УДК 631.42:631.43
DOI: https://doi.org/10.52540/2074-9457.2026.2.27
Скачать статью
Г. Н. Бузук
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ ДИАГНОСТИКА ПОЧВ НА ОСНОВЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО СОЧЕТАНИЯ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ
г. Витебск, Республика Беларусь
Предложен метод количественной оценки глинистой фракции почв, основанный на определении удельного объема гидратированной системы vlab после стандартизованной физико-химической обработки (увлажнение, ультразвуковое диспергирование и центрифугирование). Показано, что величина vlab интегрально отражает суммарный вклад структурно-минеральной матрицы и процессов гидратации, связанных с тонкодисперсной фазой почвенного профиля. Для интерпретации результатов введена нормированная шкала на основе экспериментальных эталонов чистого кварцевого песка и региональной эталонной глины. Выведена аналитическая формула расчета эффективной (функциональной) глинистости (Clay %).
Введена нормированная шкала интерпретации результатов на основе экспериментальных эталонов песка и глины, позволяющая рассчитывать эффективную (функциональную) долю глинистой фракции. Параллельно проведен анализ частотно-зависимой электропроводности почвенных суспензий, на основании которого предложена интерпретация параметров GR1k и GR100k как индикаторов потенциальной и актуальной трофности почвы.
Показано, что совместный анализ vlab и кондуктометрических характеристик формирует согласованную систему признаков, отражающих как структурное состояние почвы, так и свойства жидкой фазы. Предложенный подход позволяет выявлять скрытые функциональные особенности почвенной системы и может быть использован для экспресс-диагностики ее агрохимического состояния.
Ключевые слова: трофность почв, набухаемость, удельный объем, электропроводность, органо-минеральный гель, ультразвуковое диспергирование.
SUMMARY
G. N. Buzuk
FUNCTIONAL SOIL DIAGNOSTICS BASED ON INTEGRATED COMBINATION OF HYDROPHYSICAL AND ELECTROPHYSICAL PARAMETERS
A method for quantitative assessment of clay fraction in soils is proposed based on the determination of the specific volume of a hydrated system vlab after standardized physicochemical treatment (wetting, ultrasonic dispersion and centrifugation). It is shown that the swelling index vlab integrally reflects total contribution of the structural–mineral matrix and hydration processes associated with the fine-dispersed fraction of the soil profile. A normalized scale based on experimental reference materials from pure high-silica sand and regional reference clay is introduced to interpret the results. An analytical formula for calculating effective (functional) clayiness is derived (Clay %).
A standardized scale for interpreting results based on experimental reference materials of sand and clay, allowing to calculate effective (functional) part of the clay fraction is introduced. In parallel analysis of frequency-dependent electrical conductivity of soil suspensions is made, based on which interpretation of parameters GR1k and GR100k as indicators of potential and available soil trophicity is proposed.
It is shown that a combined analysis of vlab and conductometric characteristics defines a coordinated system of characteristics reflecting both the structural soil state and the liquid phase properties. The approach proposed allows to reveal hidden functional features of the soil system and can be applied for express diagnostics of its agrochemical state.
Keywords: soil trophicity, swelling capacity, specific volume, electrical conductivity, organo-mineral gel, ultrasonic dispersion.
ЛИТЕРАТУРА
1. Brady, N. C. The Nature and Properties of Soils / N. C. Brady, R. R.Weil. – 15th ed. – New York : Pearson Education, 2016. – 1104 p.
2. Hillel, D. Introduction to Environmental Soil Physics / D. Hillel. – Amsterdam : Academic Press, 2004. – 494 p.
3. Sparks, D. L. Environmental Soil Chemistry / D. L. Sparks. – 2nd ed. – Oxford : Academic Press, 2003. – 352 p.
4. Sparks, D. L. Soil Physical Chemistry / D. L. Sparks. – 2nd ed. – Boca Raton : CRC Press, 1999. – 432 p.
5. Sumner, M. E. Cation exchange capacity and exchange coefficients / M. E. Sumner, W. P. Miller // Methods of Soil Analysis. Part 3. Chemical Methods / ed. D. L. Sparks. – Madison : Soil Science Society of America, 1996. – P. 1201–1229.
