способ измерения потенциала почвенной влаги

Формула изобретения

1. Способ измерения потенциала почвенной влаги, заключающийся в помещении пористого зонда, соединенного с заполненной жидкостью емкостью, в почву, отличающийся тем, что в емкость помещают почвенный раствор и вводят катод, а в почву - анод, измеряют скорость выхода жидкости из емкости в почву при различных силах тока, по полученным данным строят кривую в координатах “скорость выхода жидкости - давление”, а величину потенциала почвенной влаги определяют по точке этой кривой, соответствующей нулевой скорости выхода жидкости.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительно проводят калибровку для установления соответствия величины давления величине силы тока.

3. Способ по пп.1 и 2, отличающийся тем, что при каждом измерении скорости выхода жидкости из емкости в почву, соответствующей определенной силе тока, пористый зонд помещают в почву в новой точке выбранного для изучения участка.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сельскому хозяйству и почвоведению, а именно к методам определения водно-физических свойств почв.

Известен способ определения потенциала почвенной влаги [1], основанный на использовании мембранного пресса. Почву помещают на пористую мембрану, пропускающую воду, не проницаемую для частиц почвы и воздуха. После этого над почвой создают избыточное давление. Меняя давление, определяют начало выделения почвенной влаги.

Основным недостатком данного способа является невозможность проведения экспериментов в натурных условиях.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения потенциала почвенной влаги [2], заключающийся в использовании тензиометра. Тензиометр - гидрофизический прибор для измерения капиллярно-сорбционного давления влаги в почве в интервале от 0 до - 90 кПа. Он состоит из стеклянной трубочки, заполненной деаэрированной водой, соединенной с тонкопористым керамическим зондом (размер пор 1-2 мкм) и вакуумметром. Прибор должен быть герметичен. Керамический зонд погружается в почву, и за счет разности термодинамических потенциалов воды в приборе (свободная вода) и в почве происходит перенос влаги из прибора в почву до установления равновесия. В приборе возникает разрежение, характеризующее всасывающую силу почвы (потенциал почвенной влаги), которое фиксируется вакуумметром. Известны различные конструкции тензиометров, которые отличаются друг от друга прежде всего манометрическим устройством.

Основным недостатком данного способа является длительность установления равновесия между тензиометром и почвой. Для возникновения разрежения в приборе из него должно выйти определенное количество воды, и эта вода, попав в почву, не должна значимо изменять потенциал почвенной влаги в районе зонда. Следовательно, размер почвенного образца должен быть достаточно большим, и необходимо ждать, чтобы избыточная влага тензиометра ушла из окрестностей зонда. Время установления равновесия занимает часы, а для некоторых плохо проницаемых для воды почв - и сутки.

Кроме того, весьма неудобно использование приборов, работающих при пониженном давлении. Малейшее нарушение герметичности делает их неработоспособными.

Целью изобретения является уменьшение времени единичного измерения и повышение производительности при массовых измерениях, а также отказ от работы при пониженном давлении.

Технической задачей изобретения является установление зависимости всасывающего давления почвы от скорости выхода жидкости из прибора.

Поставленная задача решается путем помещения пористого зонда, соединенного с заполненной водой или почвенным раствором емкостью, в почву, помещения в емкость с почвенным раствором катода, а в почву анода и измерения скорости выхода жидкости из емкости при различных силах тока, по полученным данным строят кривую в координатах “скорость выхода жидкости - давление”, величину потенциала почвенной влаги определяют по точке этой кривой, соответствующей нулевой скорости выхода жидкости, а также предварительно проводят калибровку для установления соответствия величины давления величине силы тока, а также при каждом измерении скорости выхода жидкости из емкости в почву, соответствующей определенной силе тока, пористый сосуд помещают в почву в новой точке выбранного для изучения участка.

