Jak měřit vlhkost půdy?

Medvedeva, E. S. Studie metod měření vlhkosti půdy / E. S. Medvedeva, T. V. Atoyan, K. V. Kirimova. — Text: bezprostřední // Mladý vědec. — 2020. — Č. 51 (341). — S. 449-452. — URL: https://moluch.ru/archive/341/76744/ (datum přístupu: 29.12.2024. XNUMX. XNUMX).

Článek studuje metody měření produkční vlhkosti půdy. Byla provedena analýza metod a prostředků pro měření vlhkosti půdy. Jsou odhaleny výhody a nevýhody těchto metod měření. Metrologický přístup spočívá v kontrole parametrů, kde bude věnována velká pozornost souvisejícím parametrům. Předmětem studie jsou odebrané vzorky půdy. Předmětem studia jsou metody měření půdní vlhkosti.

Klíčová slova: půdní vlhkost, měření, metody měření, metrologie, monitoring, prostředky měření vlhkosti, princip činnosti, vlhkoměr.

V zemědělském sektoru závisí produktivita rostlinné výroby na kvalitě půdy. Pro vysokou sklizeň musí být půda nasycena vlhkostí. Problémem je buď nedostatek vláhy, nebo nadbytek, který má zase neblahý vliv na rostliny.

Studie kvality půdy začínají sledováním ornice. Ovládání umožňuje určit dobu setí semen a sklizně. V oblasti precizního zemědělství je však obtížné odhadnout obsah vlhkosti, protože závisí na správné aplikaci získaných dat. Údaje poskytnuté pro analýzu musí být spolehlivé ohledně stavu ornice. Nahrazení ruční práce (za použití laboratorní metody) automatizací také vede ke zvýšení produktivity a zkrácení doby analýzy půdy. [1]

V současné době je v Rusku půda studována tradičním způsobem v souladu s „Pokyny pro provádění komplexního agrochemického průzkumu půd na zemědělské půdě“ a „Pokyny pro provádění komplexního sledování úrodnosti půdy na zemědělských pozemcích“. [2,3]

Ve zkoumaném území jsou stanoveny body pro měření v závislosti na makro a mikroreliéfu území (svahy, kopce, prohlubně) a je vyhlouben svislý výkop. Na velkých plochách jeden bod na hektar. Oblast a umístění jsou zvoleny přibližně, což dává nepřesný výsledek. To je patrné při srovnávání výsledků analýz za několik let, protože vzorek není odebrán na stejném místě, ale s chybou desítek metrů a více.

Měření ve vybraných oblastech se obvykle provádějí na jaře a v létě, v průběhu životního cyklu rostlin. Měření se provádějí před výsadbou, hnojením a sklizní. Dělají to kvůli obtížnosti získávání a zpracování velkého množství dat, kvůli problémovým oblastem, jejich porovnávání s nejlepšími (na svahu – nahoře, uprostřed, dole), kvůli nízké produktivitě, silné proměnlivosti povětrnostních podmínek, heterogenita úrodnosti půdy, nedostatek simultánnosti, stejná kvalita a krátkodobost všech prací v oblastech s velkým počtem studovaných parametrů. Porušení měření vede ke zkreslení výsledků. I nepatrné odchylky vlhkosti půdy způsobené nerovnoměrnou zálivkou vedou k rozdílům v produktivitě rostlin. [4]

Mnoho zemědělských odvětví používá moderní metody založené na automatizovaných měřicích systémech, počítačové technologii a globálních polohových systémech (GPS, GLONASS), které mají řadu výhod.

– určení přesné polohy objektu;

– automatické označení území;

– možnost vizuálního zobrazení délek a ploch předmětů na monitoru palubního počítače;

– udržování prostorové databáze přijatých informací spojených s lokačními souřadnicemi;

– automatický odběr vzorků půdy.

Uvedené ukazatele jsou charakteristikou „precizního zemědělství“.

