Способ электроосмотического измерения потенциала почвенной влаги

Использование: сельское хозяйство и почвоведение, к методам определения водно-физических свойств почв. Сущность изобретения: помещают пористый зонд, соединенный с заполненной водой емкостью, в почву, вводят в зонд катод, а в почву - анод. Подают на электроды напряжение от источника постоянного тока и определяют величину потенциала почвенной влаги по величине тока между ними, не позволяющей воде переходить из емкости в почву. Технический результат изобретения: уменьшение времени единичного измерения, за счет исключения выхода значимых количеств воды из прибора.

 

Изобретение относится к сельскому хозяйству и почвоведению, а именно к методам определения водно-физических свойств почв.

Известен способ определения потенциала почвенной влаги [1], основанный на использовании мембранного пресса. Почву помещают на пористую мембрану, пропускающую воду, непроницаемую для частиц почвы и воздуха. После этого над почвой создают избыточное давление. Меняя давление определяют начало выделения почвенной влаги.

Основным недостатком данного способа является невозможность проведения экспериментов в натурных условиях.

Наиболее близким к заявляемому является способ определения потенциала почвенной влаги [2], заключающийся в использовании тензиометра. Тензиометр - гидрофизический прибор для измерения капиллярно-сорбционного давления влаги в почве в интервале от 0 до - 90 кПа. Он состоит из стеклянной трубочки, заполненной деаэрированной водой, соединенной с тонкопористым керамическим зондом (размер пор 1-2 мкм) и вакууметром. Прибор должен быть герметичен. Керамический зонд погружается в почву, и за счет разности термодинамических потенциалов воды в приборе (свободная вода) и в почве происходит перенос влаги из прибора в почву до установления равновесия. В приборе возникает разряжение, характеризующее всасывающую силу почвы (потенциал почвенной влаги), которое фиксируется вакууметром. Известны различные конструкции тензиометров, которые отличаются друг от друга прежде всего манометрическим устройством.

Основным недостатком данного способа является длительность установления равновесия между тензиометром и почвой. Для возникновения разряжения в приборе из него должно выйти определенное количество воды, и эта вода, попав в почву, не должна значимо изменять потенциал почвенной влаги в районе зонда. Следовательно, размер почвенного образца должен быть достаточно большим, и необходимо ждать, чтобы избыточная влага тензиометра ушла из окрестностей зонда. Время установления равновесия занимает часы, а для некоторых плохо проницаемых для воды почв, и сутки.

Кроме того, весьма неудобно использование приборов, работающих при пониженном давлении. Малейшее нарушение герметичности делает их неработоспособными.

Целью изобретения является уменьшение времени единичного измерения и повышение производительности при массовых измерениях, а также отказ от работы при пониженном давлении.

Технической задачей изобретения является исключение выхода значимых количеств воды из прибора.

Поставленная задача решается путем помещения пористого зонда, соединенного с заполненной водой емкостью, в почву. Введения в емкость с водой катода, а в почву - анода и пропускания тока между электродами. Величину потенциала почвенной влаги определяют по величине тока между ними, не позволяющей воде переходить из емкости в почву. В этом случае вода в керамическом фильтре будет двигаться под действием результирующей двух сил. В направлении почвы движение будет обусловливаться потенциалом почвенной влаги (всасывающей силой почвы), а в противоположном направлении вода будет двигаться за счет электроосмоса, так как керамический фильтр заряжен отрицательно. При определенной величине тока наступает динамическое равновесие, и вода двигаться не будет. Отградуировав прибор на стенде, мы получаем возможность измерять потенциал почвенной влаги по величине тока.

Техническая сущность изобретения заключается в помещении пористого зонда, соединенного с заполненной водой емкостью в почву, введении в емкость катода, а в почву - анода, и определении величины потенциала почвенной влаги по величине тока между ними, не позволяющей воде переходить из емкости в почву.

Предлагаемый способ позволяет отказаться от работы при пониженном давлении и значительно уменьшает время измерений. Кроме того, он позволяет перейти от измерения давления к измерению тока, что значительно точнее и проще.

Нижеследующие примеры раскрывают суть предлагаемого изобретения.

Пример 1

Пористый зонд, соединенный с заполненной водой емкостью, помещается в стакан с водой. Катод располагается внутри зонда, а анод, представляющий собой несколько витков медной проволоки диаметром 1 мм, снаружи, примыкая к внешней поверхности зонда. Емкость с водой подсоединена к зонду при помощи гибкого шланга. Ее можно поднимать на разную высоту, создавая различное, избыточное давление внутри зонда. От источника постоянного тока на электроды подается напряжение, и проводится калибровка прибора - устанавливается соответствие величины давления величине силы тока, удерживающей мениск в неподвижном состоянии. После проведения калибровки прибор помещается в почву и определяется величина силы тока, удерживающая мениск жидкости в неподвижном состоянии. По калибровочному графику находится соответствие величины давления величине силы тока.

Проведенные эксперименты показали, что точность измерения потенциала почвенной влаги не ниже точности определения при помощи обычных тензиометров, а скорость определения возрастает многократно, так как не надо ждать установления равновесия (рассасывания влаги по почве) после ее выхода из тензиометра. Уменьшение количества выходящей в почву из прибора воды определяет уменьшение времени измерения. Причем, чем плотнее и менее влагопроницаема почва, тем больше времени требуется для установления равновесия, и тем, соответственно, больше выигрыш во времени при проведении измерений. Предлагаемый способ позволяет провести одно измерение за 3-5 минут, что значительно увеличивает производительность и снижает затраты при проведении массовых обследований почв. Кроме того, способ обладает большей надежностью, так как, если обычный тензиометр недостаточно герметичен, то это выяснится, только после проведения измерений, что заставляет для повышения надежности проводить несколько параллельных измерений. Предлагаемый способ лишен этого недостатка.

Таким образом, предлагаемый способ уменьшает время, повышает производительность и надежность измерений.

Литература

1. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М.: Высшая школа, 1973. С.185-187.

2. Шеин Е.В., Капинос В.А. Сборник задач по физике почв. М.: МГУ, 1994. С.48-50.

Способ электроосмотического измерения потенциала почвенной влаги, заключающийся в помещении пористого зонда, соединенного с заполненной водой емкостью, в почву, отличающийся тем, что внутрь зонда вводится катод, а в почву, примыкая к поверхности зонда, - анод, на электроды подается напряжение от источника постоянного тока и величина потенциала почвенной влаги определяется по величине тока между ними, не позволяющей воде переходить из емкости в почву.