УДК 631.425
DOI: https://doi.org/10.52540/2074-9457.2021.3.32
Г. Н. Бузук
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРОФНОСТИ ПОЧВ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМ МЕТОДОМ. СООБЩЕНИЕ 1. УСТРОЙСТВО И ЛАБОРАТОРНАЯ МЕТОДИКА
г. Витебск, Республика Беларусь
Целью настоящей работы была разработка устройства и методики определения трофности почвы с помощью электрофизического метода, в основе которого лежит измерение удельного электрического сопротивления (УЭС) почвы. В предложенном устройстве в качестве датчика используется установка F. Wenner. Устройство имеет модульную конструкцию и включает модуль повышения напряжения, ШИМ-генератор прямоугольных импульсов, инвертор прямоугольных сигналов и Н-мост, который осуществляет переключение полярности питания с целью предотвращения поляризации электродов. Определены метрологические характеристики измерения удельного сопротивления, а также влияние глубины погружения электродов в исследуемый субстрат. Установлено его существенное влияние и нелинейный характер, который хорошо аппроксимировался степенной функцией. Предложены простейшие уравнения для приведения измеренных значений УЭС к определенному заглублению электродов в исследуемый объект. Методика может использоваться для оценки трофности почв в местах произрастания лекарственных растений.
Ключевые слова:
геофизические методы, электрофизика почв, установка Wenner.
SUMMARY
G. N. Buzuk
DETERMINATION OF SOIL TROPHIСITY BY ELECTROPHYSICAL METHOD. MESSAGE 1. DEVICE AND LABORATORY TECHNIQUE
The Republic of Belarus
The purpose of this work was to develop a device and technique for determining the soil trophiсity using the electrophysical method based on the measurement of the soil specific resistivity (SR). In the proposed device the F. Wenner installation is used as a sensor. The device has a modular design and includes a voltage boosting module, a PWM generator of rectangular pulses, a rectangular signal inverter and an H-bridge that switches the polarity of the power supply in order to prevent polarization of the electrodes. The metrological characteristics of the specific resistivity measurement as well as the influence of the electrodes immersion depth in the substrate studied are determined. Its significant influence and nonlinear character which was well approximated by the power function were established. The simplest equations for bringing the measured values of the RS to a certain depth of the electrodes in the object studied are proposed.
Keywords:
geophysical methods, soil electrophysics, Wenner installation.
ЛИТЕРАТУРА:
1. Аветов, Н. А. Понятие трофности в связи с антропогенной эвтрофикацией верховых болот Ханты-Мансийского Приобья / Н. А. Аветов, Е. А. Шишконакова // Бюл. Почвенного ин-та им.В.В.Докучаева. – 2013. – № 71. – С. 36–51.
2. Погоцкая, А. А. Морфометрия Chelidonium majus L.: взаимосвязь размеров, формы листа и содержания алкалоидов и фенольных соединений / А. А. Погоцкая, Г. Н. Бузук, О. В. Созинов // Вестн. фармации. – 2010. – № 3. – С. 26–39.
3. Поздняков, А. И. Электрофизика почв / А. И. Поздняков, А. Д. Позднякова. Москва–Дмитров: [б. и.], 2004. – 48 с.
4. Поздняков, А. И. Полевая электрофизика почв / А. И. Поздняков. – Москва: Наука /Интерпериодика, 2001. – 430 c.
5. Рязанцев, П. А. Использование электроразведочных методов для картирования почвенных неоднородностей / П. А. Рязанцев, О. Н. Бахмет // Почвоведение. – 2020. – № 5. – С. 535–546.
6. Comparing temperature correction models for soil electrical conductivity measurement / R. Ma [etal.] // Precision Agriculture. – 2011. – Vol. 12, N 1. – P. 55–66.
7. The temperature correction for the electrical resistivity measurements in undisturbed soil samples: Analysis of the existing conversion models and proposal of a new model / A. Besson [et al.] // Soil Science. – 2008. – Vol. 173, N 10. – С. 707–720.
