и CR_Na - относительная концентрация маркерного иона натрия. Показатели UR_Mg и/или CI_Mg также могут быть оценены на основании заранее определенных уровней или диапазонов.

Кроме того, может быть рассмотрено отношение Mg⁺⁺ к другим катионам (или анионам), которые могут воздействовать на использование Mg⁺⁺ растением 109. Например, может быть также оценено отношение Ca⁺⁺/Mg⁺⁺. Пример общих критериев, которые могут применяться для оценки данного соотношения, приводится ниже в таблице 5.

Также могут быть проанализирована и оценена доступность микроэлементов (микронутриентов), таких как, например, железо, марганец, цинк, медь, бор и т.д., и выявлены диспропорции в содержании питательных элементов и риски токсичности. Пример общих критериев, которые могут применяться для оценки в зоне 112 функционирования корневой системы и в FS 115, приводится ниже в таблице 6.

Воздействие на растение 109 питательных веществ в FS 115 также рассматривается при определении корректирующих мер, таких как регулирование уровней питательных веществ в FS 115 для последующего применения. Фиг. 5 иллюстрирует зависимость между добавленными питательными веществами и их влиянием на растение 109. Также при определении корректирующих мер блока 318 (фиг. 3) могут быть приняты во внимание синергические эффекты поглощения питательных веществ. Пример синергических взаимодействий между питательными веществами приводится ниже в таблице 7.

Оценка состояний для определения соответствующих корректирующих мер может варьироваться в зависимости от видов растений. Например, фрукты и овощи могут процветать в совершенно различных с точки зрения обеспеченности питанием условиях. Кроме того, на предложенные корректирующие меры может также влиять устойчивость растения 109 к различным концентрациям ионов, химикатов и/или питательных веществ. Приложение А включает примеры методических рекомендаций в отношении растений, представленных персиками и нектаринами. Приложение А включает методические рекомендации по оценке качества оросительной воды, образцов листвы (растительная ткань), FS и водных проб почвы. Кроме того, Приложение А отображает распределение орошения в соответствии с циклом роста как для молодых, так и для взрослых растений, и включает диагностику и исправления, наблюдаемые на основе оценки водных проб. Поправочные факторы определяются, исходя из различных состояний, оцениваемых при выборе режима орошения. Далее, исходя из химического состава водных проб и поливной воды, может быть выяснено количество одной или нескольких добавок.

Мониторинг и контроль состояния почв может быть осуществлен с помощью приложения, выполняемого вычислительным устройством. Например, оценка результатов анализов образцов (блок 315 на фиг. 3), а также определение и обеспечение корректирующих мер (блок 318 на фиг. 3) могут выполняться контролирующим состояние почвы и управляющим приложением. Корректирующие меры могут быть определены по меньшей мере частично на основе оценки результатов анализа образцов с применением распознавания образов, оценки нейронной сети и/или других принципов, основывающихся на подходящих для данного применения способах идентификации. Кроме того, выполняющим контроль состояния почвы и управляющим приложением могут также автоматизироваться и управляться этапы снабжения удобряющим раствором (FS) (блок 306 на фиг. 3), получения образцов (блок 309 на фиг. 3) и/или анализа образцов (блок 312 на фиг. 3). Контролирующее состояние почвы и управляющее приложение может также обеспечивать доступ к сохраняемым данным анализа через создаваемые сетевые страницы или другие средства графического отображения.

Приложение В включает примеры средств графического отображения, которые могут быть предоставлены для использования пользователем выполняющего контроль состояния почвы и управляющего приложения. Средства графического отображения могут предоставить пользователю возможность доступа к средствам наблюдения за химическим и/или питательным статусом контролируемых сельскохозяйственных культур посредством организации доступа, например, к пользовательским профилям, данным по эволюционной динамике, фитомониторингу, сравнению графической информации и сопоставительному анализу показателей. Эволюционная динамика дает пользователю возможность отслеживать изменения или модели при различных концентрациях химических и/или питательных веществ в водных пробах (почвенные растворы), растениях, плодах, или с учетом других факторов воздействия, таких как, например, ирригация и внесение удобрений. В качестве нормативов в графических представлениях могут включаться верхние и нижние пределы. Эти пределы могут варьироваться на протяжении жизненного цикла данного вида растения. Сравнение графических данных (или контролируемых зон) обеспечивает возможность применения корректирующих мер, специально подобранных для каждой отслеживаемой области. Фитомониторинг дает возможность пользователю сравнивать результаты воздействия многочисленных параметров с другими контролируемыми условиями окружающей среды. Как указывается в Приложении А, режим орошения может варьироваться в зависимости от цикла данного вида сельскохозяйственной культуры, а также от возраста растения.

Также для пользовательского доступа могут быть представлены результаты оценки различных параметров оросительной воды, композиции почвы и растений. Оценочные результаты могут также, как указывалось выше, включать корректирующие меры, которые определяются на основе таких оценочных результатов. Например, отслеживающее состояние почвы и управляющее приложение может обеспечивать одну или несколько добавок, вносимых в оросительную воду для улучшения химической композиции зоны функционирования корневой системы с целью усиления роста и увеличения продуктивности. Пользователь также может получить доступ к клиентским базам данных для оценки исторических данных. Для предоставления могут выбираться один или несколько отслеживаемых параметров. Историческая информация может быть показана в виде сравнительной таблицы характеристик или же может быть предоставлена в одном из множества графических форматов.