Hlavním principem precizního hospodaření je neustálé sledování stavu půdy na vybraném mikroúseku pole. Kontroluje se hustota, tvrdost, vlhkost, složení kameniva, obsah mikroorganismů a mikroprvků v půdě a jejich distribuce po celém území. [5]

Pro řízení půdního a vodního režimu je nutné provádět pozorování a udržovat databázi. K tomuto účelu existuje mnoho metod a technologií, které umožňují měřit hladinu půdní a zemní vlhkosti buď kontaktní nebo bezkontaktní.

Metody stanovení vlhkosti půdy se dělí na kontaktní a bezkontaktní. Kontaktní se zase dělí na přímé a nepřímé a bezkontaktní na přenosné a vzdálené. [6]

Rýže. 1. Základní metody měření vlhkosti půdy

U přímých metod se vzorky odebírají v různých hloubkách a poté se analyzují výsledky. Při takových metodách se materiál dělí na sušinu a vlhkost.

U nepřímých metod měření se oproti přímým metodám studují fyzikální ukazatele, které jsou závislé na vlhkosti materiálu nebo prostředí. Měří se hodnota udávající obsah vlhkosti materiálu. Posuzují se změny vlastností půdy. U nepřímých metod se nejprve provádí kalibrace, aby se stanovil vztah mezi vlhkostí půdy a měřenou fyzikální veličinou. Tyto metody zahrnují mechanické metody, které měří mechanické vlastnosti pevných materiálů, které se mění s vlhkostí. Výhodou nepřímých kontaktních metod je jejich rychlá implementace. [7]

Termostat-gravitační metodou se vybraná půda vysuší tak, aby hmotnost vzorku dosáhla rovnováhy s prostředím. Sušení se provádí, dokud hmotnost nedosáhne minimální hodnoty. To trvá minimálně 5 hodin, maximálně 8 hodin. Výsledná rovnováha je indikátorem úplného odstranění vlhkosti. [8]

Při extrakční metodě se vlhkost neodstraňuje sušením, ale zavedením kapaliny absorbující vodu (dioxan, alkohol) do zkoumaného vzorku. Po podání se kapalný extrakt zkoumá v závislosti na jeho vlhkosti: hustota, index lomu, bod varu nebo tuhnutí. [9]

Piktometrická metoda je „obrácenou“ metodou předchozích dvou. Protože vzorek půdy není odvodňován, ale zvlhčován, dokud není překročen práh retence vlhkosti – objem kapaliny, který musí být dosažen pro výpočet počáteční vlhkosti vzorku. [10]

Extrakční a piktometrické metody jsou na rozdíl od termogravimetrických metod laboratorní a nepřesné.

Hygrometrická metoda měří teplotní rozdíl mezi suchým a mokrým teploměrem. Uvažuje se o znehodnocení materiálů absorbujících vodu v důsledku zvýšení vlhkosti přítomné v půdě. Vzorek půdy se smršťuje vlivem vysokého tlaku, který se zaznamenává na stupnici „tlaku“; velikost smrštění se zaznamenává na jiné stupnici. Míra smrštění je tím vyšší, čím vyšší je obsah vlhkosti ve zkoumané půdě. Ke smršťování dochází pouze do stupně nasycení půdy vodou rovnající se polní vodě. [11]

Elektrické metody ukazují závislost vlhkosti a elektrických vlastností, jako je elektrická vodivost, dielektrická konstanta, dielektrická konstanta vyrovnávacího meziprostředí – výměníku vlhkosti v kontaktu s půdou. Elektrické vlhkoměry jsou jedno a víceúrovňové, měří vlhkost současně v několika hloubkách, jsou přenosné s individuálním displejem nebo vyžadují trvalou instalaci a integraci do jakéhokoli systému. [12]

