Способ и устройство определения содержания питательных веществ в почве

Авторы патента:

Липкович Эдуард Иосифович (RU)

Качанова Людмила Сергеевна (RU)

Головко Александр Николаевич (RU)

Бондаренко Анатолий Михайлович (RU)

G01N33/24 - грунтов (G01N 33/42 имеет преимущество)

A01C21/00 - Способы удобрения (удобрения C05; составы, улучшающие состояние почвы или стабилизирующие почву C09K 17/00)

A01B49/06 - для посева или внесения удобрений

Владельцы патента RU 2631088:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Донской государственный аграрный университет" (ФГБОУ ВО Донской ГАУ) (RU)

Группа изобретений относится к области сельского хозяйства, в частности к автоматизированным оптико-электронным системам определения содержания питательных веществ в почве. В способе содержание и концентрации основных питательных элементов в почве (азота, фосфора и калия) определяют пропорционально цветовым оттенкам спектра, фиксируемым цветной видеокамерой при сгорании в пламени образцов почвы, отобранных в процессе движения трактора с устройством по полю, с последующей обработкой сигнала видеокамеры на бортовом компьютере. Устройство содержит установленные в передней части трактора подвижную и неподвижную рамы, соединенные осью. На подвижной раме жестко закреплены почворез, отражающие экраны-уплотнители, и ось, на которой крепится устройство для забора почвы с рабочим и направляющим цилиндрами. Передвижение подвижной рамы относительно неподвижной рамы осуществляется гидроцилиндром. В верхней части рабочей камеры, где расположено устройство для забора почвы, между рабочим и направляющим цилиндрами устанавливают газовую горелку, напротив которой в боковой стене барабана устройства для забора почвы расположено отверстие, защищенное жаропрочным стеклом, за которым снаружи закреплена закрытая защитным кожухом цветная видеокамера. Изобретения обеспечивают автоматизацию процесса определения содержания питательных веществ в почве. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к автоматизированным оптико-электронным системам управления процессом, в частности к процессам определения содержания питательных веществ в почве, и может быть использовано в сельском хозяйстве.

Известен способ [1] авиационной химической обработки растений, заключающийся в том, что перед распылением химикатов измеряют яркость растительного покрова, подлежащего обработке, и расход химикатов при распылении регулируют пропорционально спектральной яркости растительного покрова, подлежащего обработке.

Недостаток известного способа заключается в том, что при отсутствии растительного покрова этот способ применить не представляется возможным. Кроме того, сенсор спектральной яркости растительного покрова не реагирует на цветовые оттенки спектра, ограничивая функциональные возможности способа, сводя его к распылению химикатов только при подкормке возделываемых культур.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является способ [2] внесения удобрений путем распределения их удобрителем с распылителями, управляемыми сенсорами регулирования расхода удобрений, в качестве которых используется цветная видеокамера с углом зрения, разбитым на секторы обзора, каждый из которых охватывает ширину захвата одного распылителя. Дозы удобрений перед внесением регулируются на каждом распылителе пропорционально цветным оттенкам спектра, отражаемым поверхностью участков почвы в секторах обзора.

Недостаток известного способа заключается в сезонности использования при определении видов и доз вносимых удобрений, т.к. при отсутствии растительности этот способ применить невозможно. Кроме того, при изменении освещенности в течение времени суток возникает погрешность при определении цветных оттенков спектра, что приводит к погрешности при определении видов и доз при расходовании химикатов.

Задачей настоящего изобретения является автоматизация процесса определения содержания питательных веществ в почве.

Для решения поставленной задачи в предлагаемом способе определение основных элементов, влияющих на плодородие почвы, осуществляется по спектру пламени при сгорании проб почвы в газовой горелке, а концентрация питательных элементов определяется с помощью компьютерной программы по интенсивности цветовых оттенков спектра, фиксируемых в пламени сгораемых образцов почвы. С видеокамеры видеосигнал поступает на бортовой компьютер, где с помощью программного обеспечения отделяются частоты спектра, определяющие наличие основных питательных веществ в почве: калий - фиолетовый, магний - яркий белый спектр, фосфор - оттенки зеленого цвета, и при анализе видеосигнала задаются нужные цветные оттенки спектра. При появлении в полосе сканирования видеосигнала, соответствующего установленному программой диапазону спектра, осуществляется количественная оценка цветных оттенков спектра, после чего данные о концентрации элементов с привязкой координат по GPS-устройству записываются в базу данных и программой составляется карта плодородия поля, которая затем может использоваться для расчета доз удобрений при их последующем внесении.