Кроме того, контролирующим состоянием почвы и управляющим приложением могут генерироваться разнообразные отчеты. Например, автоматизированные интерпретации анализа образца могут быть представлены в отчете, таком как, например, анализ питательных веществ зоны функционирования корневой системы, показанный в Приложении С. Такой отчет может включать конкретную информацию, относящуюся, например, к минерализации, pH, питательной/химической композиции и микро- и/или макроэлементам. Отчет может также включать корректирующие действия, которые могут быть осуществлены для восстановления и/или поддержания баланса химической композиции почвенного субстрата. Например, такой отчет может указать подходящую для применения с данным почвенным субстратом промывку и/или добавку(-ки). Отчет может также включать количество добавки(-ок), которое должно быть добавлено к оросительной воде, по меньшей мере частично исходя из результатов анализа водного раствора, для восстановления желательного состава химических/питательных веществ в зоне функционирования корневой системы и/или почвенном субстрате. Количество добавки(-ок) может быть основано на оцененных уровнях содержания ионов, химикатов и/или питательных веществ. Например, таблица или база данных могут обеспечивать рекомендованное количество, основанное по меньшей мере частично на уровнях концентрации, относительной концентрации (CR), коэффициенте использования (UR) и/или индексе потребления (CI). В других воплощениях рекомендованное количество может быть определено на основе, по меньшей мере частично, оценки уровней концентрации, CR, UR и/или CI с помощью распознавания образов, оценки нейронной сети и/или других принципов, основывающихся на подходящих для данного применения способах идентификации.

Далее, на фиг. 6 показана блок-схема, иллюстрирующая пример оценки, которая может быть выполнена в блоке 315 на фиг. 3. Химический состав, относительная концентрация (CR), коэффициент использования (UR) и/или индекс потребления (CI) могут быть оценены, опираясь, по меньшей мере частично, на анализ образцов блока 312 (фиг. 3). Каждое состояние полученных образцов может быть проанализировано и оценено индивидуально или в комбинации с состояниями того же самого или других образцов для определения корректирующих мер блока 318 (фиг. 3). Начиная с блока 603, для оценки анализируемых образцов определяется вид растения. Например, пользователь может идентифицировать вид растения 109 (фиг. 1) с помощью пользовательского интерфейса или же вид может быть определен на основе информации, касающейся полученных образцов или тех участков, на которых были получены данные образцы (например, из пользовательского профиля, хранящегося в базе данных). Стадия цикла роста идентифицированного вида растения определяется в блоке 606. Например, стадия цикла роста может основываться на текущем времени года. Цикл роста может быть определен в терминах различных фаз роста на протяжении сельскохозяйственного сезона в местах локализации данных видов растений. В некоторых воплощениях цикл роста определяется по месяцу года. Месяцы, на протяжении которых данные виды растений находятся в состоянии покоя, могут не учитываться. Стадия цикла роста также может быть согласована по меньшей мере частично на основе зрелости растения (например, молодого растения или взрослого растения). Также может быть определен возраст растения.

Результаты анализа водных проб, образцов растительной ткани, образцов удобряющего раствора (FS) и/или образцов оросительной воды могут использоваться при оценке доступности, балансов, потребления и норм расхода питательных веществ на протяжении ростового цикла растения 109. Например, в блоке 609 могут оцениваться результаты анализа водных проб для определения состояния зоны 112 функционирования корневой системы (фиг. 1). Уровни содержания химических соединений, ионов, минеральных и/или питательных веществ могут быть исследованы и соотнесены с предварительно определенными уровнями, связанными с данными видами растений. Заранее определенные уровни могут ограничивать два или более диапазонов. Такие диапазоны могут быть определены для среднего уровня химических, минеральных, питательных веществ, ионов и/или для удельной электропроводности по всей зоне 112 функционирования корневой системы или для каждой глубины зоны 112 функционирования корневой системы. Например, заранее определенные уровни могут ограничивать желательный диапазон с помощью верхних и/или нижних пределов. Например, могут быть исследованы внутри зоны 112 функционирования корневой системы уровни содержания и Cl^- и соотнесены с предварительно определенными уровнями, связанными с данными видами растений. Таблицы 1 и 6 иллюстрируют примеры заранее определенных уровней для низкого, среднего (или желательного) и высокого диапазонов содержания некоторых химических соединений и микроэлементов в зоне 112 функционирования корневой системы. В других воплощениях желательный уровень может быть определен с ограничениями верхней и нижней границ допуска. В некоторых случаях заранее определенные уровни могут быть определены для других комбинаций диапазонов, таких как, например, очень низкий, низкий, желательный, высокий и очень высокий.

Кроме того, могут также быть определены и оценены относительные концентрации по отношению к другим ионам, химикатам и/или питательным веществам в водных пробах. Например, может также быть оценен по отношению к заранее заданным уровням уровень содержания в зоне 112 функционирования корневой системы других комбинаций, таких как, например, K⁺/Na⁺, K⁺/Mg⁺⁺, Ca⁺⁺/Na⁺, Ca⁺⁺/Mg⁺⁺ и/или /. Таблицы 2-5 иллюстрируют примеры заранее определенных уровней для низкого и адекватного (или желательного) диапазонов для случаев различных соотношений ионов или комбинаций ионов. Заранее определенные уровни для концентраций и/или соотношений могут основываться, по меньшей мере частично, на исторических данных и моделях роста различных видов растений. Уровни (или диапазоны) могут варьироваться, по меньшей мере частично на основании цикле роста и/или зрелости идентифицированных видов растений. Заранее задаваемые уровни могут изменяться по мере продвижения цикла роста от начального роста к появлению цветков и развитию и созреванию плодов. Заранее определенные уровни могут также варьироваться со зрелостью растения. По мере старения различных видов растений их потребности в питании изменяются. Кроме того, при изменении глубины залегания корней заранее задаваемые уровни могут регулироваться для различных уровней глубины зоны 112 функционирования корневой системы.