8. Friedman, S. P. Soil properties influencing apparent electrical conductivity: a review / S.P.Friedman // Computers and electronics in agriculture. – 2005. – Vol. 46, N 1/3. – P. 45–70.
9. Corwin, D. L. Past, present, and future trends of soil electrical conductivity measurement using geophysical methods / D. L. Corwin // Handbook of Agricultural Geophysics / editors: B. J. Allred, J.J.Daniels, M. R. Ehsani. – New York: CRC Press, 2008. – P. 17–44.
10. Поздняков, А. И. Электрофизический подход к оценке некоторых элементов окультуренности и плодородия легких почв гумидной зоны / А. И. Поздняков, П. И. Елисеев, Л.А.Поздняков // Почвоведение. – 2015. – № 7. – С. 832–842.
11. Поздняков, А. И. Электрические параметры почв и почвообразование / А. И. Поздняков // Почвоведение. – 2008. – № 10. – С. 1188–1197.
12. Поздняков, А. И. Электрическое сопротивление как возможный показатель окультуренности пахотных супесчаных почв гумидной зоны / А. И. Поздняков, П. И. Елисеев, А.В.Русаков // Вестн. Москов. ун-та. Сер. 17. Почвоведение. – 2012. – № 2. – С. 54–60.
13. Singh, G. Spatial relation of apparent soil electrical conductivity with crop yields and soil properties at different topographic positions in a small agricultural watershed / G. Singh, K. W. J. Williard, J.E. Schoonover // Agronomy. – 2016. – Vol. 6, N 4. – P. 57.
14. Quantifying the effects of soil variability on crop growth using apparent soil electrical conductivity measurements / A. Stadler [et al.] // Europ. j. of agronomy. – 2015. – Vol. 64. – P. 8–20.
15. Differentiating soil types using electromagnetic conductivity and crop yield maps / C.M.Anderson-Cook [et al.] //Soil Science Soc. of America J. – 2002. – Vol. 66, N5. – P. 1562–1570.
16. Поздняков, А. И. Электрофизические методы исследования почв (методическое пособие для практики по физике почв) / А. И. Поздняков. – Москва: Московский гос. ун-т. – 2009. – 38 c.
17. IEEE Guide for measuring earth resistivity, ground impedance, and earth surface potentials of a grounding system: standard 81-2012 / Institute of Electrical and Electronics Engineers. 2012. doi: 10.1109/IEEESTD.2012.6392181
18. Unde, M. Soil Resistivity Measurement and Interpretation Technique / M. Unde, V. Tathe // Intern. J. of Engineering Research and Applications. – 2020. – Vol. 10, Iss. 5. – P. 25–30.
19. Faleiro, E. Improved measurements of the apparent resistivity for small depths in Vertical Electrical Soundings / E. Faleiro, G. Asensio, J. Moreno // J. of Appl. Geophysics. – 2016. – Vol. 131. – P.117–122.
20. Зубкова, Т. А. Электрическое сопротивление структурных элементов биогеоценозов / Т.А.Зубкова, Н. А. Мартынова, В. М. Белоусов // Изв. Иркутского гос. ун-та. Сер.: Науки о Земле. – 2011. – Т. 4, № 2. – С. 82–89.
REFERENCES
1. Avetov NA, Shishkonakova EA. The concept of trophicity in connection with anthropogenic eutrophication of raised bogs in the Khanty-Mansiysk Ob region. Biul Pochvennogo in-ta im VV Dokuchaeva. 2013;(71):36 – 51. (In Russ.)
2. Pogotskaia AA, Buzuk GN, Sozinov OV. Morphometry of Chelidonium majus L.: relationship between leaf size, shape and content of alkaloids and phenolic compounds. Vestn farmatsii. 2010;(3):26-39. (In Russ.)
3. Pozdniakov AI, Pozdniakova AD. Electrophysics of soils. Moskva–Dmitrov, RF; 2004. 48 s. (In Russ.)
4. Pozdniakov AI. Field electrophysics of soils. Moskva, RF: Nauka/Interperiodika; 2001. 430 s. (In Russ.)
5. Riazantsev PA, Bakhmet ON. The use of electrical exploration methods for mapping soil heterogeneities. Pochvovedenie. 2020;(5):535-46. doi: 10.31857/S0032180X20050123. (In Russ.)