Při dálkovém průzkumu Země se pořizují fotografie zemského povrchu bez přímého kontaktu s půdou a následně se provádějí měření. Jsou prováděny letadly, pozemní platformou s nainstalovanými systémy pro gravitační registraci elektromagnetických polí a určité frekvence rádiových emisí, s informacemi zobrazenými ve formě grafů, signálů a křivek spektrálního jasu. V oblastech s řídkou a nízkou vegetací je na snímcích dobře patrná vlhkost. Využití těchto výzkumných metod v zemědělství je technicky obtížné kvůli drahým zařízením. [13]

Metoda záznamu tepelného (infračerveného) záření je metoda studia infračervených signálů optického záření ve spektru elektromagnetických vibrací půdy různé vlhkosti pomocí experimentálního uspořádání. K tomu je každý vybraný bod na povrchu předehřáté půdy reprezentován jako střed, ze kterého je infračervené záření vyzařováno všemi směry a kam infračervené záření přichází z okolního prostoru. [14]

Satelitní sledování je nový vývoj, drahý a málo testovaný. Propagace této metody předpovídá oblibu metody v budoucnu pomocí služeb využívajících satelitní pozorování. [15]

Tyto metody lze aplikovat z pevných platforem, z letadel nebo z oběžné dráhy Země, a to jak bezkontaktně z krátkého, tak z velkého dosahu.

Pokud se tedy spoléháme na přesnost měření, není v metodách žádný zvláštní rozdíl, chyba metod se pohybuje od 2 do 4 %. Uvážíme-li rychlost získávání výsledků, dochází k ní nejrychleji u elektrometrické metody, ale kvůli špatnému kontaktu měřidla s půdou jsou možné chyby ve výsledcích. Metoda tenzometru je přesnější a cenově dostupná, ale závisí na teplotě. [16]

Elektrometrická metoda měření vlhkosti půdy je vzhledem k rychlosti měření nejvýhodnější. Elektrometrickou metodu lze provádět kdykoli během roku. Nástroje, které tuto metodu implementují, se používají v automatizovaných systémech.

1. Rode A. A. Základy nauky o vlhkosti půdy. 1. díl: Vodní vlastnosti půd a pohyb půdní vlhkosti. [Text] / A. A. Rode. – L.: Gidrometeoizdat, 1965. – 664 s.
2. Směrnice pro provádění komplexního agrochemického průzkumu půd na zemědělské půdě. – M.: TsINAO, Moskva, 1994 – 95 s.
3. Směrnice pro provádění komplexního sledování úrodnosti půdy na zemědělských půdách. – M.: FGNU “Rosinformagrotekh”, 2003. – 240 s.
4. Vadyunina, A.F., Korchagina, Z.A Metody studia fyzikálních vlastností půd: učebnice a učební pomůcky pro vysokoškoláky – ed. 3., revidovaný a doplňkové – M.: Agropromizdat, 1986. – 416 s.
5. Yakushev V.P. Informační podpora pro přesné zemědělství / V.P Yakushev, V.V. – Petrohrad: Nakladatelství PNPI RAS, 2007. – 384 s.
6. Berliner M. A. Měření vlhkosti 2. vydání: Učebnice pro vysoké školy / Berliner M. A. – L.: Logos, 2004. – 269 s.
7. Teorie a metody půdní fyziky / ed. E. Shein, L. Karpachevsky. – Moskva: Grif i K, 2007. – 368 s.
8. Vasilyev S.I. Analýza moderních elektrotechnických metod pro měření vlhkosti půdy // Vědecké fórum: Technické a fyzikální a matematické vědy: sbírka. Umění. na základě materiálů 1. mezinár. vědecko-praktické conf. — č. 1(2016). – M., Ed. “MCNO”, 49. – s. 52–XNUMX.
9. Neruchev Yu., Zotov V. V., Shoitov Yu. Rychlost zvuku a fluktuace hustoty. // Ultrazvukové a termodynamické vlastnosti hmoty. — 1989.–75 s.
10. Popov A. N. Technologie a technické prostředky bezkontaktního měření vlhkosti půdy [Text] / Diss. Ph.D. tech. Sci. – Mičurinsk, 2014. – 212 s.
11. Tolmacheva, N. I. Metody a prostředky hydrometeorologických měření (pro meteorology): učebnice / N. I. Tolmacheva. – Perm: Univerzitní nakladatelství Perm, 2011. – 223 s.
12. Berliner M. A. Elektrická měření, automatická regulace a regulace vlhkosti Vydání 2: Učebnice pro vysoké školy / Berliner M. A. – L.: Logos, 2006. – 320 s.
13. Obiralov A.I. Fotogrammetrie a dálkový průzkum Země: Učebnice. příspěvek / A. I. Obiralov, A. N. Limonov, L. A. Gavrilova. – M.: KolosS, 2006. – 334 s.
14. Popov A. N. Experimentální zařízení pro studium infračervených signálů půdy různé vlhkosti / A. N. Popov, A. S. Gordeev. — Bulletin Voroněžské státní univerzity strojírenských technologií, 2013. — 96 s.
15. Murzin V.S. Astrofyzika kosmického záření. Učebnice pro vysoké školy / Murzin V.S. – L.: Logos, 2007. – 486 s.
16. GOST 20915-2011. Testování zemědělských strojů. Metody stanovení zkušebních podmínek. — Místo GOST 20915−75; vstup 2013–01–01. – M.: FSUE “Standartinform”: Publishing House of Standards, 2013. – 24 s.