В блоке 612 может быть оценено состояние растения 109, по меньшей мере частично исходя из результатов анализа образцов растительной ткани. Образцы растительной ткани могут быть взяты, например, из листьев, стеблей, плодов, цветков и/или корней растения 109 и проанализированы в блоке 312 на фиг. 3. Могут быть исследованы уровни содержания химических соединений, минеральных, питательных веществ и/или показатели удельной электропроводности в образцах растительной ткани и соотнесены с предварительно определенными уровнями, связанными с данными видами растений. Также в образцах растительной ткани могут быть определены и оценены относительные концентрации по отношению к другим ионам, химикатам и/или питательным веществам. Как указано выше, заранее определяемые уровни могут быть ограничены в виде ряда диапазонов, которые могут по меньшей мере частично базироваться на исторических данных и цикле роста данных видов растений. Заранее определенные уровни (или диапазоны) могут варьироваться, по меньшей мере частично на основании того, где был получен образец растительной ткани, на цикле роста и/или зрелости идентифицированных видов растений. Цикл роста может быть определен в терминах различных фаз роста на протяжении сельскохозяйственного сезона в местах локализации данных видов растений. В некоторых воплощениях цикл роста определяется по месяцам года и может включать месяцы, в течение которых данные виды растений находятся в состоянии покоя.

В блоке 615 по меньшей мере частично на основании данных анализа образца из блока 312 оцениваются химический состав и/или использование питательных веществ. Могут быть исследованы уровни содержания химических соединений, минеральных, питательных веществ и/или показатели удельной электропроводности в образцах FS и соотнесены с предварительно определенными уровнями. Также в образцах растительной ткани могут быть определены и оценены относительные концентрации по отношению к другим ионам, химикатам и/или питательным веществам. Эти концентрации и/или соотношения могут быть такими же или отличными от установленных для водных проб. Заранее определенные уровни могут ограничивать множество диапазонов, таких как, например, желательный диапазон, на основании нижних и/или верхних предельных уровнях для некоторых ионов, химикатов, питательных веществ и/или микроэлементов в FS 115. В других воплощениях желательный уровень может быть определен с ограничениями верхней и нижней границ допуска. В некоторых случаях заранее определенные уровни могут быть определены для других комбинаций диапазонов, таких как, например, очень низкий, низкий, желательный, высокий и очень высокий. Заранее определенные уровни (или диапазоны) могут варьироваться, по меньшей мере частично на основании цикле роста растения 109.

Взаимодействия между различными состояниями водных проб, образцов растительной ткани и/или образцов FS в оцениваются в блоке 618. Как обсуждалось со ссылкой на фиг. 5, на использование, поглощение и/или потребление некоторых ионов, химикатов и питательных веществ может воздействовать концентрация других ионов, химикатов, микроэлементов и/или других питательных веществ. В блоке 618 могут оцениваться различные комбинации элементов в водных пробах, образцах растительной ткани и образцах FS. Ключевые индикаторы, которые могут применяться при оценке, включают относительную концентрацию (CR), коэффициент использования (UR) и индекс потребления (CI) для различных ионов, химикатов и/или питательных веществ. Например, CR, UR и/или CI могут быть определены и оценены для одного или нескольких анионов, таких как, например, , , , и/или ; катионов, таких как, например, Са⁺⁺, Mg⁺⁺, K⁺ и/или ; и/или микроэлементов, таких как, например, В, Fe, Mn, Cu, Zn, Mo и/или мочевина. Показатель UR для анионов может быть определен с использованием в качестве маркерного иона, например, Cl^-, и UR для катионов может определяться с использованием в качестве маркерного иона, например, Na⁺. Показатели CR, UR и/или CI также могут быть определены и оценены для одного или нескольких макронутриентов, таких как, например, фосфор и/или азот, на основании одного или нескольких анионов и/или катионов. CR, UR и/или CI могут сравниваться с заранее определенными уровнями, ограничивающими ряд диапазонов, которые могут варьироваться, по меньшей мере частично, на основании цикла роста и/или зрелости идентифицированных видов растений.

Затем в блоке 621 определяются рекомендации по корректирующим мерам. Такие рекомендации могут быть определены по меньшей мере частично на основе оценки результатов анализа образцов с применением, например, распознавания образов, оценки нейронной сети и/или других принципов, основывающихся на подходящих для данного применения способах идентификации. Рекомендации могут включать (но не ограничиваются этим) изменение химической композиции FS 115. Такие рекомендации могут принимать во внимание состояние (или качество) оросительной воды (блок 624), определяемой по анализу образцов оросительной воды и/или состоянию почвы в зоне 112 корневой активности (блок 627), которое может быть определено по исходным образцам, взятым во время установки всасывающих зондов 106. Концентрации химикатов, питательных веществ и/или ионов, и/или соотношения различных химикатов, питательных веществ или ионов могут быть определены, как описано выше. Такие рекомендации могут также учитывать неиспользованные порции химикатов, питательных веществ и/или ионов, которые остаются на различных глубинах зоны 112 функционирования корневой системы и/или утраченные порции химикатов, питательных веществ и/или ионов. Рекомендации могут включать текущее состояние химикатов, микроэлементов, pH, удельной электропроводности и/или других питательных веществ в зоне 112 корневой активности, в растительной ткани и/или в FS 115, а также рекомендуемые корректировки для возврата состояний к их желательным уровням. Рекомендации могут включать определенные количества химикатов и/или питательных веществ для FS 115. Также может рекомендоваться добавление определенного хелатообразующего агента на основе текущего или прогнозируемого уровня pH в зоне 112 активности. В других случаях рекомендации могут также включать добавление оросительной воды к FS 115 в целях снижения уровней содержания некоторых элементов. Рекомендации могут основываться на уровнях содержания ионов, химических и питательных веществ по всей зоне 112 функционирования корневой системы. В некоторых случаях рекомендации могут принимать во внимание концентрации на различных глубинах в пределах зоны 112 корневой активности.