В этом случае жидкость в керамическом фильтре будет двигаться под действием результирующей двух сил. В направлении почвы движение будет обусловливаться потенциалом почвенной влаги (всасывающей силой почвы), а в противоположном направлении почвенный раствор будет двигаться за счет электроосмоса, так как керамический фильтр заряжен отрицательно. В плотных сухих почвах, обладающих большой “всасывающей силой”, в полевых условиях добиться равновесия между потоками технически достаточно сложно, так как разность потенциалов между электродами должна быть 250-350 В. В этих условиях уместнее не исключать полностью выход жидкости из прибора в почву, а лишь уменьшать скорость выхода. Размещая прибор каждый раз в новой точке исследуемого участка, снимается зависимость скорости выхода жидкости от всасывающего давления. Отградуировав прибор на стенде, мы получаем возможность определять величину всасывающего давления по величине тока. Таким образом мы знаем при каждой силе тока, на какую величину уменьшается всасывающее давление. Построив график, мы можем определить величину реального всасывающего давления при нулевом выходе жидкости в почву. Подобный метод позволяет проводить измерения и в тех случаях, когда скорость выхода жидкости из прибора превышает время рассасывания жидкости в почве, так как графический метод позволяет обойти затруднения, связанные с наличием двух переменных величин - коэффициента влагопроводности и самого всасывающего давления.

Техническая сущность изобретения заключается в помещении пористого зонда, соединенного с заполненной жидкостью емкостью в почву, введении в емкость почвенного раствора и катода, а в почву - анода и измерении скорости выхода жидкости из прибора в почву при различных силах тока. По полученным данным строится кривая в координатах: скорость выхода жидкости - давление, а величина потенциала почвенной влаги определяется по точке этой кривой, соответствующей нулевой скорости выхода жидкости из прибора. Предварительно проводится калибровка прибора для установления соответствия величины давления величине силы тока. При каждом измерении скорости выхода жидкости из прибора в почву, соответствующем определенной силе тока, прибор помещают в почву в новой точке выбранного для изучения участка.

Предлагаемый способ позволяет отказаться от работы при пониженном давлении и значительно уменьшает время измерений. Кроме того, он позволяет перейти от измерения давления к измерению тока, что значительно точнее и проще.

Нижеследующие примеры раскрывают суть предлагаемого изобретения.

Пример 1.

Пористый зонд, соединенный с заполненной почвенным раствором емкостью, помещается в стакан с почвенным раствором. Катод располагается внутри зонда, а анод, представляющий собой несколько витков медной проволоки диаметром 1 мм, снаружи, примыкая к внешней поверхности зонда. Емкость с почвенным раствором подсоединена к зонду при помощи гибкого шланга. Ее можно поднимать на разную высоту, создавая различное, избыточное давление внутри зонда. От комплекта батарей питания на электроды подается напряжение 12, 24, 36, 48, 60, 72 В и проводится калибровка прибора, - устанавливается соответствие величины давления величине силы тока, удерживающей мениск в неподвижном состоянии. После проведения калибровки прибор помещается в почву, в различные точки при измерении при данной силе тока и определяется величина скорости выхода жидкости из прибора, соответствующая определенной силе тока. На графике откладываются точки скорости выхода жидкости, каждая из которых соответствует определенному эффективному всасывающему давлению почвы. Истинная величина всасывающего давления почвы соответствует нулевой скорости выхода жидкости из прибора.

Проведенные эксперименты показали, что точность измерения потенциала почвенной влаги не ниже точности определения при помощи обычных тензиометров, а скорость определения возрастает многократно, так как не надо ждать установления равновесия (рассасывания влаги по почве) после ее выхода из тензиометра. Уменьшение количества выходящей в почву из прибора жидкости определяет уменьшение времени измерения. Причем, чем плотнее и менее влагопроницаема почва, тем больше времени требуется для установления равновесия, и тем соответственно больше выигрыш во времени при проведении измерений. Предлагаемый способ позволяет провести одно измерение за 7-8 минут, что значительно увеличивает производительность и снижает затраты при проведении массовых обследований почв. Кроме того, способ обладает большей надежностью, так как, если обычный тензиометр недостаточно герметичен, то это выяснится только после проведения измерений, что заставляет для повышения надежности проводить несколько параллельных измерений. Предлагаемый способ лишен этого недостатка.

Таким образом, предлагаемый способ уменьшает время, повышает производительность и надежность измерений.

Источники информации

1. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М.: Высшая школа, 1973. С. 185-187.

2. Шеин Е.В., Капинос В.А. Сборник задач по физике почв. М.: МГУ, 1994. С.48-50.