УДК 631.4
DOI: https://doi.org/10.52540/2074-9457.2022.2.65
Г. Н. Бузук
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРОФНОСТИ ПОЧВ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМ МЕТОДОМ. СООБЩЕНИЕ 5. ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ
г. Витебск, Республика Беларусь
В полевых условиях апробирована авторская установка для измерения удельного электрического сопротивления (УЭС) почвы. Подтверждена зависимость определяемого УЭС от степени заглубления неизолированных электродов в почву, обнаруженная нами в лабораторных опытах с водонасыщенной почвой и ее водными экстрактами. Зависимость УЭС от заглубления электродов в почву хорошо аппроксимируется, так же как и в лабораторных опытах, степенной функцией. В различных растительных сообществах с преобладанием в их составе лекарственных растений определены УЭС почвы. Рассчитаны плотность вероятности полученных векторов УЭС с использованием непараметрической (kernel) регрессии, а также плотность вероятности нормального распределения (распределение Гаусса). Отмечена высокая вариабельность полученных данных, которая может быть связана как с влиянием микрорельефа, так и корневых систем растений. Обнаружена различная окрашиваемость фракции песка (или ее отсутствие) из пахотного слоя и горизонтов А1 и В почвы катионным красителем метиленовым синим, которая обусловлена присутствием органического вещества почвы. Различная окрашиваемость частиц фракции песка представляет существенный интерес для дальнейшего изучения этого явления относительно различных горизонтов разных типов почв, а также слоев геологических обнажений осадочных пород.
Ключевые слова: геофизические методы, электрофизика почв, установка Wenner, метиленовый синий, глины, песок.
SUMMARY
G. N. Buzuk
DETERMINATION OF SOIL TROPHIСITY BY ELECTROPHYSICAL METHOD. MESSAGE 5. FIELD TESTS
The author's installation for measuring specific electrical resistance (UES) of the soil was tested in the field. Dependence of the determined UES on the degree of deepening of uninsulated electrodes into the soil which we determined in the laboratory experiments with water-saturated soil and its aqueous extracts was confirmed. Dependence of UES on the deepening of electrodes into the soil is well approximated as well as in laboratory experiments by a power function. In various phytocenoses with a predominance of medicinal plants in their composition soil UES are determined. Density of probable obtained UES vectors using nonparametric (kernel) regression as well as density of probable normal distribution (Gaussian distribution) is calculated. High variability of the data obtained which can be associated both with the influence of microrelief and root systems of plants was noted. Different coloring value of the sand fraction (or its absence) from topsoil and horizons A1 and B of the soil with the cationic dye methylene blue which is due to the presence of soil organic matter was found. Different coloring value of the sand fraction particles is of considerable interest for further study of this phenomenon with respect to different horizons of different types of soils as well as layers of geological outcrops of sedimentary rocks.
Keywords: geophysical methods, soil electrophysics, soil matrix, Wenner installation, methylene blue, clay, sand.
ЛИТЕРАТУРА
1. Relationship between apparent electrical conductivity and soil physical properties in a Malaysian paddy field / A. Gholizadeh [et al.] // Arch. of Agronomy and Soil Science. – 2012. – Vol. 58, N 2. – P. 155–168.
2. Molin, J. P. Establishing management zones using soil electrical conductivity and other soil properties by the fuzzy clustering technique / J. P. Molin, C. N. Castro // Scientia Agricola. – 2008. – Vol. 65, N 6. – P. 567–573.
3. Moral, F. J. Delineation of management zones using mobile measurements of soil apparent electrical conductivity and multivariate geostatistical techniques / F. J. Moral, J. M. Terrón, J. R. Marques Da Silva // Soil and Tillage Research. – 2010. – Vol. 106, N 2. – P. 335–343.
4. Yan, L. Delineation of site-specific management zones based on temporal and spatial variability of soil electrical conductivity / L. Yan, S. Zhou, L. Feng // Pedosphere. – 2007. – Vol. 17, N 2. – P. 156–164.
