Метод и средство для экспресс-оценки влажности почвы Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

А1Р1Ш1'!1М

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ АПК

УДК 631.3.05

Киреев И.М., зав. лабораторией, вед. науч. сотрудник, д. т. н.; Коваль З.М., главный научный сотрудник, канд. техн. наук

(Новокубанский филиал ФГБНУ «Росинформагротех» (КубНИИТиМ)

Метод и средство для экспресс-оценки влажности почвы

В сельскохозяйственном производстве продукции характеристики почвы обуславливают развитие растений и оказывают влияние на динамику урожайности. При этом одной из важных агротехнических характеристик почвы является ее влажность.

При определении влажности почвы применяют следующие методы и средства:

- термостатно - весовой, основанный на взвешивании влажных образцов почвы, их высушивании и взвешивании сухих образцов почвы;

- тензометрический, основанный на измерении напряжения почвенной влаги поверхностными силами, возникающими на границе фаз;

- радиоактивный, в основу которого положено изменение интенсивности радиоактивного излучения помещенных в почву источников радиации при взаимодействии с молекулами воды или атомами водорода;

- электрический, при котором измеряются электрическое сопротивление, проводимость, емкость и индуктивность почвы, зависящие от ее влажности;

- оптический, при котором измеряется степень поглощения или отражения лучевой энергии, зависящие от влажности объекта;

- экспресс - методы: по состоянию растений, морфологическим признакам, физиологическим показателям, органолептическим признакам почвы, по которым определяют обеспеченность растений почвенной влагой.

Недостатками известных способов определения влажности почвы является значительная трудоемкость, энергоемкость и

продолжительность процесса во времени, необходимость применения большого количества лабораторного оборудования, электрических и радиационных и других приборов, дорогостоящих и опасных для здоровья обслуживающего персонала и окружающих людей. Ряд способов определения влажности почвы характеризуется низкой точностью, недостаточной для их практического применения.

Поэтому наиболее распространенным техническим решением определения влажности почвы является термостатно -весовой способ, выполняемый в соответствии с ГОСТ 20915 [1]. Влажность определяется путем высушивания образцов почвы, взятых с каждого определенного слоя, тщательно перемешанных и насыпанных массой 30-40 г в каждый из двух алюминиевых пронумерованных и заранее взвешенных стаканчиков (бюкс). После высушивания образцов до постоянной массы при температуре 105оС в течение 6-8 часов и их взвешивания рассчитывают абсолютную влажность почвы в % [2]. Определение влажности почвы термостатно - весовым способом обусловлено значительными затратами труда, времени и электроэнергии, что связано с многократным взвешиванием образца почвы

и ее продолжительной сушкой в сушильном шкафу до тех пор пока вес почвы в бюксе будет оставаться постоянным.

В результате исследований установлено, что разработанные к настоящему времени приборы для определения влажности и плотности почвы, можно разделить на несколько групп:

- к первой группе относятся приборы, основанные на принципе обычного метода определения влажности почвы - испарение влаги за счет нагрева (анализаторы влажности и влагомеры компании Sartorius; лабораторные измерители влаги AGS50, AGS100, AGS200; универсальные анализаторы влажности A&D MX-50, MF-50, MS-70);

- ко второй группе относятся приборы, основанные на электронной технологии определения влажности почвы (почвенные влагомеры BWK LANZE, ProCheck, М-300);

- к третьей группе можно отнести приборы с динамометрическими устройствами с дисковыми штампами - это почвенный влагомер (патент № 2011982).

На основе результатов патентного и Интернет - поисков для экспресс - оценок влажности почвы, нами был выбран влагомер почвы TR-46908 производства Италии, который внесен в Государственный реестр средств измерений.

№5 июнь 2019

А1РЦФОРУМ

Влагомер почвы ТК-46908 оснащен двумя зондами, из нержавеющей стали, для измерения влажности и температуры почвы, а также температуры воздуха. Датчик влагомера позволяет проводить послойные измерения влажности почвы до глубины погружения в почву зонда 20 см. Диаметры зондов для измерения влажности почвы и температуры воздуха составляют 6 и 3 мм соответственно. Влагомер ТК-46908 имеет функцию автоматической температурной компенсации, что существенно при проведении испытаний сельскохозяйственной техники в условиях повышенной температуры воздуха и почвы. Погрешность показаний влажности почвы влагомером ТК-46908 находится в пределах (±1 %), которая полностью удовлетворяет рекомендуемым нормам межгосударственного стандарта. В ГОСТ 20915 [1]. Диапазон измерений влажности почвы влагомером ТК-46908 имеет пределы от 0 до 100 %, а температуры - от - 5 °С до + 50 °С. Геометрические

размеры влагомера составляют (150x80x30 мм), а его вес равен 410 граммам. Питание влагомера осуществляется от сухих батареек 9В, что позволяет применять его в полевых условиях на испытаниях сельскохозяйственных машин, агрегатов и технологий.