Например, текущие уровни содержания азота могут сравниваться с желательными уровнями на соответствующей стадии цикла роста для определения надобности рекомендаций регулирования. Это может включать сравнение концентраций на одной или нескольких глубинах размещения зондов для определения необходимости регулирования соответствующих уровней содержания азота. Также при оценке могут рассматриваться текущие уровни содержания в FS 115. При определении рекомендаций для корректирующих мер в целях исключения или снижения эффектов внешней среды могут быть определены и использованы такие отображающие общее состояние экосистемы индикаторы, как CR_N, UR_N и/или CI_N. Для определения того, нуждается ли уровень азота FS 115 в регуляции посредством, например, повышения или снижения уровней и/или , может использоваться соотношение между уровнями, найденными в результате анализа, и заранее определенными уровнями, соответствующими растению 109. Если содержание азота находится ниже или выше границ желательного диапазона, может быть создано сообщение о текущем состоянии и представлены рекомендации по регулировке такого состояния. В некоторых случаях количественные величины увеличения или уменьшения добавления к FS 115 химических и/или питательных веществ могут быть по меньшей мере частично определены на основе отклонений от желательного диапазона. Кроме того, может быть представлена информация о частоте добавлений.

Изменения между текущими и предшествующими уровнями содержания азота в растительных пробах из листьев, стеблей, сока и т.д., а также отличия от исторических профилей на протяжении цикла роста растения 109 также могут быть оценены и использованы при определении рекомендуемых регулировок. Также может быть принято во внимание взаимодействие с другими химическими и/или питательными веществами и его влияние на поглощение и использование растением 109. Например, могут быть исследованы взаимоотношения между концентрациями и Cl^- для определения, существует ли соответствующее соотношение для растения 109. На основе этих зависимостей могут быть подобраны рекомендации, касающиеся регулировки FS 115. Например, если анализ водных и растительных образцов указывает на то, что уровень содержания азота превышает заранее определенный уровень в зоне 112 функционирования корневой системы, но оказывается ниже заранее определенного уровня в растении, может быть предложена рекомендация по поддержанию текущего азотного уровня в FS 115 для обеспечения удовлетворения потребностей растения 109. Эта рекомендация может учитывать стадию цикла роста и/или исторический профиль растения 109, а также текущий уровень pH и удельной электропроводности.

Подобные оценки могут быть выполнены и для других ионов, химических и/или питательных веществ, таких как, например, фосфор, калий, кальций, магний, аммоний, хлориды, натрий, и/или микроэлементов, таких как, например, железо, марганец, медь, цинк, бор и/или молибден. Для одного или нескольких этих ионов, химических и/или питательных веществ могут быть определены ключевые индикаторы, отображающие общее состояние экосистемы, такие как CR, UR и/или CI, и использоваться при выработке рекомендаций. Для определения того, нуждается ли уровень FS 115 в регулировке, может использоваться соотношение между уровнями, найденными в результате анализа, и заранее определенными уровнями, соответствующими растению 109. Также может быть принято во внимание взаимодействие с другими химическими и/или питательными веществами и его влияние на поглощение, использование и потребление растением 109. В случае калия, чтобы определить, существуют ли соответствующие соотношения для растения 109, могут быть исследованы взаимоотношения между концентрациями K⁺ и Na⁺ и/или K⁺ и Mg⁺⁺. В случае кальция, чтобы определить, существуют ли соответствующие соотношения, могут быть исследованы взаимоотношения между концентрациями Са⁺⁺ и Na⁺ и/или Са⁺⁺ и Mg⁺⁺. В случае магния, чтобы определить, существуют ли соответствующие соотношения, могут быть исследованы взаимоотношения между концентрациями Са⁺⁺ и Mg⁺⁺. Рекомендации, касающиеся одного химического и/или питательного вещества, могут быть уточнены с тем, чтобы учитывать изменения в рекомендациях по другим химическим и/или питательным веществам.

Если обнаруживается накопление одного или нескольких микроэлементов, то может быть рекомендован соответствующий хелатообразующий агент (например, EDTA, DTPA, EDDHA) с учетом текущего и/или прогнозируемого уровня pH зоны 112 функционирования корневой системы. Также на основе оценки данных анализа может рекомендоваться регулировка содержания аминокислот, однозамещенного фосфата аммония, однозамещенного фосфата калия, нитрата магния и/или кальциевых удобрения, которые обеспечиваются растению 109. На основе доступной информации могут также делаться рекомендации относительно регулирования режимов и/или объемов орошения. Также могут быть оценены дренаж и условия аэрации.

Рекомендации могут также принимать во внимание локализацию различных образцов внутри области, где размещаются растения 109. Например, по меньшей мере частично на основе различий в уровнях содержания химических и/или питательных соединений в различных локализациях внутри такой области может рекомендоваться регулировка конфигурации оросительной системы. Также при рекомендации различных удобряющих растворов 115 для применения на различных участках данной области могут учитываться различия в составе почвы в различных локализациях внутри такой области. Кроме того, могут рекомендоваться корректировки режима орошения, такие как, например, увеличение или уменьшение частоты поливов. В некоторых случаях колебания погодных условий (текущие и/или прогнозируемые) также могут быть приняты во внимание при определении корректирующих рекомендаций. Также по меньшей мере частично на основе оценки водных проб, растительной ткани и образцов FS могут рекомендоваться иные способы культивирования.

На фиг. 7 демонстрируется пример системы 700, которая может использоваться при мониторинге и контроле почвенных условий. Система 700 включает одно или несколько вычислительных устройств 703 и одно или несколько пользовательских устройств 706. Вычислительное устройство 703 включает по меньшей мере одну процессорную схему, имеющую, например, процессор 709 и память 712, оба из которых присоединены к локальному интерфейсу 715. В этой связи вычислительное устройство(-а) 703 может содержать, например, серверный компьютер или любую другую систему, обеспечивающую вычислительные мощности. Вычислительное устройство(-а) 703 может включать, например, одно или несколько устройства отображения, таких как электроннолучевые трубки (CRT), жидкокристаллические дисплеи (LCD), плоскопанельные дисплеи на газоразрядной плазменной основе, LCD-проекторы или устройства отображения других типов. Вычислительное устройство(-а) 703 может также включать, например, различные периферийные устройства. В частности, периферийные устройства могут включать устройства ввода, такие как, например, клавиатура, кнопочная панель, сенсорная панель, сенсорный экран, микрофон, сканер, мышь, джойстик или одну или более нажимных кнопок, и т.д. Даже при том, что вычислительное устройство 703 упоминается в единственном числе, подразумевается, что в различных компоновках, как описано выше, может использоваться множество вычислительных устройств 703. Понятно, что локальный интерфейс 715 может содержать, например, шину данных с сопутствующей шиной управления адресами или другой структурой шин.