5. Morari, F. Application of multivariate geostatistics in delineating management zones within a gravelly vineyard using geo-electrical sensors / F. Morari, A. Castrignanò, C. Pagliarin // Computers and Electronics in Agriculture. – 2009. – Vol. 68, N 1. – P. 97–107.
6. Scale dependent variability of soil electrical conductivity by indirect measures of soil properties / A. Bekele [et al.] // J. of Terramechanics. – 2005. – Vol. 42, N 3/4. – P. 339–351.
7. Soil management zones delineated by electrical conductivity to characterize spatial and temporal variations in potato yield and in soil properties / A. N. Cambouris [et al.] //Amer. j. of potato research. – 2006. – Vol. 83, N 5. – P. 381–395.
8. McBride, R. A. Estimating forest soil quality from terrain measurements of apparent electrical conductivity / R. A. McBride, S. C. Shrive, A. M. Gordon // Soil science soc. of America j. – 1990. – Vol. 54, N 1. – P. 290–293.
9. Corwin, D. L. Characterizing soil spatial variability with apparent soil electrical conductivity: Part II. Case study / D. L. Corwin, S. M. Lesch // Computers and Electronics in Agriculture. – 2005. – Vol. 46, N 1/3. – P. 135–152.
10. Lund, E. D. Practical applications of soil electrical conductivity mapping / E. D. Lund, C. D. Christy, P. E. Drummond // Precision agriculture / ed. J. V. Stafford. – Sheffield: Sheffield Academic Press, 1999. – P. 771–779.
11. Soil sensors and plant wearables for smart and precision agriculture / H. Yin [et al.] // Advanced Materials. – 2021. – Vol. 33, N 20. – P. 2007764.
12. Imaging the electrical conductivity of the soil profile and its relationships to soil water patterns and drainage characteristics / A. G. El-Naggar [et al.] // Precision Agriculture. – 2021. – Vol. 22, N 4. – P. 1045–1066.
13. Monteiro, A. Precision agriculture for crop and livestock farming–Brief review / A. Monteiro, S. Santos, P. Gonçalves // Animals. – 2021. – Vol. 11, N 8. – P. 2345.
14. Heiniger, R. W. Using soil electrical conductivity to improve nutrient management / R. W. Heiniger, R. G. McBride, D. E. Clay // Agronomy j. – 2003. – Vol. 95, N 3. – P. 508–519.
15. Якушев, В. В. Точное земледелие: теория и практика / В. В. Якушев. – Санкт-Петербург: Агрофизический науч.-исслед. ин-т, 2016. – 364 с.
16. Бузук, Г. Н. Определение трофности почв электрофизическим методом. Сообщение 1. Устройство и лабораторная методика / Г. Н. Бузук // Вестн. фармации. – 2021. – № 3. – С. 32–40.
17. Бузук, Г. Н. Определение трофности почв электрофизическим методом. Сообщение 2. Конструкция электродов и способ расчета геометрического коэффициента / Г. Н. Бузук // Вестн. фармации. – 2021. – № 4. – С. 46–52.
18. Бузук, Г. Н. Определение трофности почв электрофизическим методом. Сообщение 3. Корректировка влияния влажности / Г. Н. Бузук // Вестн. фармации. – 2021. – № 4. – С. 74–84.
19. Бузук, Г. Н. Определение трофности почв электрофизическим методом. Сообщение 4. Почвенная матрица / Г. Н. Бузук // Вестн. фармации. – 2022. – № 1. – С. 56–62.
20. Бузук, Г. Н. Спиральный бур для взятия образцов почвы / Г. Н. Бузук // Вестн. фармации. – 2018. – № 3. – С. 33–35.
21. Шеин, Е. В. Агрофизика / Е. В. Шеин, В. М. Гончаров. – Mосква: Московский гос. ун-т им. М. В. Ломоносова, 2006. – 194 с.
22. Comparing temperature correction models for soil electrical conductivity measurement / R. Ma [et al.] // Precision agriculture. – 2011. – Vol. 12, N 1. – P. 55–66.