Устройство (фиг. 2а) для реализации предлагаемого способа содержит установленные в передней части трактора подвижную раму 5 и неподвижную раму 6, соединенные осью 7. На подвижной раме жестко закреплена ось 8, почворез 10 и правый 24 и левый 25 отражающие экраны-уплотнители. На оси 8 крепится устройство для забора почвы 9. Передвижение подвижной рамы 5 относительно неподвижной рамы 6 осуществляется гидроцилиндром 11.

Механизм для забора почвы состоит из двух основных частей, подвижной (А) и неподвижной (Б). Подвижная часть (фиг. 2а А-А) включает режущий диск 9, жестко закрепленный на валу 8 гидромотора 22. К режущему диску 9 жестко прикреплен барабан с отверстиями 13 и режущие лопатки 14. Неподвижная часть (фиг. 2а Б-Б) включает металлический барабан 12, расположенный соосно режущему диску 9, внутри которого закреплен рабочий цилиндр 15 с отверстиями, расположенными в его верхней и нижней частях и направляющий цилиндр 18. В верхней части рабочей камеры между рабочим цилиндром 15 и направляющим цилиндром 18 устанавливается горелка 16, напротив которой в боковой стене барабана 12 расположено отверстие, защищенное жаропрочным стеклом, за которым снаружи закреплена закрытая снаружи защитным кожухом цветная видеокамера 17. Горизонтальное перемещение подвижной части производится посредством гидроцилиндра 23, упорного диска 19 и направляющего цилиндра 18. Закрепленный (фиг. 2б) на передней части подвижной рамы 5 почворез 10 состоит из режущего клина 20 и клиновых крыльев 21. Ширина рабочей зоны почвореза должна быть не меньше ширины устройства для забора почвы в открытом состоянии.

Предлагаемый способ осуществляется следующим образом.

Наличие и концентрация основных питательных элементов продукционного слоя почвы определяется пропорционально цветным оттенкам спектра, получаемого при сжигании проб почвы с участков. Дозы и виды удобрений перед последующим внесением определяются в соответствии с составленной на основании результатов анализа проб грунта с координатной привязкой карты плодородия.

Предлагаемое устройство поясняется чертежами.

На фиг. 1 показан транспортируемый трактором сканирующий орган и удобритель.

На фиг. 2 (а, б, в) показана схема исполнительного механизма забора грунта, в том числе:

2а - конструкция сканирующего устройства;

2б - транспортное положение сканирующего устройства на тракторе;

2в - рабочее положение сканирующего устройства на тракторе.

Предлагаемое устройство определения содержания питательных веществ в почве работает следующим образом.

Трактор 1 (фиг. 1) с установленным на нем устройством для забора и анализа почвы 2, GPS-устройством 3 и удобрителем 4 перемещается по полю с разной степенью эродированности и истощенности почвы. При движении агрегата по полю гидроцилиндр 11 удерживает установленное оборудование на подвижной раме 5 в транспортном положении, а гидроцилиндр 23 - в раздельном положении подвижную А и неподвижную Б части механизма для забора почвы. Забор порции почвы с целью проведения спектрального анализа осуществляется следующим образом: посредством гидроцилиндра 11 через ось 6 подвижная рама 5 опускается и заглубляет почворез 10 на глубину продукционного слоя почвы (не менее 15 см), одновременно заглубляется на указанную глубину механизм для забора почвы. Экранами-уплотнителями 24 и 25 осуществляется уплотнение взрыхленной почворезом почвы. Правый экран-уплотнитель 24 служит также для защиты от деформации, оказываемой под давлением почвы при движении на неподвижную часть механизма забора почвы. Посредством гидромотора 22 задается вращение режущего диска 9 по часовой стрелке и с помощью режущих лопаток почва занимает межлопастное пространство. Одновременно гидроцилиндром 23 невращающаяся часть заборного механизма прижимается к вращающейся части, тем самым образуя закрытую зону и провоцируя ссыпание порций почвы. В процессе движения агрегата гидроцилиндром 11 подвижная рама 5 выходит из почвы и занимает первоначальное положение. В момент совмещения отверстий на барабане 13 с отверстиями в рабочем цилиндре 15 загорается горелка 16, расположенная в зоне ссыпания порции почвы. В процессе ссыпания порции почвы происходит ее сгорание в пламени горелки. При сгорании почвы образуются цветовые спектры, характеризующие наличие в почве питательных элементов (в первую очередь, азота, фосфора и калия),которые посредством цветной видеокамеры 17 передаются на бортовой компьютер трактора, с помощью которого происходит обработка полученных данных.