В памяти 712 сохраняются как данные, так и некоторые компоненты, выполняемые процессором 709. В частности, в памяти 712 хранятся и исполняются процессором 709 приложение 718, осуществляющее мониторинг и контроль почвы, и потенциально другие приложения. Также в памяти 712 может храниться информационный массив 721 и другие данные. Данные, хранящиеся в информационном массиве 721, ассоциированы, например, с работой различных приложений и/или функциональными объектами, описываемыми ниже. Понятно, что информационный массив может включать, например, результаты анализов образцов, корректирующие меры и другие данные или информацию. Кроме того, в памяти 712 может содержаться и запускаться процессором 709 операционная система 724. Информационный массив 721 может быть локализован в отдельном вычислительном устройстве или же может быть рассредоточен среди множества различных устройств.

Пользовательское устройство 706 является репрезентативным для множества пользовательских устройств, которые могут быть коммуникативно соединены с вычислительным устройством 703 через сеть 727, такую как, например, Интернет, интранет, экстранет, глобальные сети (WAN), локальные сети (LAN), проводные сети, беспроводные сети, сети, сконфигурированные для коммуникации по энергетической системе, или другие подходящие сети, и т.д., или же любая комбинация двух или нескольких таких сетей. В некоторых воплощениях пользовательское устройство 706 может быть непосредственно связано с вычислительным устройством 703.

Пользовательское устройство 706 может содержать, например, систему на основе процессора, такую как компьютерная система. Такая компьютерная система может быть воплощена в форме настольного компьютера, ноутбука, персонального цифрового органайзера, мобильного телефона, веб-блокнота, планшетной компьютерной системы или других устройств с подобными возможностями. Пользовательское устройство 706 включает дисплейное устройство 730, на котором могут отображаться различные сетевые страницы 733 и другая информация. Пользовательское устройство 706 может быть сконфигурировано таким образом, чтобы исполнять различные приложения, такие как браузерное приложение 736 и/или другие приложения. Браузерное приложение 736 может исполняться в пользовательском устройстве 706, например, для получения доступа и отображения сетевых страниц 733, таких как веб-страницы, или другое сетевое содержание, предоставляемое вычислительным устройством 703 и/или другими серверами. Пользовательское устройство 703 может быть сконфигурировано так, чтобы исполнять и иные приложения помимо браузерного приложения 736, такие как, например, приложение электронной почты, приложение службы мгновенных сообщений (IM) и/или другие приложения.

Исполняемые компоненты вычислительного устройства 703 включают, например, приложение 718 мониторинга и контроля состояния почвы и другие системы, приложения, службы, процессы, механизмы или функционалы, подробно здесь не обсуждаемые. Приложение 718 мониторинга и контроля состояния почвы может генерировать сетевые страницы 733, такие как веб-страницы или другие типы сетевого содержания, которые предоставляются пользовательскому устройству 706 в ответ на запрос на рассмотрение сохраняемых данных или рекомендованных корректирующих мер.

Понятно, что могут быть и другие приложения, которые хранятся в памяти 712 и исполняются процессором 709. Когда любой из рассматриваемых здесь компонентов реализуется в форме программного обеспечения, применяться может любой из множества языков программирования, такой как, например, С, С++, С#, Objective С, Java, Java-Script, Perl, PHP, Visual Basic, Python, Ruby, Delphi, Flash или другие языки программирования.

В памяти 712 сохраняется и исполняется процессором 709 некоторое количество программных компонентов. В этом отношении термин «исполняемый» означает файл программы, который находится в форме, которая в конечном итоге является подходящей для выполнения процессором 709. Примерами выполняемых программ могут быть, например, компилируемая программа, которая может быть переведена в машинный код в формате, который допускает загрузку в участок произвольного доступа к памяти 712 и исполнение процессором 709, исходный текст, который может быть представлен в подходящем формате, таком как объектный код, пригодный к загрузке в участок произвольного доступа к памяти 712 и исполнению процессором 709, или исходный текст, который может интерпретироваться в соответствии с другой исполняемой программой для выработки инструкций в участке произвольного доступа к памяти 712 с тем, чтобы стать исполняемым для процессора 709, и т.д. Исполняемая программа может храниться в любом участке или компоненте памяти 712, включая, например, память с произвольным доступом (RAM), постоянная память (ROM), накопитель на жестких дисках, твердотельный накопитель, флэш-накопитель USB, карта памяти, оптический диск, такой как компакт-диск (CD) или цифровой универсальный диск (DVD), дискета, магнитная лента или другие компоненты памяти.

Память 712 здесь определяется как включающая и энергозависимые, и энергонезависимые запоминающие устройства и компоненты хранения данных. Энергозависимые компоненты - это те, которые не сохраняют информацию при отключении электропитания. Энергонезависимые компоненты информацию при отключении электропитания сохраняют. Таким образом, память 712 может содержать, например, память с произвольным доступом (RAM), постоянную память (ROM), жесткие диски, твердотельные накопители, флэш-накопитель USB, карты памяти с доступом через устройство для чтения карт памяти, дискеты с доступом через соответствующий дисковод для гибких дисков, оптические диски с доступом через CD-дисковод, магнитные ленты с доступом через соответствующее лентопротяжное устройство и/или другие компоненты памяти, или же комбинацию любых двух или более из этих компонентов памяти. Кроме того, RAM может содержать, например, статическую память с произвольным доступом (SRAM), динамическую память с произвольным доступом (DRAM) или магнитную память с произвольным доступом (MRAM), а также другие подобные устройства. ROM может содержать, например, программируемую постоянную память (PROM), стираемую программируемую постоянную память (EPROM), электрически стираемую программируемую постоянную память (EEPROM) или другое подобное устройство памяти.

