УДК 631.425
DOI: https://doi.org/10.52540/2074-9457.2024.4.44
Скачать статью

 

Г. Н. Бузук 

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТРОФНОСТИ ПОЧВ ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИМ МЕТОДОМ. СООБЩЕНИЕ 8. ПОЛЕВЫЕ ИСПЫТАНИЯ С КВАДРАТНОЙ УСТАНОВКОЙ

г. Витебск, Республика Беларусь

Целью настоящей работы явилась апробация и оптимизация техники измерений и расчетов удельного электрического сопротивления (УЭС) почвы при использовании квадратной установки в полевых условиях.

Установлено, что линейная зависимость между глубиной погружения электродов и УЭС при использования квадратной установки и расчета геометрического коэффициента по формуле Венера (1) наблюдается только при полной влагоемкости самой почвы. При снижении объемной влажности почвы имеет место некоторое отклонение зависимости от линейной. В определенных пределах нелинейность может быть скорректирована корневым преобразованием глубины погружения электродов в почву.

Выявлены три типа зависимости УЭС от глубины погружения электродов в почву. Эти зависимости могут интерпретироваться как указание на различные характер и стадии почвообразовательного процесса в различных фитоценозах, что дает возможность их экспрессной оценки во времени и пространстве.

Квадратная установка может использоваться как в лабораторных, так и полевых определениях электросопротивления (электропроводности) почвы и почвенных экстрактов и позволяет работать с ненарушенными образцами почвы in situ. Методика может использоваться для косвенной оценки трофности почв в местах произрастания или выращивания лекарственных растений.

Ключевые слова: геофизические методы, электрофизика почв, квадратная установка, электросопротивление, объемная влажность.

 

SUMMARY

N. Buzuk

SOIL TROPHICITY DETERMINATION BY ELECTROPHYSICAL METHOD. MESSAGE 8. FIELD TESTS USING SQUARE UNIT

The aim of this work was to test and optimize the measurement and calculation techniques of specific electrical resistance (SER) of soil using a square unit in field conditions.

It was stated that linear relationship between the depth of electrode immersion and SER when using the square unit and calculating the geometric coefficient according to the Wenner formula (2) is observed only at full moisture capacity (FMC) of the soil itself. When the volumetric soil moisture decreases a deviation from linearity occurs. Within certain limits this non-linearity can be corrected by a root transformation of the electrode immersion depth into the soil.

Three types of SER dependence from the electrode immersion depth into the soil were identified. These dependencies can be interpreted as an indication of different characteristics and stages of the soil formation process in various phytocenoses allowing their rapid assessment over time and space.

The square unit can be used for both laboratory and field determinations of electric resistance (electrical conductivity) of soil and soil extracts and it allows working with undisturbed soil samples in situ. The technique can be used for indirect assessment of soil trophicity in the areas of medicinal plants growth or cultivation.

Keywords: geophysical methods, soil electrophysics, square unit, electric resistance, volumetric moisture.

 