В тоже время недостатком электронных влагомеров с зон-довым датчиком является то, что, при погружении зонда в почву, электронный датчик зонда не плотно соприкасается с частицами почвы из-за поровой ее структуры [2], что не обеспечивает получение достоверных сведений о влажности почвы.

Для обеспечения плотного прилегания к почвенному образцу была предложено устройство [3], схема которого показана на рисунке 1 видами а)-г).

На рисунке вид г) изображено устройство для определения влажности почвы, которое состоит из внутренней эластичной оболочки в форме сферы с отверстием 1 и внешней твердой

Рисунок 1. Схема устройства и электронного влагомера с зондовым датчиком для определения влажности почвенного образца

оболочки с отверстием 2, соединенных герметично в области отверстий, компрессора 3 и манометра 4 и электронного влагомера с зондовым датчиком 5.

Технологический процесс определения влажности почвенного образца, показанный на рисунке видами б) - г) заключается в следующем.

Почвенная проба засыпается через отверстие в полость внутренней эластичной оболочки в форме сферы 1 устройства (вид б)). В почву (вид в)), находящуюся во внутренней эластичной оболочке в форме сферы с отверстием 1 устройства, погружается зонд электронного влагомера 5 на глубину таким образом, чтобы положение датчика находилось примерно в центре объема почвы. Такое положение может фиксироваться, например, резиновой шайбой 6, расположенной подвижно на стержне зонда. Затем включается влагомер 5 (вид г)) и компрессор 4, который создает давление в замкнутой области между внешней твердой 2 и внутренней эластичной в форме сферы 1 оболочками, соединенными герметично в области отверстий, обеспечивая плотное прилегание почвы к поверхности датчика зонда. В процессе уплотнения почвы в устройстве осуществляется наблюдение за показаниями влажности на экране дисплея электронного блока влагомера 5. При достижении стабильных показаний влажности фиксируется давление по показаниям манометра 3.

Данные измерений переносятся в память персонального компьютера для дальнейшей статистической их обработки. Результаты, приведенных выше исследований, были подтверждены экспериментально с применением следующих средств. Для уплотнения почвенного образца применялось устройство, общий вид которого и его элементов конструкции приведен на рисунке 2.

Измерение влажности почвенного образца осуществлялось влагомером ТК-46908 производства ТК сЛ Тигоп & с. Бпс (Италия), общий вид которого приведен на рисунке 3.

»типш'цм

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ АПК

1 - устройство в сборе;

2 - корпус (внешняя твердая оболочка с отверстием);

3 - резиновая прокладка;

4 - внутренняя эластичная оболочка в форме сферы с отверстием;

5 - втулка (направляющая кольцевая плоскость для засыпки почвы);

6 - крышка корпуса;

7 - шайба, герметично соединяющая в области отверстий внутреннюю эластичную оболочку в форме сферы, крышку корпуса и втулку (направляющую кольцевую плоскость для засыпки почвы)

Рисунок 2. Общий вид устройства для уплотнения почвенных образцов с элементами его конструкции

1 - зонд для измерения влажности почвы;

2 - зонд для измерения температуры;

3 - электронный блок

Рисунок 3. Общий вид влагомера для почвы TR-46908

Рисунок 4. Состав оборудования для проведения опыта по уплотнению почвы для обеспечения стабильных показаний ее влажности

Влагомер (Рисунок 3) содержит два зонда: для измерения влажности почвы 1 и для измерения температуры 2, а также электронный блок 3, имеющий функцию автоматической температурной компенсации. Для питания применяются сухие батарейки «Крона» 9В 4.

На рисунке 4 показан состав оборудования для проведения опыта по проверке влияния уплотнения почвы, с применением разработанного устройства.