Кроме того, процессор 709 может быть представлен многопроцессорной системой 709, а память 712 может представлять многомодульное запоминающее устройство 712, которые функционируют в цепях параллельной обработки данных, соответственно. В таком случае локальный интерфейс 715 может быть соответствующей сетью, которая облегчает коммуникативные взаимодействия между двумя любыми процессорами, входящими в многопроцессорную систему 709, между любым процессором 709 и любым запоминающим устройством 712 или между двумя любыми запоминающими устройствами 712, и т.д. Локальный интерфейс 715 может содержать дополнительные системы, предназначенные для координирования этих коммуникативных взаимодействий, включая, например, распределение нагрузки. Процессор 709 может иметь электрическую или какую-либо другую доступную структуру.

Хотя приложение 718, отслеживающее и контролирующее состояние почвы, и другие описанные здесь различные системы могут быть реализованы, как указывалось выше, в программном обеспечении или в исполняемых универсальными аппаратными средствами кодах, в качестве варианта то же самое может быть также воплощено в специализированной аппаратуре или в комбинации из программного обеспечения/универсальных аппаратных средств и специализированной аппаратуры. При воплощении в специализированной аппаратуре это может быть осуществлено в виде схемы или конечной машины, применяющих любую из ряда технологий или комбинацию таких технологий. Эти технологии могут включать (но не ограничиваются только этим) дискретные логические схемы, имеющие логические элементы для осуществления различных логических функций при приложении одного или нескольких информационных сигналов, специализированные интегральные микросхемы, имеющие соответствующие логические элементы, или другими компоненты. Такие технологии, в целом, хорошо известны специалистами в данной области и поэтому подробно здесь не описываются.

Блок-схемы на фиг. 3 и 6 представляют функционирование и действие воплощения части приложения 718 для отслеживания и контроля состояния почвы. При воплощении в виде программного продукта каждый блок может представлять собой модуль, сегмент или участок кода, содержащий программные инструкции для осуществления определенной логической функции(-й). Программные инструкции могут быть воплощены в форме исходного кода, который содержит подходящие для восприятия человеком инструкции, написанные на языке программирования, или машинный код, который содержит числовые инструкции, распознаваемые подходящей исполняющей системой, такой как процессор 709 в компьютерной системе или другой системой. Машинный код может быть получен преобразованием из исходного текста и иными способами. При воплощении в аппаратных средствах каждый блок может представлять схему или ряд сопряженных систем, предназначенных для осуществления определенной логической функции(-й).

Хотя на блок-схемах фиг. 3 и 6 показан определенный порядок выполнения, следует понимать, что порядок выполнения может отличаться от изображенного. Например, порядок выполнения двух или нескольких блоков может быть изменен относительно указанного порядка. Кроме того, два или более блоков, последовательно показанных на фиг. 3 и/или 6, могут выполняться одновременно или с частичным параллелизмом. Кроме того, в некоторых воплощениях один или несколько блоков, показанных на фиг. 3 и/или 6, могут быть пропущены или исключены. Помимо этого, к описанной здесь логической блок-схеме в целях повышения полезных свойств, учета ресурсов, оценки эффективности или в качестве средств для поиска неисправностей может быть добавлено любое число счетчиков, переменных состояния, предупреждающих семафоров или сообщений. Подразумевается, что все такие изменения находятся в рамках настоящего изобретения.

Кроме того, любые описанные здесь логика или приложение, включая приложение 718 мониторинга и контроля состояния почвы, которые содержат программное обеспечение или коды, могут быть воплощены в любом энергонезависимом считываемом компьютером носителе для целей применения в (или с использованием) системе исполнения инструкций, такой как, например, процессор 709 в компьютерной системе или другой системе. В этом смысле такая логика может содержать, например, указания, включая инструкции и декларации, которые могут быть извлечены из считываемого компьютером носителя и исполнены системой выполнения инструкций. В контексте настоящего изобретения «считываемая компьютером среда» может быть любой средой, которая может содержать, сохранять или поддерживать описанную здесь логику или приложение для целей применения или с использованием системы исполнения инструкций. Машиночитаемый носитель может включать любой из множества физических носителей, такой как, например, электронный, магнитный, оптический, электромагнитный, инфракрасный или полупроводниковый носитель. Более конкретные примеры подходящего машиночитаемого носителя могут включать без ограничения магнитные ленты, гибкие магнитные диски, жесткие магнитные диски, карточки с памятью, твердотельные диски, флэш-накопители USB или оптические диски. Кроме того, машиночитаемый носитель может быть памятью с произвольным доступом (RAM), включая, например, статическую оперативную память (SRAM) и динамическую оперативную память (DRAM), или магнитной оперативной памятью (MRAM). Кроме того, машиночитаемый носитель может быть постоянным запоминающим устройством (ROM), программируемым постоянным запоминающим устройством (PROM), стираемым постоянным запоминающим устройством (EPROM), электрически-стираемым программируемым постоянным запоминающим устройством (EEPROM) или запоминающим устройством другого типа.

Вкратце, одно воплощение, среди прочих, содержит способ, включающий получение водных проб, экстрагируемых из ряда всасывающих зондов, размещаемых на различных глубинах внутри почвенного субстрата, включая зону функционирования корневой системы видов растений в данном почвенном субстрате; анализ водных проб с целью определения химического состава почвенного субстрата; и определение количества добавки, добавляемой к оросительной воде, подаваемой в почвенный субстрат, для корректировки химического состава данного почвенного субстрата, по меньшей мере частично на основании определенного химического состава и вида данного растения. По меньшей мере один из множества всасывающих зондов может быть расположен внутри зоны функционирования корневой системы. Определение химического состава почвенного субстрата может включать определение химического состава зоны функционирования корневой системы.