Základní pojmy (vygenerováno automaticky): vlhkost půdy, půda, GPS, hodnota smrštění, vlhkost, dielektrická konstanta, infračervené záření, kvalita půdy, metoda měření, vzorek půdy, přesné zemědělství, elektrometrická metoda.

Je třeba připomenout, že včasné a správné stanovení půdní vlhkosti umožňuje snížit spotřebu vodních zdrojů a s tím spojené nepřímé náklady na iracionální používání hnojiv, ztráty úrody a zhoršení kvality produktů. Výpočtové metody a doporučení pro optimální úroveň vlhkosti vám umožní určit přesné množství vody pro rostliny, které zabrání vyplavování hnojiv, stimulantů a herbicidů do spodních vrstev půdy a také eliminuje nedostatek vody pro rostliny, což vám umožní získat vysoký výnos produktů šetrných k životnímu prostředí.

Metoda termostat-váha je hlavní a nejpřesnější metodou pro stanovení vlhkosti půdy. Tato metoda je také jednoduchá a i přes určitou časovou investici umožňuje obejít se bez drahého vybavení.

K určení vlhkosti jsou zapotřebí následující nástroje a příslušenství:
1. Vrták pro odběr vzorků dlouhý 60-100 cm (v závislosti na hloubce kořenové vrstvy půdy), na kterém se každých 10 cm nanášejí značky. Na fotografii je špička.
2. Žáruvzdorné kelímky (štěnice), obvykle hliníkové, které se předem zváží a prázdná váha se přiloží na víčko. Pro přepravu na pole je vhodné zvolit krabici, kde jsou kelímky pevně umístěny.
3. Váhy s hodnotou dílku 0,1 g (nebo 0,01 g) a maximální měřitelnou hmotností nejméně 200 g
4. Termostatická sušicí skříň s teplotou sušení 105°C

Proces vzorkování je následující:
Shromáždí se potřebný počet šálků, talíř, nůž a půdní vrták.
Po příjezdu na místo odběru vzorků půdy je vybráno místo, kde je charakteristická hustota plodin (výsadby) rostlin. Pro přesnost pokusu je nutné zvolit místo odběru v blízkosti kořenového systému rostliny (v řadě, pokud rostliny rostou na hřebeni, na samotném hřebeni). Po výběru místa se lehce sešlape (ale ne zhutní), je to nutné, aby se suchá horní vrstva během procesu nerozpadla do otvoru.
Poté k ní položte talíř a na něj hrnek na zeminu. Bez talíře se obejdete, pokud je zemina suchá a na dně hrnečku se nic nelepí.

