Исследование методов измерения влажности почвы | Статья в журнале «Молодой ученый»

Отправьте статью сегодня! Журнал выйдет 11 декабря, печатный экземпляр отправим 15 декабря.

Опубликовать статью в журнале

Авторы: , ,

Рубрика: Сельское хозяйство

Опубликовано в Молодой учёный №51 (341) декабрь 2020 г.

Дата публикации: 17.12.2020

Статья просмотрена: 95 раз

Библиографическое описание:

Медведева, Е. С. Исследование методов измерения влажности почвы / Е. С. Медведева, Т. В. Атоян, К. В. Киримова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2020. — № 51 (341). — С. 449-452. — URL: https://moluch.ru/archive/341/76744/ (дата обращения: 01.12.2021).



В статье изучены методы измерения продуктивной влажности почвы. Проведен анализ методов и средств измерения влажности почвы. Раскрыты достоинства и недостатки данных методов измерения. Метрологический подход заключается в контроле параметров, где большое внимание будет уделено сопутствующим параметрам. Объектом исследования являются взятые пробы почв. Предметом изучения являются методы измерения влажности почвы.

Ключевые слова: влажность почвы, измерение, методы измерения, метрология, мониторинг, средства измерения влажности, принцип действия, влагомер.

В аграрной сфере показатель производительности в растениеводстве зависит от качества почвы. Чтобы был высокий урожай, необходимо, чтобы почва была насыщена влагой. Проблема заключается либо в нехватке влажности, либо в переизбытке, что в свою очередь пагубно влияет на растения.

Исследования качества почвы начинаются с контроля пахотного слоя. Контроль позволяет определять время сева семян и сбора урожая. Однако в области точного земледелия трудно оценить показатель влажности, потому что он зависит от правильности применения полученных данных. Данные, предоставленные на анализ, должны обладать достоверностью о состоянии пахотного слоя почвы. Замена ручного труда (применение лабораторного метода) на автоматику тоже ведет к улучшению производительности и сокращению времени на анализ почв. [1]

На данный момент в России исследуют почву традиционным способом, в соответствии с «Методическими указаниями по проведению комплексного агрохимического обследования почв сельскохозяйственных угодий» и «Методическими указаниями по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения». [2,3]

На исследуемом участке определяются точки для проведения измерений, зависящих от макро и микрорельефа местности (склоны, холмы, ложбины) и выкапывается вертикальная выработка. На больших площадях по одной точке на гектар. Площадь и местоположение выбирают приблизительно, что даёт неточный результат. Это заметно при сравнении результатов анализа за несколько лет, так как проба берётся не в том же самом месте, а с погрешностью в десятки метров или более.

Измерения на выбранных участках проводят обычно в весной и летом, во время жизненного цикла растений. Измерения проводят перед посадкой, внесением удобрений и уборкой урожая. Делают это из-за сложности получения и обработки большого количества данных, из-за проблемных участков, сравнивая их с наилучшими (на склоне — верх, середина, низ), из-за малой производительности, сильной изменчивости погодных условий, неоднородности плодородия земельных участков, отсутствия одновременности, равнокачественности и краткосрочности всех работ на участках, с большим количеством исследуемых параметров. Нарушение измерений ведет к искажению результатов. Даже незначительные отклонения во влажности почвы, вызванные неравномерностью полива, приводят к различиям в продуктивности растений. [4]

Во многих сельскохозяйственных производствах применяют современные методы, основанные на автоматизированных системах измерения, компьютерной технике, системе глобального позиционирования (GPS, ГЛОНАС), имеющие большое количество достоинств.

Основными из них являются:

– определение точного местонахождения объекта;

– автоматическая разметка территории;

– возможность визуального отображения длин и площадей объектов на мониторе бортового компьютера;

– ведение пространственной базы данных, полученной информации с привязкой к координатам места;

– автоматический отбор пробы почвы.

Перечисленные показатели являются характеристикой «точного земледелия».

Основным принципом точного земледелия является постоянный мониторинг состояния почвы на выбранном микро-участке поля. Контролируются плотность, твердость, влажность, агрегатный состав, содержание микроорганизмов и микроэлементов в почве, их распределение по всей территории. [5]

Чтобы управлять почвенно-водным режимом необходимо проводить наблюдения и вести базу данных. Для этого существует множество методов и технологий, позволяющих измерять уровень влажности почвы и грунта контактно либо бесконтактно.