6. Ma R, McBratney A, Whelan B, Minasny B, Short M. Comparing temperature correction models for soil electrical conductivity measurement. Precis Agric. 2011;12(1):55-66. doi: 10.1007/s11119-009-9156-7
7. Besson A, Cousin I, Dorigny A, Dabas M, King D. The temperature correction for the electrical resistivity measurements in undisturbed soil samples: Analysis of the existing conversion models and proposal of a new model. Soil Sci. 2008;173(10):707-20. doi: 10.1097/SS.0b013e318189397f
8. Friedman SP. Soil properties influencing apparent electrical conductivity: a review. Comput electron agric. 2005;46(1/3):45-70. doi: 10.1016/j.compag.2004.11.001
9. Corwin DL. Past, present, and future trends of soil electrical conductivity measurement using geophysical methods. In: Allred BJ, Daniels JJ, Ehsani MR, editors. Handbook of Agricultural Geophysics. New York, USA: CRC Press; 2008. p. 17- 44
10. Pozdniakov AI, Eliseev PI, Pozdniakov LA. Electrophysical approach to the assessment of some elements of cultivation and fertility of light soils in the humid zone. Pochvovedenie. 2015;(7):832-42. doi: 10.7868/S0032180X15050068. (In Russ.)
11. Pozdniakov AI. Electrical parameters of soils and soil formation. Pochvovedenie. 2008;(10):1188-97. (In Russ.)
12. Pozdniakov AI, Eliseev PI, Rusakov AV. Electrical resistance as a possible indicator of the cultivation of arable sandy loam soils in the humid zone. Vestn Moskov un-ta Ser 17 Pochvovedenie. 2012;(2):54-60. (In Russ.)
13. Singh G, Williard KWJ, Schoonover JE. Spatial relation of apparent soil electrical conductivity with crop yields and soil properties at different topographic positions in a small agricultural watershed. Agronomy. 2016;6(4):57. doi: 10.3390/agronomy6040057
14. Stadler A, Rudolph S, Kupisch M, Langensiepen M, Kruk J, Ewert F. Quantifying the effects of soil variability on crop growth using apparent soil electrical conductivity measurements. Eur J Agron. 2015;64:8-20. doi: 10.1016/j.eja.2014.12.004
15. Anderson-Cook CM, Alley MM, Roygard JKF, Khosla R, Noble RB, Doolittle JA. Differentiating soil types using electromagnetic conductivity and crop yield maps. Soil Sci Soc Am J. 2002;66(5):1562-70. doi: 10.2136/sssaj2002.1562
16. Pozdniakov AI. Electrophysical methods of soil research (methodological guide for practice in soil physics). Moskva, RF: Moskovskii gos un-t; 2009. 38 s. (In Russ.)
17. Institute of Electrical and Electronics Engineers. Standard 81-2012 - IEEE Guide for measuring earth resistivity, ground impedance, and earth surface potentials of a grounding system. 2012. doi: 10.1109/IEEESTD.2012.6392181
18. Unde M, Tathe V. Soil Resistivity Measurement and Interpretation Technique. Int J Eng Res Appl. 2020;10(5):25-30
19. Faleiro E, Asensio G, Moreno J. Improved measurements of the apparent resistivity for small depths in Vertical Electrical Soundings. J Appl Geophy. 2016;131:117-22. doi: 10.1016/j.jappgeo.2016.05.016
20. Zubkova TA, Martynova NA, Belousov VM. Electrical resistance of structural elements of biogeocenoses. Izv Irkutskogo gos un-ta Ser Nauki o Zemle. 2011;4(2):82–9. (In Russ.)
Адрес для корреспонденции:
г. Витебск, Республика Беларусь,
тел. +375-29-715-08-38,
E-mail: Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.,
профессор, доктор фармацевтических наук,
Бузук Г.Н.
Поступила 14.09.2021 г.