23. Organic matter removal from soils using hydrogen peroxide, sodium hypochlorite, and disodium peroxodisulfate / R. Mikutta [et al.] // Soil science soc. of America j. – 2005. – Vol. 69, N 1. – P. 120–135.
24. Electrical resistivity tomography as a non-destructive method for mapping root biomass in an orchard / R. Rossi [et al.] // Europ. J. of Soil Science. – 2011. – Vol. 62, N 2. – P. 206–215.
25. In situ detection of tree root distribution and biomass by multi-electrode resistivity imaging / M. Amato [et al.] // Tree physiology. – 2008. – Vol. 28, N 10. – P. 1441–1448.
26. Paglis, C. M. Application of electrical resistivity tomography for detecting root biomass in coffee trees / C. M. Paglis // Intern. J. of Geophysics. – 2013. – Vol. 2013. – P. 1–6.
27. Александрова, Л. Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации / Л. Н. Александрова. – Ленинград: Наука, 1980. – 288 с.
28. Тейт, Р. Органическое вещество почвы: биологические и экологические аспекты / Р. Тейт. – Москва: Мир, 1991. – 400 с.
29. Поздняков, А. И. Электрофизика почв / А. И. Поздняков, А. Д. Позднякова. – Москва-Дмитров: Московский гос. ун-т, 2004. – 48 с.
30. Вадюнина, А. Ф. Методы исследования физических свойств почв / А. Ф. Вадюнина, З. А. Корчагина. – Москва: Агропромиздат, 1986. – 416 с.
REFERENCES
1. Gholizadeh A, Amin MSM, Anuar AR, Wayayok A. Relationship between apparent electrical conductivity and soil physical properties in a Malaysian paddy field. Arch Agron Soil Sci. 2012;58(2):155–68. doi: 10.1080/03650340.2010.509132
2. Molin JP, Castro CN. Establishing management zones using soil electrical conductivity and other soil properties by the fuzzy clustering technique. Sci Agric. 2008;65(6):567–73. doi: 10.1590/S0103-90162008000600001
3. Moral FJ, Terrón JM, Marques Da Silva J. R. Delineation of management zones using mobile measurements of soil apparent electrical conductivity and multivariate geostatistical techniques. Soil Tillage Res. 2010;106(2):335–43. doi: 10.1016/j.still.2009.12.002
4. Yan L, S. Zhou S, Feng L. Delineation of site-specific management zones based on temporal and spatial variability of soil electrical conductivity. Pedosphere. 2007;17(2):156–64
5. Morari F, Castrignanò A, Pagliarin C. Application of multivariate geostatistics in delineating management zones within a gravelly vineyard using geo-electrical sensors. Comput Electron Agric. 2009;68(1):97–107. doi: 10.1016/j.compag.2009.05.003
6. Bekele A, Hudnall WH, Daigle JJ, Prudente JA, Wolcott M. Scale dependent variability of soil electrical conductivity by indirect measures of soil properties. J Terramech. 2005;42(3-4):339–51. doi: 10.1016/j.jterra.2004.12.004
7. Cambouris AN, Nolin MC, Zebarth BJ, Laverdiere MR. Soil management zones delineated by electrical conductivity to characterize spatial and temporal variations in potato yield and in soil properties. Am J Potato Res. 2006;83(5):381–95. doi: 10.1007/BF02872015
8. McBride RA, Shrive SC, Gordon AM. Estimating forest soil quality from terrain measurements of apparent electrical conductivity. Soil Sci Soc Am J. 1990;54(1):290–3. doi: 10.2136/sssaj1990.03615995005400010047x
9. Corwin DL, Lesch SM. Characterizing soil spatial variability with apparent soil electrical conductivity: Part II. Case study. Comput Electron Agric. 2005;46(1-3):135–52. doi: 10.1016/j.compag.2004.11.003
10. Lund ED, Christy CD, Drummond PE. Practical applications of soil electrical conductivity mapping. In: Stafford JV, editor. Precision agriculture. Sheffield, Great Britain: Sheffield Academic Press; 1999. p. 771–9
11. Yin H, Cao Y, Marelli B, Zeng X, Mason AJ, Cao C. Soil sensors and plant wearables for smart and precision agriculture. Adv Mater. 2021;33(20):2007764. doi: 10.1002/adma.202007764
12. El-Naggar AG, Hedley CB, Roudier P, Horne D, Clothier BE. Imaging the electrical conductivity of the soil profile and its relationships to soil water patterns and drainage characteristics. Precis Agric. 2021;22(4):1045–66. doi: 10.1007/s11119-020-09763-x
13. Monteiro A, Santos S, Gonçalves P. Precision agriculture for crop and livestock farming–Brief review. Animals (Basel). 2021;11(8):2345. doi: 10.3390/ani11082345
14. Heiniger RW, McBride RG, Clay DE. Using soil electrical conductivity to improve nutrient management. Agron J. 2003;95(3):508–19. doi: 10.2134/agronj2003.0508
15. Iakushev VV. Precision farming: theory and practice. Sankt-Peterburg, RF: Agrofizicheskii nauch-issled in-t; 2016. 364 s. (In Russ.)