Такой способ может включать определение количеств ряда добавок, которые добавляются к оросительной воде, подаваемой в почвенный субстрат для корректировки химического состава почвенного субстрата, по меньшей мере частично на основании определенного химического состава и видового состава растений. Такая добавка может содержать воду, остаточную воду, удобрение или любую их комбинацию. Способ может включать получение образца удобряющего раствора (FS), которым снабжается почвенный субстрат, и анализ образца FS для определения состава FS, при котором определенное количество добавки по меньшей мере частично основывается на определенном составе FS. FS может подаваться в почвенный субстрат по меньшей мере в течение заранее определенного времени перед извлечением водных проб из множества всасывающих зондов. Образец FS может собираться на протяжении всего времени орошения, в течение которого обеспечивается снабжение почвенного субстрата FS.

Такой способ может включать извлечение водных проб из множества всасывающих зондов. В каждом из множества всасывающих зондов может создаваться разрежение для того, чтобы обеспечить гидравлическую проводимость водных растворов из почвенного субстрата в каждый всасывающий зонд. Способ может содержать получение образца оросительной воды и анализ образца оросительной воды для определения состава оросительной воды, при котором определенное количество добавки по меньшей мере частично основывается на определенном составе оросительной воды. Способ может включать получение образца ткани видов растения в зоне функционирования корневой системы и анализ образца растительной ткани для оценки пищевого статуса растения. Способ может включать обеспечение определенных количеств добавки, которая добавляется к оросительной воде для получения удобряющего раствора (FS), которым снабжается почвенный субстрат. Способ может включать смешивание определенных количеств добавки с оросительной водой для приготовления FS и внесение FS в почвенный субстрат.FS может вноситься через поливной трубопровод системы капельного орошения.

Другое воплощение содержит, помимо прочего, способ, включающий установку всасывающего зонда на глубине в почвенном субстрате; приложение вакуума к всасывающему зонду для того, чтобы создать гидравлическую проводимость водных растворов из почвенного субстрата во всасывающий зонд; извлечение водной пробы из всасывающего зонда после приложения вакуума в течение заранее определенного промежутка времени; и анализ водной пробы для определения химического состава в глубине почвенного субстрата. Данный способ может включать установку множества всасывающих зондов на различных глубинах в почвенном субстрате; приложение вакуума к каждому из всасывающих зондов, чтобы вызвать гидравлическую проводимость водных растворов из почвенного субстрата в каждый всасывающий зонд; извлечение водных проб из множества всасывающих зондов после приложения вакуума в течение заранее определенного промежутка времени; и анализ водных проб для определения химического состава на различных глубинах в почвенном субстрате.

Водные пробы могут быть подвергнуты анализу для того, чтобы определить химический состав в почвенном субстрате на различных глубинах. По меньшей мере один из множества всасывающих зондов может быть установлен в зоне функционирования корневой системы произрастающих на данном почвенном субстрате видов растений. Водные пробы могут быть подвергнуты анализу для того, чтобы определить химический состав в зоне функционирования корневой системы. Такой способ может включать определение корректирующих мер, по меньшей мере частично на основании определенных данных о химическом составе зоны функционирования корневой системы. Корректирующие меры могут представлять собой промывное орошение. Способ может включать получение множества почвенных образцов с различных глубин зоны функционирования корневой системы. Такой способ может включать определение корректирующих мер, по меньшей мере частично исходя из определенных данных о химическом составе почвенного субстрата.

Другое воплощение включает, помимо прочего, способ, включающий получение с помощью вычислительного устройства данных по составу удобряющего раствора (FS), который применялся для снабжения почвенного субстрата, включая зону функционирования корневой системы различных видов растений; получение с помощью вычислительного устройства данных по химическому составу внутри зоны функционирования корневой системы, по химическому составу, определенной с помощью анализа водной пробы, полученной из всасывающего зонда, располагающегося внутри зоны функционирования корневой системы, после снабжения почвенного субстрата FS; оценку с помощью вычислительного устройства использования различными видами растений питательных веществ по меньшей мере частично на основе состава FS и химического состава зоны функционирования корневой системы; и обеспечение вычислительным устройством информации о количестве добавки, которая добавляется к оросительной воде для приготовления последующего FS, предназначенного для снабжения почвенного субстрата. Данный способ может включать получение данных о химической композиции на различных глубинах внутри зоны функционирования корневой системы, о химическом составе, определенном путем анализа водных проб, полученных из всасывающих зондов, расположенных на различных глубинах в зоне функционирования корневой системы, после снабжения почвенного субстрата FS.

Такой способ может включать получение данных о химическом составе на различных глубинах внутри зоны функционирования корневой системы, о химическом составе, определенном путем анализа водных проб, полученных из всасывающих зондов, расположенных на различных глубинах в зоне функционирования корневой системы, после снабжения почвенного субстрата FS. Способ может включать получение информации о питательном статусе данного вида растений, на основании анализа образца ткани данного вида растения, и определение количеств питательных веществ для последующего FS по меньшей мере частично на основании оценки использования питательных веществ и определения питательного статуса данного вида растений. Определение эффективности использования питательных веществ может включать оценку концентраций маркерных ионов, выполняемую посредством анализа водной пробы. Определение эффективности использования питательных веществ может включать определение коэффициента использования азота и/или коэффициента использования калия.

Следует отметить, что вышеописанные воплощения настоящего изобретения являются лишь примерами возможных воплощений, представленными для более ясного понимания принципов данного изобретения. В данное(ые) воплощение(я) без существенного отклонения от принципов и существа настоящего изобретения могут быть внесены множество различных изменений и модификаций. Предполагается, что настоящим изобретением охватываются и формулой изобретения защищаются все такие модификации и изменения.