ЛИТЕРАТУРА

  1. Поздняков, А. И. Электрофизика почв / А. И. Поздняков, А. Д. Позднякова. – Москва-Дмитров: Изд-во Московского гос. ун-та, 2004. – 48 с.
  2. Поздняков, А. И. Электрофизические свойства некоторых почв / А. И. Поздняков, Ч. Г. Гюлалыев. – Москва-Баку: Адильоглы, 2004. – 240 с.
  3. Поздняков, А. И. Полевая электрофизика в почвоведении, мелиорации и земледелии / А. И. Поздняков, Н. Г. Ковалев, А. Д.Позднякова. – Тверь: ЧуДо, 2002. – 257 с.
  4. Вадюнина, А. Ф. Методы исследования физических свойств почв / А. Ф. Вадюнина, З. А.Корчагина. – 3-е изд., перераб. и доп. – Москва: Агропромиздат, 1986. – 416 с.
  5. Relationship between apparent electrical conductivity and soil physical properties in a Malaysian paddy field / A. Gholizadeh, M. S. M. Amin, A. R. Anuar, A. Wayayok // Archives of agronomy and soil science. – 2012. – Vol. 58,
    N 2. – P. 155–168.
  6. 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.
  7. 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.
  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. Electrical resistivity survey in soil science: a review / A. Samouëlian, I. Cousin, A. Tabbagh[et al.] // Soil and tillage research. – 2005. – Vol. 83, N 2. – P. 173–193.
  10. Reynolds, J. M. An introduction to applied and environmental geophysics / J. M. Reynolds. – Chichester: John Wiley & Sons, 2011. – 696 p.
  11. The geophysical toolbox applied to forest ecosystems–A review / B. Loiseau, S. D. Carrière, D. Jougnot [et al.] // Science of the total environment. – 2023. – Vol. 899. – P. 165503.
  12. Handbook of agricultural geophysics / ed.: B. J. Allred, J. J. Daniels, M. R. Ehsani. – Boca Raton: Taylor & Francis Group, 2008. – 410 p.
  13. Corwin, D. L. Past, present, and future trends of soil electrical conductivity measurement using geophysical methods / D. L. Corwin // Handbook of Agricultural Geophysics / ed.: B. J. Allred, J. J. Daniels, M. R. Ehsani. – New York: CRC Press, 2008. – P. 17– 44.
  14. Heiniger, R. W. Using soil electrical conductivity to improve nutrient management / R. W. Heiniger, R. G. McBride, D. E. Clay //Agronomy journal. – 2003. – Vol. 95, N 3. – P. 508–519.
  15. Бузук, Г. Н. Определение трофности почв электрофизическим методом. Сообщение 7. Новое в технике измерений и расчетов / Г. Н. Бузук // Вестник фармации. – 2024. – № 2. – С. 31–41.
  16. Habberjam, G. M. The use of a square configuration in resistivity prospecting / G. M. Habberjam, G. E. Watkins // Geophysical prospecting. – 1967. – Vol. 15, N 3. – P. 445–467.
  17. Habberjam, G. M. The effects of anisotropy on square array resistivity measurements / G. M. Habberjam // Geophysical prospecting. – 1972. – Vol. 20, N 2. – P. 249–266.
  18. Бузук, Г. Н. Определение трофности почв электрофизическим методом. Сообщение 1. Устройство и лабораторная методика / Г. Н. Бузук // Вестник фармации. – 2021. – № 3. – С. 32–40.
  19. Бузук, Г. Н. Определение трофности почв электрофизическим методом. Сообщение 2. Конструкция электродов и способ расчета геометрического коэффициента / Г. Н. Бузук // Вестник фармации. – 2021. – № 4. – С. 46–52.
  20. Бузук, Г. Н. Определение трофности почв электрофизическим методом. Сообщение 3. Корректировка влияния влажности / Г. Н. Бузук // Вестник фармации. – 2021. – № 4. – С. 74–84.
  21. Бузук, Г. Н. Определение трофности почв электрофизическим методом. Сообщение 4. Почвенная матрица / Г. Н. Бузук // Вестник фармации. – 2022. – № 1. – С. 56–62.
  22. Бузук, Г. Н. Определение трофности почв электрофизическим методом. Сообщение 5. Полевые испытания / Г. Н. Бузук // Вестник фармации. – 2022. – № 2. – С. 65–76.