Координаты устройства на поле привязываются с помощью спутниковой системы связи Global Positionning Sistem ("В будущее с системой "Global Positioning Sistem (GPS). Проспект фирмы "Massey Fergusson") к создаваемой карте плодородия поля.

Для каждой текущей координаты расположения устройства на поле при последующем внесении удобрений из заранее составленного банка данных выдаются сведения о высокой или низкой концентрации питательных веществ в почве удобряемого поля. Эти данные поступают в компьютер и используются для регулирования доз вносимых удобрений, величина которых или увеличивается в зависимости от эродированности, или уменьшается при засоренности поверхности почвы, оцениваемой цветовыми оттенками спектра (Кореньков Д.А. Минеральные удобрения при интенсивных технологиях. Росагропромиздат, М., 1990, стр. 133-137). Цветовой оттенок спектра, получаемый при сжигании загружаемых образцов почвы, поступает в приемник, сенсором которого служит цветная видеокамера 17 (фиг. 2а). С видеокамеры видеосигнал поступает на бортовой компьютер, где с помощью программного обеспечения отделяются частоты спектра, определяющие наличие основных питающих веществ в почве: калий - фиолетовый, магний - яркий белый спектр, фосфор - оттенки зеленого цвета, и при анализе видеосигнала задаются нужные цветные оттенки спектра. При появлении в полосе сканирования видеосигнала, соответствующего установленному программой диапазону спектра, осуществляется количественная оценка цветных оттенков спектра, после чего данные с привязкой координат по GPS-устройству записываются в базу данных и программой составляется карта плодородия поля, которая затем может использоваться для расчета доз удобрений при их последующем внесении.

Предлагаемый способ и устройство определения содержания питательных веществ в почве не влияют отрицательно на окружающую среду, т.к. удобрения по полученной карте плодородия вносятся в дозах, которые полностью расходуются на восстановление утраченного плодородия и, в конечном счете, получение максимальной прибавки урожая возделываемых сельскохозяйственных культур. Применяемый способ и устройство позволяют экономить до 30% удобрений.

Источники информации

1. Патент Российской Федерации №1017218, А 01 7/00 от 15.05.83 г.

2. Патент Российской Федерации №2171574, А 01 7/00 от 10.08.01 г.

1. Способ определения содержания питательных веществ в почве, отличающийся тем, что содержание и концентрации основных питательных элементов в почве (азота, фосфора и калия) определяются пропорционально цветовым оттенкам спектра, фиксируемым цветной видеокамерой при сгорании в пламени образцов почвы, отобранных в процессе движения трактора с устройством по полю, с последующей обработкой сигнала видеокамеры на бортовом компьютере.

2. Устройство для определения содержания питательных веществ в почве, содержащее установленные в передней части трактора подвижную раму и неподвижную раму, соединенные осью, на подвижной раме жестко закреплены почворез, отражающие экраны-уплотнители и ось, на которой крепится устройство для забора почвы с рабочим и направляющим цилиндрами, передвижение подвижной рамы относительно неподвижной рамы осуществляется гидроцилиндром, в верхней части рабочей камеры, где расположено устройство для забора почвы, между рабочим и направляющим цилиндрами устанавливают газовую горелку, напротив которой в боковой стене барабана устройства для забора почвы расположено отверстие, защищенное жаропрочным стеклом, за которым снаружи закреплена закрытая защитным кожухом цветная видеокамера.