Методы определения влажности почвы делятся на контактные и бесконтактные. Контактные в свою очередь делятся на прямые и косвенные, а бесконтактные — на портативные и дистанционные. [6]

Основные методы измерения влажности почвы

Рис. 1. Основные методы измерения влажности почвы

При прямых методах проводят отбор проб на разной глубине, а затем анализируют, полученные результаты. В таких методах разделяют материал на сухое вещество и влагу.

В косвенных методах измерения, по сравнению с прямыми методами, исследуют физические показатели, зависящие от влажности материала или среды. Измеряется величина, показывающая влажность материала. Оценивается изменение свойств почвы. В косвенных методах сначала проводят калибровку, чтобы установить зависимость влажности почвы и измеряемой физической величины. К таким методам относят механические методы, где измеряются изменяющиеся с влажностью механические характеристики твердых материалов. Достоинством косвенных контактных методов является быстрое проведения. [7]

При термостатно-весовом методе производится сушка отобранной почвы, чтобы вес образца достиг равновесия с окружающей средой. Сушка производится до тех пор, пока вес не достигнет минимального значения. На это уходит минимум — 5 часов, максимум — 8 часов. Полученное равновесие является показателем полного удаления влаги. [8]

При экстракционном методе влагу убирают не сушкой, а введением в исследуемый образец водопоглощающей жидкости (диоксан, спирт). После введения исследуется жидкий экстракт, зависящий от влагосодержания: плотности, показателя преломления, температуры кипения или замерзания. [9]

Пиктонометрический метод является «обратным» двум предыдущим. Потому что образец почвы не осушается, а увлажняется, пока не будет превышен порог влагоудержания — объем жидкости, которого нужно достичь для расчета изначальной влажности пробы. [10]

Экстракционный и пиктонометрический методы являются лабораторными и неточными, в отличие от термогравиметрического.

В гигрометрическом методе измеряется разность температур сухого и влажного термометров. Рассматривается ухудшение водопоглощающих материалов из-за увеличения от влаги, находившихся в почве. Образец почвы уменьшается из-за высокого давления, которое фиксируется на шкале «давление», на другой шкале отмечается величина усадки. Величина усадки выше, чем выше влажность исследуемой почвы. Усадка происходит только до степени насыщения почвы водой, равной к полевой. [11]

Электрические методы показывают зависимость влажности и электрических свойств, таких как электропроводность, диэлектрическая проницаемость, диэлектрическая проницаемость буферной промежуточной среды — влагообменника, контактирующего с почвой. Электрические влагомеры бывают одно- и многоуровневыми, измеряя влажность одновременно на нескольких глубинах, переносными с индивидуальным дисплеем или предполагающим стационарную установку и интеграцию в какую-либо систему. [12]

При дистанционных методах фотографируется поверхность Земли без прямого контакта с почвой, а затем измеряются. Осуществляются летательным аппаратами, наземной платформой с установленными на них системами гравитационной регистрации электромагнитных полей и определенной частотой радиоизлучений, с выведением информации в виде графиков, сигналов и кривых спектральной яркости. В зонах с разряженным и низким слоем растительности, влажность четко отображается на снимках. Использование данных методов исследования в аграрном хозяйстве является технически сложным из-за дорогостоящего оборудования. [13]

Метод регистрации теплового (инфракрасного) излучения — это способ исследования инфракрасных сигналов оптического излучения в спектре электромагнитных колебаний почвы различной влажности с помощью экспериментальной установки. Для этого каждую выбранную точку на поверхности предварительно нагретой почвы представляют как центр, из которого испускается инфракрасное излучение во всех направлениях и, к которому поступает инфракрасное излучение из окружающего пространства. [14]

Спутниковый мониторинг — это новая разработка, дорогая и мало испытанная. Продвижения этого метода прогнозируют популярность метода в будущем с помощью сервисов, использующих спутниковое наблюдение. [15]

Эти методы могут применяться стационарными платформами, с самолетов или с околоземной орбиты, как бесконтактно с малого расстояния, так и со большого расстояния.