  23. Бузук, Г. Н. Определение трофности почв электрофизическим методом. Сообщение 6. Квадратная установка, конструкция электродов и способ расчета геометрического коэффициента / Г. Н. Бузук // Вестник фармации. – 2022. – № 3. – С. 23–29.
  24. Wenner, F. A method of measuring earth resistivity / F. Wenner // Bulletin of the Bureau of Standards. – Washington: Government Printing Office, 1916. – Vol. 12. – P. 469–478.
  25. Moreira, S. S. A comparative evaluation of vertical fractures using different azimuthal electrical resistivity survey arrays / S. S. Moreira, L. A. P. Bacellar, P. R. A. Aranha // Near Surface Geophysics. – 2019. – Vol. 17, N 4. – P. 345–357.
  26. Comparison of three small-scale devices for the investigation of the electrical conductivity/resistivity of swelling and other clays / S. Kaufhold, C. Grissemann, R. Dohrmann [et al.] // Clays and clay minerals. – 2014. – Vol. 62. – P. 1–12.
  27. Стадии постагрогенного восстановления компонентов экосистем сосновых лесов национального парка “Смоленское Поозерье” / О. В. Шопина, А. П. Гераськина, А. И. Кузнецова [и др.] // Почвоведение. – 2023. – № 1. – C. 20–34.
  28. Попов, А. И. Лабораторное моделирование условий перераспределения железа по профилю лесных песчаных почв / А. И. Попов, А. В. Русаков // Грунтоведение. – 2019. – № 2. – С. 57–62.
  29. Зайдельман, Ф. Р. Причины образования светлых кислых элювиальных горизонтов в профиле почв / Ф. Р. Зайдельман // Почвоведение. – 2007. – № 10. – С. 1155–1167.
  30. Зайдельман, Ф. Р. Деградированная почва. Можно ли этого избежать? / Ф. Р. Зайдельман // Вестник Российской академии наук. – 2007. – Т. 77, № 11. – С. 991–998.
  31. Зайдельман Ф. Р. Формы кислотного гидролиза и глееобразования и их роль в возникновении светлых кислых элювиальных (подзолистых) горизонтов / Ф. Р. Зайдельман // Почвоведение. – 2010. – № 4. – С. 387–398.
  32. Зайдельман Ф. Р. Роль глееобразования в формировании и деградации почв / Ф. Р. Зайдельман // Вестник Российской академии наук. – 2016. – Т. 86, № 4. – С. 342–351.
  33. Локальное протекание почвообразовательных процессов как фактор корректировки моделей плодородия почв / В. Савич, В. Наумов, М. Котенко [и др.] // Международный сельскохозяйственный журнал. – 2017. – № 1. – С. 49–53.
  34. Бузук, Г. Н. Универсальный характер М-образной зависимости между основным и специализированным обменом у лекарственных растений / Г. Н. Бузук, М. Я. Ловкова, С. М. Соколова // Вестник фармации. – 2006. – № 1. – С. 23–33.
  35. Isah, T. Stress and defense responses in plant secondary metabolites production / T. Isah // Biological research. – 2019. – Vol. 52, N 1. – P. 1–25.
  36. Environmental stress and secondary metabolites in plants: an overview / M. A. Ashraf, M. Iqbal, R. Rasheed [et al.] // Plant metabolites and regulation under environmental stress / ed.: P. Ahmad [et al.]. – 2018. – P. 153–167.
  37. Plant secondary metabolite biosynthesis and transcriptional regulation in response to biotic and abiotic stress conditions / R. Jan, S. Asaf, M. Numan [et al.] //Agronomy. – 2021. – Vol. 11, N 5. – P. 968.
  38. Plant hormones and secondary metabolites under environmental stresses: Enlightening defense molecules / S. Kumari, F. Nazir, C. Maheshwari [et al.] // Plant physiology and biochemistry. – 2024. – Vol. 206. – P. 108238.
  39. Jha, Y. Plant secondary metabolites as a tool to investigate biotic stress tolerance in plants: a review / Y. Jha, H. I. Mohamed // Gesunde Pflanzen. – 2022. – Vol. 74, N 4. – P. 771–790.