Изобретение относится к области исследования механических характеристик грунтов в лабораторных условиях. Новым в способе является то, что вначале в специальном решетчатом поддоне изготавливают включения кубической формы, уплотнение породы производят методом вибрации, после чего включения замораживают до заданной экспериментом температуры, затем поддон с ячейками разбирают, вынимают включения, выдерживают их при комнатной температуре некоторое время до появления конденсата на поверхности для лучшего сцепления со связующим, перемешивают включения со связующим - породами месторождения, помещают перемешанные включения со связущим в специально изготовленную разъемную цилиндрическую форму (гильзу), после чего гильзу с породой устанавливают в климатическую камеру и замораживают до температуры, соответствующей температуре породы в массиве, применительно к различным периодам года, и выдерживают в холодильной установке до тех пор, пока температура в центре образца с установленным в нем термодатчиком не уравняется с заданной.

Способ лабораторного испытания грунтов // 2628874

Изобретение относится к исследованию деформационных и прочностных свойств грунтов при инженерно-геологических изысканиях в строительстве. Способ включает деформирование образца грунта природного или нарушенного сложения в условиях трехосного осесимметричного гидростатического и последующего девиаторного нагружения, дающих возможность ограниченного бокового расширения образца грунта, близкого к реальным условиям, затем после установления условной стабилизации при статическом режиме достижением скорости деформирования образца, соответствующей условной стабилизации деформации образца на данной ступени деформирования, переходят поочередно на следующие ступени испытания, а по окончании испытаний, по конечным результатам, полученным на каждой из ступеней испытания, строят график зависимости относительной осевой деформации от осевых напряжений и определяют искомые характеристики грунта, причем после стабилизации деформаций гидростатического нагружения выполняют контролируемое девиаторное нагружение, первая часть которого - дозированное кинематическое нагружение с управляемой скоростью деформации и ограничением по приращению осевых напряжений, а вторая часть - стабилизация напряженно-деформированного состояния образца в режиме ползучести - релаксации напряжений по условной стабилизации модуля общей деформации, многократно повторяя нагружения и стабилизацию до достижения предельного напряженного состояния, а далее продолжают (при необходимости) только кинематическое нагружение до величины предельной относительной осевой деформации.

Прозрачный мерзлый грунт, способ его получения и применение такого грунта // 2625231

Группа изобретений относится к прозрачному мерзлому грунту, способу его получения и применению. Прозрачный мерзлый грунт получают из фторсодержащего полимера, кубикового льда и бесцветной поровой жидкости.

Прозрачный мерзлый грунт, способ его получения и применения // 2625230

Способ оценки биологической активности и токсичности почв и техногенных почвогрунтов // 2620555

Изобретение относится к области экологии, а именно используется при биомониторинге состояния почв в естественных и экологически неблагоприятных экосистемах, вызванных разнообразными загрязнениями.

Лизиметрическое устройство // 2619554

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к устройствам для взятия проб почвенных растворов в естественных условиях, а также при отборе почвенных растворов на избыточно увлажнительных почвах, занятых рисовыми чеками.

Конструкция для инъекционного закрепления образцов грунта // 2618786

Изобретение относится к области строительства и может быть использовано при выполнении работ по инъекционному закреплению образцов грунта в лабораторных условиях.

Способ диагностики хронического и аварийного загрязнения почв тяжелыми металлами посредством анализа активности фермента дегидрогеназы // 2617533

Изобретение относится к области геоэкологии и может быть использовано для оценки экологической ситуации при хроническом и аварийном загрязнении почвы тяжелыми металлами по анализу активности фермента дегидрогеназы в почве.

Способ оценки содержания гумуса в почве петромагнитным методом // 2617239

Изобретение относится к области почвоведения, а именно к агрохимии, и предназначено для оценки концентрации гумуса в образцах черноземных почв петромагнитным методом.

