Патент на изобретение №2267127

(54) СПОСОБ РЕГИСТРАЦИИ ДИНАМИКИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПОЧВ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области экологического мониторинга и диагностики функционального состояния почв и может быть использовано в агрономии, почвоведении, различных направлениях практического земледелия, а также при проведении исследовательских, кадастровых и других видов работ. Способ регистрации динамики электрической активности почв заключается в том, что размещают измерительные электроды в почвенном образце, после чего регистрируют в нем электрические потенциалы, причем почвенный образец помещают в вентилируемую кювету, нормализуют по величине влажности, экранируют от возмущений влажности и температуры окружающей среды, а также от электростатического и магнитного внешних полей. После этого регистрируют временную динамику электрических потенциалов в каждом из горизонтальных слоев образца почвы, для которых осуществляют частотную фильтрацию временных интервалов сигналов и определяют математические ожидания, средние геометрические значения среднеквадратических отклонений величин амплитуд сигналов и соответствующие спектральные характеристики. Затем по соотношению эталонных и фактических зарегистрированных величин математических ожиданий, среднеквадратических отклонений и спектральных плотностей каждого горизонтального слоя образца почвы судят о ее динамике электрической активности и соответственно о функциональном состоянии. Изобретение позволяет повысить точность регистрации эндогенной электрической активности почвы и получить количественные критерии оценки ее динамики. 4 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области экологического мониторинга и диагностики функционального состояния почв и может быть использовано в агрономии, почвоведении, различных направлениях практического земледелия, а также при проведении исследовательских, кадастровых и других видов работ.

Известны также способы регистрации электрической активности (окислительно-восстановительных потенциалов) почвы, заключающиеся в размещении в ней измерительного и индифферентного электродов, и последующих измерении, преобразовании, обработке, индикации электрических потенциалов почвы (Зырин Н.Г., Орлов Д.С. Физико-химические методы исследования почв. Москва, 1964).

Однако такие способы имеют низкие точность и разрешающую способность (по частоте и амплитуде регистрируемых сигналов), необходимые для обнаружения динамики электрической активности, имеющей высокую информативную значимость для оценки функционального состояния (жизнедеятельности) почв. К тому же, такие способы не позволяют осуществлять дифференциацию эндогенной (собственной) электрической активности почв в зависимости от изменений функционального состояния их различных видов. Такие изменения зависят от состава и концентрации минеральных комплексов (наличия и соотношений в почве ионов калия, кальция, фосфора и др.), от вида и активности присутствующих в почве микроорганизмов, от влияния различных (экзогенных) факторов окружающей среды, а также качества и количества продуктов их жизнедеятельности (биохимических элементов, ферментов). Такие недостатки можно исключить путем применения прецизионных измерительных средств, надежного электрического и магнитного экранирования кюветы, содержащей почвенный образец, с одновременной защитой его от внешних возмущений влажности и температуры и последующей регистрацией эндогенных электрических потенциалов почвы и получением портрета их динамики в результате математической обработки результатов измерений.

Техническим результатом предлагаемого решения является распознавание функциональных состояний различных видов почв путем регистрации их эндогенной электрической активности и получения количественных критериев оценки ее динамики.

Такой технический результат достигается тем, что в способе регистрации динамики электрической активности почв, заключающемся в размещении измерительных электродов в почвенном образце и последующей регистрации в нем электрических потенциалов, почвенный образец помещают в вентилируемую кювету, который нормализуют по величине влажности, экранируют от возмущений влажности и температуры окружающей среды, а также от электростатического и магнитного внешних полей, после чего регистрируют временную динамику электрических потенциалов в каждом из горизонтальных слоев образца почвы, для которых осуществляют частотную фильтрацию временных интервалов сигналов и определяют математические ожидания, средние геометрические значения среднеквадратических отклонений величин амплитуд сигналов и соответствующие спектральные характеристики, после чего по соотношению эталонных и фактически зарегистрированных величин математических ожиданий, среднеквадратических отклонений и спектральных плотностей каждого горизонтального слоя образца почвы судят о ее динамике электрической активности и соответственно о функциональном состоянии. К тому же, величину влажности устанавливают в диапазоне 60…80% от значения полной полевой влагоемкости, а количество горизонтальных слоев образца почвы выбирают в диапазоне 3…10, причем частотную фильтрацию осуществляют в диапазоне 0,0001…10 Гц, а вентилируемую кювету выполняют из диэлектрического материала.

Способ реализуется следующей последовательностью шагов.

1. Почвенный образец (гумусового горизонта) помещают в вентилируемую кювету (выполненную из диэлектрического материала и изолированную по электропроводности), после чего его увлажняют.

2. Почвенный образец нормализуют по величине влажности в диапазоне 60…80% от значения полной полевой влагоемкости.

3. Кювету помещают в защищенный от внешних воздействий влажности и температуры окружающей (внешней) среды и экранированный от электрических и магнитных внешних полей металлический кожух (бокс).

4. Образец почвы в зависимости от толщины ее гумусового горизонта условно выделяют в ряд (например, от 3 до 10) горизонтальных слоев (пластов), после чего в каждом из них регистрируют временную динамику электрических потенциалов.

5. В диапазоне 0,0001…10 Гц осуществляют частотную фильтрацию временных выборок (интервалов), исключающих артэфактные выбросы электрических потенциалов, после чего для каждого из слоев образца почвы определяют математические ожидания m₁, m₂, m₃, …, m_i и средние геометрические значения среднеквадратических отклонений величин амплитуд сигналов согласно выражению

где ₁, ₂, ₃, … _n – значения среднеквадратических отклонений амплитуд, взятых с n участков разных временных интервалов.

6. Для каждого из горизонтальных 1, 2, 3, …, i слоев образца почвы определяют соответствующие их спектральные характеристики S₁(w), S₂(w), S₃(w), …, S_i(w).

7. По соотношению, например, путем сравнения эталонных (соответствующих нормальным функциональным состояниям почв) и фактически зарегистрированных величин математических ожиданий m₁, m₂, m₃, …, m_i, средних геометрических значений и спектральных плотностей S₁(w), S₂(w), S₃(w), …,S_i(w) каждого горизонтального слоя образца почвы судят о динамике электрической активности и соответственно о функциональном состоянии образца почвы.

Способ позволяет повысить точность регистрации эндогенной электрической активности почвы и получить количественные критерии оценки ее динамики.

Формула изобретения

1. Способ регистрации динамики электрической активности почв, заключающийся в том, что размещают измерительные электроды в почвенном образце, после чего регистрируют в нем электрические потенциалы, отличающийся тем, что почвенный образец помещают в вентилируемую кювету, нормализуют по величине влажности, экранируют от возмущений влажности и температуры окружающей среды, а также от электростатического и магнитного внешних полей, после чего регистрируют временную динамику электрических потенциалов в каждом из горизонтальных слоев образца почвы, для которых осуществляют частотную фильтрацию временных интервалов сигналов и определяют математические ожидания, средние геометрические значения среднеквадратических отклонений величин амплитуд сигналов и соответствующие спектральные характеристики, после чего по соотношению эталонных и фактических зарегистрированных величин математических ожиданий, среднеквадратических отклонений и спектральных плотностей каждого горизонтального слоя образца почвы судят о ее динамике электрической активности и соответственно о функциональном состоянии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что величину влажности устанавливают в диапазоне 60-80% от значения полной полевой влагоемкости.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что количество горизонтальных слоев образца почвы выбирают в диапазоне 3-10.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что частотную фильтрацию осуществляют в диапазоне 0,0001-10 Гц.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что вентилируемую кювету выполняют из диэлектрического материала.