REFERENCES

  1. Pozdniakov AI, Pozdniakova AD. Electrophysics of soils. Moskva-Dmitrov, RF: Izd-vo Moskovskogo gos un-ta; 2004. 48 s. (In Russ.)
  2. Pozdniakov AI, Giulalyev ChG. Electrophysical properties of some soils. Moskva-Baku, RF, Azerbaidzhan: Adil’ogly; 2004. 240 s. (In Russ.)
  3. Pozdniakov AI, Kovalev NG, Pozdniakova AD. Field electrophysics in soil science, melioration and agriculture. Tver’, RF: ChuDo; 2002. 257 s. (In Russ.)
  4. Vadiunina AF, Korchagina ZA. Methods of studying the physical properties of soils. 3-e izd, pererab i dop. Moskva, RF: Agropromizdat; 1986. 416 s. (In Russ.)
  5. 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
  6. 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
  7. Lund ED, Christy CD, Drummond PE. Practical applications of soil electrical conductivity mapping. In: Stafford JV, editor. Precision agriculture. Sheffield, United Kingdom: Sheffield Academic Press; 1999. p. 771–9
  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. Samouëlian A, CousinI, TabbaghA, Bruand A, Richard G. Electrical resistivity survey in soil science: a review. Soil Tillage Res. 2005;83(2):173–93. doi: 10.1016/j.still.2004.10.004
  10. Reynolds JM. An introduction to applied and environmental geophysics. Chichester, United Kingdom: John Wiley & Sons; 2011. 696 p
  11. Loiseau B, Carrière SD, Jougnot D, Singha K, Mary B, Delpierre N et al. The geophysical toolbox applied to forest ecosystems–A review. Sci Total Environ. 2023;899:165503. doi: 10.1016/j.scitotenv.2023.165503
  12. Allred BJ, Daniels JJ, Ehsani MR, editors. Handbook of agricultural geophysics. Boca Raton, USA: Taylor & Francis Group; 2008. 410 p
  13. 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
  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. Buzuk GN. Determination of soil trophicity by electrophysical method. Message 7. New in measurement and calculation techniques. Vestnik farmatsii. 2024;(2):31–41. doi: 10.52540/2074-9457.2024.2.31. (In Russ.)
  16. Habberjam GM, Watkins GE. The use of a square configuration in resistivity prospecting. Geophys Prospect. 1967;15(3):445–67. doi: 10.1111/j.1365-2478.1967.tb01798.x
  17. Habberjam GM. The effects of anisotropy on square array resistivity measurements. Geophys Prospect. 1972;20(2):249–66. doi: 10.1111/j.1365-2478.1972.tb00631.x
  18. Buzuk GN. Determination of soil trophicity by electrophysical method. Message 1. Device and laboratory technique. Vestnik farmatsii. 2021;(3):32–40. doi: 10.52540/2074-9457.2021.3.32. (In Russ.)
  19. Buzuk GN. Determination of soil trophicity by electrophysical method. Message 2. The design of the electrodes and the method of calculating the geometric coefficient. Vestnik farmatsii. 2021;(4):46–52. doi: 10.52540/2074-9457.2021.4.46. (In Russ.)
  20. Buzuk GN. Determination of soil trophicity by electrophysical method. Message 3. Correction of humidity influence. Vestnik farmatsii. 2021;(4):74–84. doi: 10.52540/2074-9457.2021.4.74. (In Russ.)
  21. Buzuk GN. Determination of soil trophicity by electrophysical method. Message 4. Soil matrix. Vestnik farmatsii. 2022;(1):56–62. doi: 10.52540/2074-9457.2022.1.56. (In Russ.)
  22. Buzuk GN. Determination of soil trophicity by electrophysical method. Message 5. Field trials. Vestnik farmatsii. 2022;(2):65–76. doi: 10.52540/2074-9457.2022.2.65. (In Russ.)