Способ осуществления мониторинга за параметрами почвы // 2613907

Изобретение относится к экологии и предназначено для оценки состояния температуры параметров почвы в многолетнемерзлых, глинистых, скальных и каменистых грунтах. Для этого размещают почвенные датчики температуры почвы на разных глубинах с определенным шагом в целевых скважинах, пробуренных в многолетнемерзлых, глинистых, скальных и каменистых грунтах без промывки, с последующей их засыпкой, регистрируют информацию об измеренной каждым датчиком температуре почвы и передают информацию от датчиков в базу данных на удаленном сервере.

Способ повышения плодородия почвы // 2630478

Изобретение относится к сельскому хозяйству. Способ повышения плодородия почвы заключается во внесении в нее фосфогипса, при этом в почву дополнительно вносят концентрат цинковой руды, причем внесение мелиорантов производят дробно, половину дозы фосфогипса и концентрата цинковой руды вносят на стерню, боронуют на глубину 10-12 см с последующей отвальной пахотой на глубину 20-25 см, затем вносят вторую половину дозы мелиоранта и проводят повторное боронование на глубину 10-12 см.

Способ подготовки почвенной зоны под развитие картофеля и устройство для его осуществления // 2629283

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к способу обработки почвы с одновременным внесением удобрений перед посадкой картофеля и устройству для его осуществления.

Способ повышения симбиотической активности зернобобовых культур // 2628520

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к технологии возделывания зернобобовых культур. Способ включает обработку посевов и внесение цеолитсодержащей глины аланит, растворенной в воде.

Способ снижения эрозионных процессов на склоновых землях // 2622664

Изобретение относится к области сельского хозяйства, в частности к земледелию, и может найти применение при снижении эрозионных процессов на склоновых землях. Способ снижения эрозийных процессов заключается в том, что формируют буферные полосы естественной растительности шириной 2,5-3 м, а между ними располагают культивируемые участки шириной 10-12 м, на которых высевают озимую злаково-бобовую травосмесь и в фазе максимального развития осуществляют укос зеленой массы на высоте 6-8 см.

Способ повышения плодородия почв в засушливых районах крыма // 2618330

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к способам повышения плодородия почвы. Способ предусматривает применение севооборотов и восстановление структуры пахотного слоя почвы за счет повышения содержания в нем гумуса.

Способ содержания почвы виноградников на склоновых землях // 2618317

Изобретение относится к области виноградарства. Способ включает внесение питательных компостов, выращивание растений на зеленое удобрение и использование виноградной лозы для повышения плодородия почвы.

Способ пропорционально-дифференцированного внесения удобрений // 2613468

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к способу внесения в почву удобрений. Способ включает отбор образцов на анализ, определение содержания элементов питания растений в почвенных образцах.

Способ определения оптимальной дозы первой азотной подкормки озимых колосовых культур // 2609909

Изобретение относится к области сельского хозяйства, а именно к технологии возделывания озимых колосовых культур. Способ включает определение времени начала весенней вегетации (ВНВВ) озимых колосовых культур, отбор почвенных образцов из слоя 0-20 см и растительных образцов с учетных площадок поля в период начала весенней вегетации растений, подсчет в них всех живых стеблей длиной >10 мм, определение густоты агрофитоценоза (АФЦ), принятие решения о величине планируемой урожайности.

Ротационный мелиоративный рыхлитель // 2608067

Изобретение относится к области сельскохозяйственного машиностроения, в частности к ротационным почвообрабатывающим орудиям для рыхления почвы с одновременным внесением в почву мелиорантов и удобрений.

Способ биоконверсии пожнивных остатков сельскохозяйственных культур // 2607378

Изобретение относится к биотехнологии и может найти применение при улучшении плодородия почв в биологическом земледелии. Смешивают остатки содержимого рубца убойного скота жвачных животных, содержащего микроорганизмы и патоку в соотношении 1:10.

Мелиоративный глубокорыхлитель-удобритель // 2629783

Изобретение предназначено для рыхления почв с одновременным внесением удобрений, увеличением глубины пахотного горизонта и выравниванием поверхности почвы с разрушением комьев и глыб.