16. Buzuk GN. Determination of soil trophicity by electrophysical method. Message 1. Device and laboratory technique. Vestn farmatsii. 2021;(3):32–40. doi: 10.52540/2074-9457.2021.3.32. (In Russ.)
17. Buzuk GN. Determination of soil trophicity by electrophysical method. Message 2. The design of the electrodes and the method of calculating the geometric coefficient. Vestn farmatsii. 2021;(4):46-52. doi: 10.52540/2074-9457.2021.4.46. (In Russ.)
18. Buzuk GN. Determination of soil trophi-city by electrophysical method. Message 3. Humidity correction. Vestn farmatsii. 2021;(4):74–84. doi: 10.52540/2074-9457.2021.4.74. (In Russ.)
19. Buzuk GN. Determination of soil trophicity by electrophysical method. Message 4. Soil matrix. Vestn farmatsii. 2022;(1):56–62. (In Russ.)
20. Buzuk GN. Spiral drill for taking soil samples. Vestn farmatsii. 2018;(3):33–5. (In Russ.)
21. Shein EV, Goncharov VM. Agrophysics. Moskva, RF: Moskovskii gos un-t im MV Lomonosova; 2006. 194 s. (In Russ.)
22. 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
23. Mikutta R, Kleber M, Kaiser K, Jahn R. Organic matter removal from soils using hydrogen peroxide, sodium hypochlorite, and disodium peroxodisulfate. Soil Sci Soc Am J. 2005;69(1):120–35. doi: 10.2136/sssaj2005.0120
24. Rossi R, Amato M, Bitella G, Bochicchio R, Ferreira Gomes JJ, Lovelli S et al. Electrical resistivity tomography as a non-destructive method for mapping root biomass in an orchard. Eur J Soil Sci. 2011;62(2):206–15. doi: 10.1111/j.1365-2389.2010.01329.x
25. Amato M, Basso B, Celano G, Bitella G, Morelli G, Rossi R. In situ detection of tree root distribution and biomass by multi-electrode resistivity imaging. Tree Physiol. 2008;28(10):1441-8. doi: 10.1093/treephys/28.8.1441
26. Paglis CM. Application of electrical resistivity tomography for detecting root biomass in coffee trees. Intern J of Geophysics. 2013;2013:1–6. doi: 10.1155/2013/383261
27. Aleksandrova LN. Soil organic matter and processes of its transformation. Leningrad, RF: Nauka; 1980. 288 s. (In Russ.)
28. Teit R. Soil organic matter: biological and ecological aspects. Moskva, RF: Mir; 1991. 400 s. (In Russ.)
29. Pozdniakov AI, Pozdniakova AD. Electrophysics of soils. Moskva–Dmitrov, RF: Moskovskii gos un-t; 2004. 48 s. (In Russ.)
30. Vadiunina AF, Korchagina ZA. Methods for studying the physical properties of soils. Moskva, RF: Agropromizdat; 1986. 416 s. (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 10.06.2022 г.