6. Rhoades, J. D. The Use of Saline Waters for Crop Production / J. D. Rhoades, A. Kandiah, A. M. Mashali. – Rome : Food and Agriculture Organization of the United Nations, 1992. – 133 p.
7. Вадюнина, А. Ф. Методы исследования физических свойств почв / А. Ф. Вадюнина, З. А. Корчагина. – Москва : Агропромиздат, 1986. – 416 с.
8. Шеин, Е. В. Курс физики почв / Е. В. Шеин. – Москва : Изд-во Моск. ун-та, 2005. – 432 с.
9. Фридрихсберг, Д. А. Курс коллоидной химии / Д. А. Фридрихсберг. – Изд. 2-е, перераб. и доп. – Ленинград : Химия, 1984. – 368 с.
10. Бузук, Г. Н. Многочастотный импедансный анализ почв: методология / Г. Н. Бузук // Вестник фармации. – 2025. – № 4. – С. 42–58.
11. Поздняков, А. И. Стационарные электрические поля в почвах : монография / А. И. Поздняков, Л. А. Позднякова, А. Д. Позднякова ; под ред. Л. О. Карпачевского. – Москва : КМК Scientific Press, 1996. – 358 с.
12. Study of soil aggregate breakdown dynamics under low dispersive ultrasonic energies with sedimentation and X-ray attenuation / J. Schomakers, F. Zehetner, A. Mentler [et al.] // International agrophysics. – 2015. – Vol. 29, N 4. – P. 501–508. – DOI: 10.1515/intag-2015-0057.
13. Interpretation of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) circuit model for soils / P. J. Han, Y. F. Zhang, F. Y. Chen, X. H. Bai // Journal of Central South University. – 2015. – Vol. 22, N 11. – P. 4318–4328. – DOI: 10.1007/s11771-015-2980-1.
14. Бузук, Г. Н. Метод изменяющегося геометрического коэффициента для определения электропроводности/электросопротивления почв / Г. Н. Бузук // Вестник фармации. – 2025. – № 2. – С. 41–53. – DOI: 10.52540/2074-9457.2025.2.41.
15. Ultra-broad-band electrical spectroscopy of soils and sediments–a combined permittivity and conductivity model / M. Loewer, T. Günther, J. Igel [et al.] // Geophysical journal international. – 2017. – Vol. 210, N 3. – P. 1360–1373. – DOI: 10.1093/gji/ggx242.
16. Качинский, Н. А. Физика почвы / Н. А. Качинский. – Ч. 1. – Москва : Высшая школа, 1965. – 323 с.
17. Chen, Y. Effects of Maxwell–Wagner polarization on soil complex dielectric permittivity under variable temperature and electrical conductivity / Y. Chen, D. Or // Water resources research. – 2006. – Vol. 42, N 6. – DOI: 10.1029/2005WR004590.
18. Maxwell, J. C. A Treatise on Electricity and Magnetism : in 2 vol. / J. C. Maxwell. – Oxford : Clarendon Press, 1873. – Vol. 1. – 425 p. ; Vol. 2. – 444 p.
19. Тюрин, И. В. Органическое вещество почвы и его роль в плодородии / И. В. Тюрин. – Москва : Наука, 1965. – 320 с.
20. Поздняков, А. И. Электрофизические методы исследования почв / А. И. Поздняков. – Москва : Наука, 1986. – 190 с.
