Спосіб визначення ґрунтової вологості стійкого в’янення рослин

Реферат: UA 93666 U UA 93666 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до способів визначення властивостей ґрунту і може бути застосована у сільському господарстві для оцінювання якості ґрунту, використовуваного у землеробстві. Вологість стійкого в'янення рослин (ВВ) - вміст вологи у ґрунті, за якого рослини потерпають від суттєвого нестатку води, що призводить до стійкого, необоротного в'янення. ВВ належить до основних ґрунтових гідрологічних констант і є необхідним параметром для визначення ступеню доступності рослинам природної вологи у тому чи іншому ґрунті, для розрахунків запасів продуктивної вологи в кореневмісному шарі ґрунту або для розрахунку поливної норми води за зрошування. Визначення ВВ є надзвичайно важливим для оцінювання агрономічної та агромеліоративної якості ґрунту, оскільки ВВ є нижньою межею доступності сільськогосподарським рослинам ґрунтової вологи. Відомо прямий спосіб вимірювання ВВ методом вегетаційних мініатюр [Агрофизические методы исследования почв. - Отв. редактор С.И. Долгов. - М.: Наука, 1966. - С. 96-100], який базується на урахуванні потреб до вологозабезпечення молодих рослин. Рослини ячменю у вегетаційних умовах (із штучним освітленням, підтримкою оптимальної температури і за нормальних параметрів зволоження і живлення) з певного часу (коли другий лист молодих рослин стане довше першого справжнього листа) залишають без поливу, блокують процес фізичного випаровування з поверхні (поверхню ґрунту заливають розплавленою сумішшю парафіну і технічного вазеліну) і у момент, коли наступає стійке в'янення рослин, визначають вологість ґрунтової маси у посудині. Таким чином, визначають вміст вологи у ґрунті, за якого рослини гинуть. У ґрунті на цей момент іще залишається деяка частина вологи, але рослини вже не можуть нею скористатися, тобто, ця волога вважається недоступною. Недоліком цього методу є потреба тривалого часу для аналізування, як мінімум, два тижні, а також спеціального обладнання - стакани для вирощування рослин, бюкси для сушіння ґрунту, аналітичні ваги, сушильна шафа тощо та хімічних реактивів - удобрювальних речовин і суміші з парафіну та гліцерину для блокування випаровування з поверхні ґрунту. Отже метод прямого вимірювання потребує значних зусиль, часу і коштів. Інші відомі методи відносяться до розрахункового визначення ВВ, найчастіше базуються на параметрах максимальної гігроскопічності (МГ) ґрунту, тобто, вологоємності на рівні гігроскопічної вологи. Але, параметри МГ не надто поширені у ґрунтових базах даних, а для спеціального визначення МГ також потрібні тривалий час, не менше 3-4 тижнів (залежно від гранулометричного складу ґрунту) і певний набір обладнання і реактивів. Найбільш близьким за технічною суттю є спосіб прогнозування вологості в'янення шляхом її моделювання на основі залежності ВВ від параметрів базових властивостей ґрунту гранулометричного складу, вмісту органічного вуглецю, карбонатів кальцію, вологоємності і щільності будови [Sarmadian F., Keshavarzi A. Developing pedotransfer functions for estimating some soil properties using artificial neural network and multivariate regression approaches // Int. J. Environ, and Earth Sci. - 2010. - 1:1. - P. 31-37.]. Залежність виражена таким рівнянням множинної регресії (1): PWP  2,779  0,006 Clay  0,016 Silt  136 OC  0,036 CaCO 3  0,24 SP  , 138 BD , де , PWP - вологість в'янення, %; Clay - вміст гранулометричних часточок розміром менше 0,002 мм, %; Silt - вміст гранулометричних часточок розміром 0,05-0,002 мм, %; OC - вміст органічного вуглецю, %; CaCO 3 - вміст карбонатів кальцію, %; SP - повна вологоємність, %; 3 BD - щільність будови ґрунту, г/см . 2 Це рівняння містить декілька незалежних змінних, коефіцієнт детермінації (R ) становить 0,64, корінь із середньої квадратичної помилки (σ) - 5,21. Позитивним моментом є помірно високий коефіцієнт детермінації, що свідчить про високу точність прогнозу. Недоліком цього способу є надто велика кількість показників, для здобування параметрів яких знадобиться дуже багато часу і зусиль. Наприклад, якщо параметри вмісту гранулометричних фракцій і гумусу є більш-менш доступними, то експериментальні дані щодо повної вологоємності і щільності будови ґрунту практично відсутні, тому що вимірювання їх потребує значних зусиль і вони не входять у загальні програми обстеження ґрунтового покриву. Крім того, використовувати цей спосіб для визначення ґрунтової вологості стійкого в'янення рослин у ґрунтах України неможливо. Можливість застосування представленої залежності 1 UA 93666 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 поширюється лише на ті ґрунти і території, на яких було проведено дослідження і отримано вхідні дані рівняння. На основі експериментальних даних здобутих у ході багаторічних досліджень ґрунтової вологості стійкого в'янення було виявлено залежність ВВ від гранулометричного складу ґрунту, яка, після цілеспрямованого опрацювання, набула вигляду рівняння множинної регресії, де критеріями прогнозування ВВ (незалежними змінними) є параметри гранулометричного складу ґрунту. В основу корисної моделі поставлено задачу удосконалення способу визначення ґрунтової вологості стійкого в'янення рослин за рахунок