  23. Buzuk GN. Determination of soil trophicity by electrophysical method. Message 6. Square installation, electrode design and method of calculating the geometric coefficient. Vestnik farmatsii. 2022;(3):23–9. doi: 10.52540/2074-9457.2022.3.23. (In Russ.)
  24. Wenner F. A method of measuring earth resistivity. Bulletin of the Bureau of Standards. Washington, USA: Government Printing Office; 1916;12:469–78
  25. Moreira SS, Bacellar LAP, Aranha PRA. A comparative evaluation of vertical fractures using different azimuthal electrical resistivity survey arrays. Near Surf Geophys. 2019;17(4):345–57. doi: 10.1002/nsg.12047
  26. Kaufhold S, Grissemann C, Dohrmann R, Klinkenberg M, Decher A. Comparison of three small-scale devices for the investigation of the electrical conductivity/resistivity of swelling and other clays. Clays Clay Miner. 2014;62:1–12. doi: 10.1346/CCMN.2014.0620101
  27. Shopina OV, Geras’kina AP, Kuznetsova AI, Tikhonova EV, Titovets AV, Bavshin IM i dr. Stages of post-agrogenic restoration of ecosystem components of pine forests of the Smolenskoye Poozerie National Park. Pochvovedenie. 2023;(1):20–34. doi: 10.31857/S0032180X22600706. (In Russ.)
  28. Popov AI, Rusakov AV. Laboratory modeling of iron redistribution conditions along the profile of forest sandy soils. Gruntovedenie. 2019;(2):57–62. (In Russ.)
  29. Zaidel’man FR. Causes of formation of light acidic eluvial horizons in the soil profile. Pochvovedenie. 2007;(10):1155–67. (In Russ.)
  30. Zaidel’man FR. Degraded soil. Can it be avoided? Vestnik Rossiiskoi akademii nauk. 2007;77(11):991–8. (In Russ.)
  31. Zaidel’man FR. Forms of acid hydrolysis and gley formation and their role in the emergence of light acidic eluvial (podzolic) horizons. Pochvovedenie. 2010;(4):387–98. (In Russ.)
  32. Zaidel’man FR. The role of gley formation in the formation and degradation of soils. Vestnik Rossiiskoi akademii nauk. 2016;86(4):342–51. doi: 10.7868/S086958731604023X. (In Russ.)
  33. Savich V, Naumov V, Kotenko M, Gukalov V, Sedykh V. Local flow of soil-forming processes as a factor in adjusting soil fertility models. Mezhdunarodnyi sel’skokhoziaistvennyi zhurnal. 2017;(1):49–53. (In Russ.)
  34. Buzuk GN, Lovkova MIa, Sokolova SM. Universal nature of the M-shaped relationship between the basic and specialized metabolism in medicinal plants. Vestnik farmatsii. 2006;(1):23–33. (In Russ.)
  35. Isah T. Stress and defense responses in plant secondary metabolites production. Biol Res. 2019;52(1):1–25. doi: 10.1186/s40659-019-0246-3
  36. Ashraf MA, Iqbal M, Rasheed R, Hussain I, Riaz M, Arif MS. Environmental stress and secondary metabolites in plants: an overview. In: Ahmad P, Ahanger MA, Singh VP, Tripathi DK, Alam P, Alyemeni MN, editors. Plant metabolites and regulation under environmental stress. 2018. p. 153–67
  37. Jan R, Asaf S, Numan M, Lubna, Kim KM. Plant secondary metabolite biosynthesis and transcriptional regulation in response to biotic and abiotic stress conditions. Agronomy. 2021;11(5):968. doi: 10.3390/agronomy11050968
  38. Kumari S, Nazir F, Maheshwari C, Kaur H, Gupta R, Siddique KHM et al. Plant hormones and secondary metabolites under environmental stresses: Enlightening defense molecules. Plant Physiol Biochem. 2024;206:108238. doi: 10.1016/j.plaphy.2023.108238
  39. Jha Y, Mohamed HI. Plat secondary metabolites as a tool to investigate biotic stress tolerance in plants: a review. Gesunde Pflanz. 2022;74(4):771–90. doi: 10.1007/s10343-022-00669-4

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 20.11.2024 г.