REFERENCES
1. Brady NC, Weil RR. The Nature and Properties of Soils. 15th ed. New York, USA: Pearson Education; 2016. 1104 p
2. Hillel D. Introduction to Environmental Soil Physics. Amsterdam, Netherlands: Academic Press; 2004. 494 p
3. Sparks DL. Environmental Soil Chemistry. 2nd ed. Oxford, UK: Academic Press; 2003. 352 p
4. Sparks DL. Soil Physical Chemistry. 2nd ed. Boca Raton, USA: CRC Press; 1999. 432 p
5. Sumner ME, Miller WP. Cation exchange capacity and exchange coefficients. In: Sparks DL, editor. Methods of Soil Analysis. Part 3. Chemical Methods. Madison, USA: Soil Science Society of America; 1996. p. 1201–29
6. Rhoades JD, Kandiah A, Mashali AM. The Use of Saline Waters for Crop Production. Rome, Italy: Food and Agriculture Organization of the United Nations; 1992. 133 p
7. Vadiunina AF, Korchagina ZA. Methods for studying the physical properties of soils. Moskva, RF: Agropromizdat; 1986. 416 s. (In Russ.)
8. Shein EV. Soil Physics Course. Moskva, RF: Izd-vo Mosk un-ta; 2005. 432 s. (In Russ.)
9. Fridrikhsberg DA. Colloid Chemistry Course. Izd 2-e, pererab i dop. Leningrad, RF: Khimiia; 1984. 368 s. (In Russ.)
10. Buzuk GN. Multifrequency impedance analysis of soils: methodology. Vestnik farmatsii. 2025;(4):42–58. (In Russ.)
11. Pozdniakov AI, Pozdniakova LA, Pozdniakova AD. Stationary electric fields in soils: monografiia. Karpachevskii LO, redactor. Moskva, RF: KMK Scientific Press; 1996. 358 s. (In Russ.)
12. Schomakers J, Zehetner F, Mentler A, Ottner F, Mayer H. Study of soil aggregate breakdown dynamics under low dispersive ultrasonic energies with sedimentation and X-ray attenuation. Int Agrophys. 2015;29(4):501–8. doi: 10.1515/intag-2015-0057
13. Han PJ, Zhang YF, Chen FY, Bai XH. Interpretation of electrochemical impedance spectroscopy (EIS) circuit model for soils. J Cent South Univ. 2015;22(11):4318–28. doi: 10.1007/s11771-015-2980-1
14. Buzuk GN. The method of varying geometric coefficient for determining the electrical conductivity/resistivity of soils. Vestnik farmatsii. 2025;(2):41–53. doi: 10.52540/2074-9457.2025.2.41. (In Russ.)
15. Loewer M, Günther T, Igel J, Kruschwitz S, Martin T, Wagner N. Ultra-broad-band electrical spectroscopy of soils and sediments – a combined permittivity and conductivity model. Geophys J Int. 2017;210(3):1360–73. doi: 10.1093/gji/ggx242
16. Kachinskii NA. Soil physics. Ch. 1. Moskva, RF: Vysshaia shkola; 1965. 323 s. (In Russ.)
17. Chen Y, Or D. Effects of Maxwell–Wagner polarization on soil complex dielectric permittivity under variable temperature and electrical conductivity. Water Resour Res. 2006;42(6). doi: 10.1029/2005WR004590
18. Maxwell JC. A Treatise on Electricity and Magnetism : in 2 vol. Oxford, UK: Clarendon Press; 1873. Vol. 1. 425 p. ; Vol. 2. 444 p
19. Tiurin IV. Soil organic matter and its role in fertility. Moskva, RF: Nauka; 1965. 320 s. (In Russ.)
20. Pozdniakov AI. Electrophysical methods of soil research. Moskva, RF: Nauka; 1986. 190 s. (In Russ.)
Адрес для корреспонденции:
г. Витебск, Республика Беларусь,
тел. +375-29-715-08-38,
e-mail:
профессор, доктор фармацевтических наук,
Бузук Г. Н.
Поступила 26.05.2026 г.