Компрессор 1 (Рисунок 4) подключался к источнику питания 2 (12 В) и соединялся воздухопроводом с корпусом устройства 3. Почва засыпалась во внутреннюю область эластичной оболочки в форме сферы с последующим погружением в нее зонда влагомера 4. Включался компрессор 1 для подачи воздушного потока в замкнутую область пространства между стенками корпуса и внутренней эластичной оболочкой в форме сферы для создания давления. По шкале манометра наблюдалось создаваемое давление. При давлении, составляющем 0,6 атм., показания влажности на дисплее влагомера становились стабильными. Такое давление соответствовало давлению, создаваемому при измерении влажности почвы в контейнере с сильным уплотнением. Значения влажности, показанные на дисплее влагомера 4 при уплотнении почвы, сравнивались с результатами, полученными методом высушивания почвы в лабораторной печи [1].

В таблице 1 приведены сравнительные данные по определению влажности почвенных образцов методом их высушивания в лабораторной печи (сушильном шкафу) и с применением влагомера ТК-46908 и устройства для объемного уплотнения почвы.

Приведенные в таблице 1 сравнительные данные по определению влажности почвенных образцов методом их высушивания в лабораторной печи (сушильном шкафу) и с применением влагомера ТК-46908 и устройства для объемного уплотнения почвы обуславливают возможность получения достоверных сведений о влажности экспресс-методом в полевых условиях.

№5 июнь 2019

ШРИШиРУМ

Таблица 1. Сравнительные данные по определению влажности почвенных образцов методом их высушивания в лабораторной печи (сушильном шкафу) и с применением влагомера ТР-46908 и устройства для объемного уплотнения почвы

Наименование вариантов опыта

Измерение влажности почвенных образцов методом их высушивания в лабораторной печи

Измерение влажности почвенных образцов, с применением влагомера ТР-46908 с устройством объемного уплотнения почвы

Вывод. Предлагаемое устройство дляуплотнения почвенного образца и определения его влажности с применением электронного влагомера с зондовым датчиком обеспечивает снижение трудоемкости и сокращение затрат времени с получением достоверных информационных сведений о влажности почвы при проведении сравнительных испытаний сельскохозяйственных машин и технологий.

Слой почвы, см

Повторность 0-5 5-10 10-15

Значение влажности, %

1 12,1 17.4 23,9

2 12,0 17,3 24

3 12,0 17,4 23,7

1 11,9 17,6 23

2 12,0 17,5 23

3 12,2 17,7 23

Литература

1. ГОСТ 20915-2011. Испытания сельскохозяйственной техники. Методы определения условий испытаний. - Взамен ГОСТ 20915-75; введ. 2013-01-01. - М.: ФГУП «Стандартинформ»: Изд-во стандартов, 2013. - 24 с.

2. Вадюнина, А. Ф., Корчагина, З. А. Методы исследования физических свойств почв: учебники и учебные пособия для студентов вузов - изд. 3-е, перераб. и доп. - М.: Агропромиздат, 1986. - 416 с.: ил.

3. Патент на полезную модель 145821, МПК в01Ы1/20 Устройство для определения влажности почвы / Киреев И.М., Коваль З.М.; заявители и патентообладатели ФГБНУ «Росинформагротех» (Ш). - № 2013145050; заявл. 08.10.2013; опубл. 27.09.2014, Бюл. № 27. - 3 с.: ил.

Организаторы:

VOSTOCiCcAPITAL

" """i:? Правительство

^ Ставропольского края

rV

Серебряный спонсор:

EbpdXMM

Arno Юг

2019

Среди постоянных участников:

Владимир Владимиров

Губернатор Ставропольского края

Артём Белов

Генеральный директор

Союзмолоко

Александр Петров к

Генеральный директор

ГК Иррико

Олег Радин

Президент Роскрахмалпатока

+7 (495) 109 9 509 (Москва) WWW.FORUMAGROYUG.COMevents@vostockapital.com

5-й ежегодный международный инвестиционный форум

18 сентября, Ставрополь

. * ' ' ' Л'- '

. ЯЗЖ> \т>:■ л ' ■ » .'¡^>1 - же » & -

Ключевые моменты программы 2019:

Диалог правительства и производителей.

Каковы основные точки роста АПК? Стратегия развития сельского хозяйства Юга России в 2019-2023 гг.

Важно: экспорт продукции - где ждут российские сельхозтовары?

Китай, Индия, ОАЭ, Турция, Иран - как наладить партнерские связи с экспортерами?

Ведущие авторитетные эксперты:

растениеводство, животноводство, инвестиции, субсидирование и господдержка, переработка продукции АПК

Два ключевых направления работы:

животноводство и растениеводство