Таким образом, если опираться на точность измерений, то особого различия в методах нет, погрешность методов колеблется от 2 до 4 %. Если же рассматривать скорость получения результатов, наиболее быстро происходит при электрометрическом методе, но из-за плохого контакта измерителя с почвой, возможны погрешности результатов. Тензометрический метод более точный и доступный по цене, но зависит от температуры. [16]

Электрометрический метод измерения влаги почвы является наиболее выгоден из-за скорости измерения. Электрометрический метод можно проводить в любое время года. Средства, реализующие данный метод, применяются в автоматизированных системах.

Литература:

  1. Роде А. А. Основы учения о почвенной влаге. Том 1: Водные свойства почв и передвижение почвенной влаги. [Текст] / А. А. Роде. — Л.: Гидрометеоиздат, 1965.- 664 с.
  2. Методические указания по проведению комплексного агрохимического обследования почв сельскохозяйственных угодий. — М.: ЦИНАО, г. Москва, 1994 г — 95 с.
  3. Методические указания по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения. — М.: ФГНУ «Росинформагротех», 2003. — 240 с.
  4. Вадюнина, А. Ф., Корчагина, З. А. Методы исследования физических свойств почв: учебники и учебные пособия для студентов вузов — изд. 3–е, перераб. и доп. — М.: Агропромиздат, 1986. — 416 с.
  5. Якушев В. П. Информационное обеспечение точного земледелия / В. П. Якушев, В. В. Якушев. — Санкт-Петербург: Изд-во ПИЯФ РАН, 2007. — 384 с.
  6. Берлинер М. А. Измерения влажности Издание 2: Учебное пособие для вузов / Берлинер М. А. — Л.:Логос, 2004. — 269 с.
  7. Теории и методы физики почв / под ред. Е. Шеина, Л. Карпачевского. — Москва: Гриф и К, 2007. — 368 с.
  8. Васильев С. И. Анализ современных электротехнических методов измерения влажности почвы // Научный форум: Технические и физикоматематические науки: сб. ст. по материалам I междунар. науч.-практ. конф. — № 1(1). — М., Изд. «МЦНО», 2016. — С. 49–52.
  9. Неручев Ю. А., Зотов В. В., Шойтов Ю. С. Скорость звука и флуктуация плотности. // Ультразвук и термодинамические свойства вещества. — 1989.–75 с.
  10. Попов А. Н. Технология и техническое средство бесконтактного измерения влажности почвы [Текст] / Дисс. канд. техн. наук. — Мичуринск, 2014. — 212 с.
  11. Толмачева, Н. И. Методы и средства гидрометеорологических измерений (для метеорологов): учебное пособие / Н. И. Толмачева. — Пермь: Изд-во Пермского университета, 2011. — 223 с.
  12. Берлинер М. А. Электрические измерения, автоматический контроль и регулирование влажности Издание 2: Учебное пособие для вузов / Берлинер М. А. — Л.:Логос, 2006. — 320 с.
  13. Обиралов А. И. Фотограмметрия и дистанционное зондирование: Учеб. пособие / А. И. Обиралов, А. Н. Лимонов, Л. А. Гаврилова. — М.: КолосС, 2006. — 334 с.
  14. Попов А. Н. Экспериментальная установка для исследования инфракрасных сигналов почвы различной влажности / А. Н. Попов, А. С. Гордеев. — Вестник Воронежского государственного университета инженерных технологий, 2013. — 96 с.
  15. Мурзин В. С. Астрофизика космических лучей. Учебное пособие для вузов / Мурзин В. С. — Л.: Логос, 2007. — 486 с.
  16. ГОСТ 20915−2011. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытаний. — Взамен ГОСТ 20915−75; введ. 2013–01–01. — М.: ФГУП «Стандартинформ»: Изд-во стандартов, 2013. — 24 с.
Основные термины (генерируются автоматически): влажность почвы, почва, GPS, величина усадки, влажность, диэлектрическая проницаемость, инфракрасное излучение, качество почвы, метод измерения, образец почвы, точное земледелие, электрометрический метод.


Ключевые слова

мониторинг, измерение, метрология, методы измерения, принцип действия, влажность почвы, средства измерения влажности, влагомер
Задать вопрос