Dále pomocí vrtačky propíchněte půdu po první značku, mírně vrták otočte a vyjměte. Pomocí nože opatrně nasypte zeminu do hrnku a ihned jej pevně uzavřete, aby nedošlo k odpařování vlhkosti a vložte do krabice.
K další značce se odebere druhý vzorek. Po odstranění secího stroje, počínaje druhou značkou, je nutné odříznout půdu nad značkou 10 cm, protože Toto je půda, která se rozpadla nebo byla odříznuta špičkou během procesu ponoření vrtáku do půdy.
Mělo by to být takto:

Je třeba poznamenat, že před každým ponorem je nutné špičku důkladně očistit od zeminy.
Pokud je půda ve spodních vrstvách vlhká a nerozpadá se (nebo se plot provádí na těžkých a středních půdách), pak pro urychlení procesu můžete vyčistit požadovanou vrstvu a poté zbytky vyhodit.

Poznámka. Pro přesnost experimentu je nutné odebrat vzorky v jednom bodě trojmo.

Po naplnění všech kelímků jsou opatrně (aby se nepromíchaly) transportovány do laboratoře, kde byly zváženy a údaje zapsány do deníku.

Pro automatizaci a zrychlení výpočtů používáme MS Excel. Vyplňte sloupce č. lahve, hmotnost prázdného kelímku, hmotnost kelímku s mokrou půdou. otevřete sklenici a položte ji na tác.

Poté se vzorky umístí do sušárny, ve které je teplota nastavena na 105 °C, a suší se po dobu alespoň 6 hodin.
Po usušení vyjměte tác a kelímky ihned uzavřete, aby se vlhkost ze vzduchu neadsorbovala do půdy. Poté kelímky 10–15 minut chladíme a zvážíme, přičemž sloupec v tabulce s hmotností hrnku vyplníme suchou zeminou.

Výpočet v tabulce se provádí následovně:
Sloupec „Hmotnost suché půdy (na obrázku označena O)“ = „hmotnost váženky se suchou půdou (N)“ – „hmotnost váženky (L)“
Sloupec „hmotnost odpařené vody (P)“ = „hmotnost láhve s mokrou půdou (M)“ – „hmotnost láhve se suchou půdou (N)“
Sloupec “procento vlhkosti (R) = “hmotnost vody (P)” / “hmotnost suché půdy (O)” * 100 %

Chcete-li zjistit množství vlhkosti v půdě jako procento minimální vláhové kapacity, musíte znát množství vody, které je vrstva půdy schopna pojmout ve svých pórech, aniž by byla vypouštěna do spodních vrstev. Ta se zjišťuje empiricky pomocí zaplavených oblastí, na kterých se měří vlhkost po dobu 3-5 dnů (v závislosti na typu půdy), kdy je hodnota relativní vlhkosti stanovena na víceméně konstantní úrovni – za tuto je třeba považovat hodnotu 100 % NV (nejnižší kapacita vlhkosti nebo PPV – maximální kapacita polní vlhkosti).

Aktuální hodnota vlhkosti půdy v %НВ = „rel. vlhkost (R)” / “hodnota rel vlhkost při 100 % HB * 100 %

Pro stanovení vlhkosti půdy kořenové vrstvy je nutné vzít průměrnou hodnotu všech vrstev do požadované hloubky.
Pro urychlení výpočtů závlah lze vytvořit tabulku zásob vláhy (obvykle v t/ha nebo kubických m/ha) v různých vrstvách půdy a při různých hodnotách %HW. Poté můžete rychle vypočítat potřebné množství závlahové vody pro skutečnou hodnotu NV a plánovanou hodnotu NV, rozdíl je rychlost závlahy. Pro různé způsoby zavlažování je třeba dávku mírně zvýšit s ohledem na ztráty odpařováním, odtokem atd. Více o normách, technikách a metodách zavlažování se dozvíte z našich doporučení.

Hodně štěstí ve vaší práci a vysoké výnosy!