Следует заметить, что отношения, концентрации, количества и другие числовые данные могут в настоящем изобретении быть представлены в формате диапазонов. Следует понимать, что такой формат диапазонов применяется для удобства и краткости и, вследствие этого, должен интерпретироваться гибким образом как включающий не только численные величины, явно указываемые как границы данного диапазона, но также и как включающий все индивидуальные численные величины или поддиапазоны, охватываемые данным диапазоном, как если бы каждая такая численная величина и поддиапазон указывались бы в настоящем документе явным образом. В качестве иллюстрации: диапазон концентраций «от около 0,1% до около 5%» следует интерпретировать как включающий не только явно указываемую концентрацию от около 0,1 масс. % до около 5 масс. %, но также и индивидуальные концентрации (например, 1%, 2%, 3% и 4%) и поддиапазоны (например, 0,5%, 1,1%, 2,2%, 3,3% и 4,4%) внутри обозначенного диапазона. Термин «около» может включать общепринятое округление в соответствии со значащими разрядами численных величин. Кроме того, фраза «от около 'х' до 'у'» включает «от около 'х' до около 'у'».

1. Способ мониторинга и контроля почвенных условий, характеризующийся:

получением водных проб, извлекаемых из множества всасывающих зондов, размещенных на различных глубинах в почвенном субстрате, включая зону функционирования корневой системы видов растений в данном почвенном субстрате;

анализом указанных водных проб для определения химического состава водных проб почвенного субстрата, причем данный химический состав включает концентрации одного или нескольких маркерных ионов в указанной зоне функционирования корневой системы;

определением эффективности использования питательных веществ данными видами растений, по меньшей мере частично на основании указанных концентраций маркерных ионов; и

определением количеств добавки, добавляемой к оросительной воде, подаваемой в почвенный субстрат, для корректировки химического состава почвенного субстрата, по меньшей мере частично исходя из определенной эффективности использования питательных веществ данными видами растений.

2. Способ по п. 1, в котором химический состав зоны функционирования корневой системы почвенного субстрата модифицируется включающей добавку оросительной водой, которой снабжается почвенный субстрат.

3. Способ по п. 2, в котором модифицированный химический состав зоны функционирования корневой системы улучшает рост и продуктивность данных видов растений.

4. Способ по п. 1, в котором добавка включает удобрение.

5. Способ по п. 1, в котором определение количеств добавки, кроме того, по меньшей мере частично основано на составе удобряющего раствора (FS), подаваемого в почвенный субстрат перед извлечением водных проб из множества всасывающих зондов.

6. Способ по п. 5, в котором FS подается в почвенный субстрат по меньшей мере в течение заранее определенного периода времени перед извлечением водных проб из множества всасывающих зондов.

7. Способ по п. 1, в котором определение количеств добавки, кроме того, по меньшей мере частично основано на составе источника оросительной воды.

8. Способ по п. 1, в котором определение количеств добавки, кроме того, по меньшей мере частично основано на питательном статусе данных видов растений.

9. Способ по п. 8, дополнительно включающий оценку питательного статуса данных видов растений на основании анализа образцов тканей данных видов растений.

10. Способ по п. 1, в котором определение эффективности использования питательных веществ включает в себя определение по меньшей мере одного коэффициента использования питательных веществ.

11. Способ по п. 1, в котором оценка эффективности использования питательных веществ включает определение коэффициента использования питательного вещества по меньшей мере частично на основании концентрации соответствующего маркерного иона.

12. Способ по п. 11, в котором коэффициент использования является коэффициентом использования азота или коэффициентом использования калия.

13. Способ по п. 1, в котором оценка эффективности использования питательных веществ включает определение поглощения воды по меньшей мере частично на основании концентрации соответствующего маркерного иона.

14. Способ по п. 1, дополнительно включающий определение наличия выщелачивания в почвенном субстрате по меньшей мере частично на основании концентрации и распределения маркерных ионов.

15. Способ по п. 14, в котором определение наличия выщелачивания, кроме того, по меньшей мере частично основано на электрической проводимости водных проб.

16. Способ мониторинга и контроля почвенных условий, характеризующийся:

установкой всасывающего зонда на глубине в почвенном субстрате;

обеспечением гидравлической проводимости водных растворов из почвенного субстрата во всасывающий зонд путем приложения вакуума к указанному всасывающему зонду;

извлечением водной пробы из всасывающего зонда после приложения вакуума в течение определенного промежутка времени;

анализом водной пробы для определения химического состава водной пробы;

определением концентраций маркерных ионов на глубине почвенного субстрата на основании указанного химического состава водной пробы; и

определением наличия выщелачивания в почвенном субстрате по меньшей мере частично на основании указанных концентраций маркерных ионов на глубине под поверхностью.

17. Способ по п. 16, дополнительно включающий:

установку множества всасывающих зондов на различных глубинах в почвенном субстрате;

обеспечение гидравлической проводимости водных растворов из почвенного субстрата во множество всасывающих зондов путем приложения вакуума к каждому из множества всасывающих зондов;

извлечение водных проб из множества всасывающих зондов после приложения вакуума к указанному множеству всасывающих зондов в течение определенного промежутка времени; и

анализ водных проб для определения химического состава водных проб;

определение концентраций маркерных ионов на различных глубинах почвенного субстрата на основании указанного химического состава водной пробы, причем определение наличия выщелачивания в почвенном субстрате по меньшей мере частично основано на указанных концентрациях маркерных ионов на различных глубинах.

18. Способ по п. 17, в котором по меньшей мере один из множества всасывающих зондов устанавливается в зоне функционирования корневой системы видов растений в данном почвенном субстрате.

19. Способ по п. 17, в котором водные пробы дополнительно анализируют для определения электрической проводимости на различных глубинах почвенного субстрата.

20. Способ по п. 19, дополнительно включающий определение корректирующих мер, по меньшей мере частично на основании определенных концентраций маркерных ионов и электрической проводимости на различных глубинах почвенного субстрата.

21. Способ по п. 20, в котором указанная корректирующая мера является промывным орошением.

22. Способ по п. 16, дополнительно включающий получение множества почвенных образцов с различных глубин почвенного субстрата.

23. Способ по п. 16, дополнительно включающий определение корректирующих мер, по меньшей мере частично на основании концентраций маркерных ионов на глубине в почвенном субстрате.