зменшення кількості показників та збільшення їх доступності, що дає можливість зменшити матеріальні та часові витрати. Поставлена задача досягається тим, що у відомому способі визначення ґрунтової вологості стійкого в'янення рослин, який включає польові та лабораторні дослідження, обробку отриманих даних, отримання моделі залежності стійкого в'янення рослин від базових параметрів властивостей ґрунту, згідно з винахідницьким задумом на основі одержання додаткових даних трьох фракцій гранулометричного складу ґрунту їх математичної обробки отримано рівняння множинної регресії: y  2,21  0,08  x1  0,21 x 2  0,21  x 3 , де y - вологість стійкого в'янення рослин (ВВ), %; x1  x 3 - вміст гранулометричних фракцій (x1-0,01-0,005; х2-0,005-0,001; х3 - < 0,001 мм, %), яке дає можливість отримати об'єктивні дані щодо якості фунту, з одночасним зниженням трудомісткості. Основою для отримання математичної залежності ґрунтової вологості стійкого в'янення рослин від гранулометричного складу ґрунту послугувала вибірка з 239 наборів даних експериментально визначених параметрів вмісту трьох фракцій гранулометричного складу за класифікацією Н.А. Качинського - середній пил (0,01-0,005), дрібний пил (0,005-0,001) і мул (< 0,001 мм) та ВВ. Зразки ґрунту відбирали у першому від поверхні генетичному горизонті чорноземів типового і звичайного на території зон Лісостепу, Степу та Степу посушливого (згідно з природно-сільськогосподарським районуванням України). Здобута залежність має такий вигляд: y  2,21  0,08  x1  0,21 x 2  0,21  x 3 , де y - вологість стійкого в'янення рослин (ВВ), %; x1  x 3 - вміст гранулометричних фракцій (х1-0,01-0,005; х2-0,005-0,001; х3 - < 0,001 мм, %) 2 Отримані дані коефіцієнту кореляції R=0,83; та коефіцієнту детермінації R =0,69 дають можливість говорити про точність та коректність отриманої залежності. Приклад реалізації способу. Перевірку достовірності моделі виконали на вибірці з 59 наборів експериментально визначених даних показників ґрунту у зразках, також відібраних з першого від поверхні горизонту на чорноземах типовому і звичайному у зонах Лісостепу, Степу та Степу посушливого (за природно-сільськогосподарським районуванням України). У зразках ґрунту аналітичним способом визначили вміст гранулометричних фракцій (0,010,005; 0,005-0,001 і менше 0,001 мм) та ВВ. Значення величин ВВ були отримані двома способами: 1 - методом експериментального (аналітичного) вимірювання та 2 - визначенням її значення за застосуванням отриманої залежності множинної регресії. Отримані дані було зведено в таблицю, яка дає можливість порівняти отримані дані та наочно переконатися у достовірності отриманої залежності. У таблиці 1 (у скороченому вигляді) коротко представлено інформацію щодо результатів досліджень. 2 UA 93666 U Таблиця 1 № зразка ґрунту 1 2 3 4 5 59 5 Вміст гранулометричних фракцій, %, за їх ВВ, визначена ВВ, визначена за розміру, мм експериментально, % рівнянням, % 0,01-0,005 0,005-0,001 менше 0,001 6,3 4,1 22,0 8,3 8,1 8,7 3,3 21,7 7,8 8,0 7,1 6,4 24,3 9,3 9,0 5,1 12,7 35,0 12,8 12,5 5,9 12,5 36,3 12,4 12,8 8,7 8,2 42,1 12,0 12,7 Порівнянням двох рядів даних - параметрів ВВ, визначених аналітично і за допомогою рівняння, дозволяє стверджувати, що виявлена закономірність і отримане рівняння регресії дають адекватну оцінку ґрунтової вологості в'янення. Результати статистичної оцінки достовірності моделі шляхом порівняння аналітично визначених параметрів ВВ з визначеними за допомогою рівняння множинної регресії представлено у таблиці 2. Таблиця 2 R 0,80 2  2,91 R 0,64 d 2,02 Пояснення: R - коефіцієнт кореляції; 2 R - коефіцієнт детермінації;  - середньоквадратична похибка; характеризує точність прогнозу - точність наближення фактичних відхилень ряду від лінії тренду рівняння; d - середнє лінійне відхилення (середня арифметична абсолютних відхилень фактичних значень від середнього) 10 15 Переваги способу, порівняно з прототипом: 1 - значно менша кількість потрібних для розрахунку ВВ показників. Потрібно знати лише вміст трьох фракцій гранулометричного складу; 2 - доступність потрібних даних. Відомості щодо гранулометричного складу ґрунтів України є найбільш доступними, оскільки аналіз гранулометричного складу є обов'язковим у всіх програмах польових обстежень і досліджень ґрунтового покриву; 3 - спосіб розроблено саме для основних ґрунтів у структурі ґрунтового покриву України чорноземів типового і звичайного. 3 UA 93666 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 Спосіб визначення ґрунтової вологості стійкого в'янення рослин, що включає польові та лабораторні дослідження, визначення гранулометричного складу, математичну обробку отриманих даних, отримання моделі залежності стійкого в'янення рослин від базових параметрів властивостей ґрунту, який відрізняється тим, що на основі одержання додаткових даних трьох фракцій гранулометричного складу ґрунту їх математичної обробки отримано рівняння: y  2,21  0,08  x1  0,21  x2  0,21  x3 , де y - вологість стійкого в'янення рослин (ВВ), %; x1  x 3 - вміст гранулометричних фракцій (x1-0,01-0,005; х2-0,005-0,001; х3 - < 0,001 мм, %), яке дає можливість отримати об'єктивні дані про якість ґрунту, за зниження трудомісткості операцій визначення. Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4