Академия Тринитаризма -- ИНЕ -- Внедрения -- -- Комплекс экспресс-мониторинга функциональной активности почвы на основе открытия собственной эндогенной электрической активности почвы

Комплекс экспресс-мониторинга функциональной активности почвы на основе открытия собственной эндогенной электрической активности почвы

Учеными и специалистами Института ноосферного естествознания и НП «АСИ-БИОСФЕРА» теоретически предсказано и экспериментально обнаружено явление эндогенной собственной электрической активности в верхнем слое почвы, которое вносит коренные изменения в существующие представления о природе и функционировании почвы и представляет крупный вклад в современное почвоведение, в частности, физико-химию, агрохимию и экологию почв.

Это явление зарегистрировано как открытие под N^o 143 от 25.02.2000 г Комаров В.М. и др.: «Явление эндогенной электрической активности почвы». Формула открытия из реестра открытий за 2000 год:

Экспериментально установлено неизвестное ранее явление эндогенной электрической активности особого природного тела - почвы, заключающееся в том, что в ее поверхностном слое проявляется автогенная (собственная) электрическая активность в виде колебаний электрических потенциалов низкого уровня с частотами большими частоты ~10^-4 Гц.

Научное значение заявляемого открытия состоит в том, что оно служит началом для развития перспективного фундаментального направления в теории биофизики, биохимии, экологи почв и почвоведении в целом, т.к. позволяет наполнить его качественно новым и количественно обоснованным содержанием. Оно состоит в приобретении качественно нового инструментария, необходимого для исследования физико-химического, биохимического и агрохимического состава различных типов почв, подойти к достоверной экспресс-оценке их химического состава, функционального состояния, плодородия и др.

Практическое значение открытия заключается в том, что на его основе возможно создание принципиально новых способов объективного экспресс-анализа плодородия, химического состава почв, прогноза урожайности выращиваемых культур и оценки не только экологии почв, но и состояния других биологических объектов.

Основанием для дальнейшей разработки практически значимого для функциональной диагностики почвы прибора явились следующие наработки:

Патент Nº 2141112 от 22.04.99г Комаров В.М., Татур В.Ю. и др.: «Способ экспресс-оценки состояния целостности почвы»

Экспериментальный образец компьютерно - мониторного комплекса: «Консонанс-диагностика функционального состояния почвы.

Лабораторный образец компьютерно - мониторного комплекса.

Научная статья Татур В.Ю. Комаров В.М. и др «Новый подход к анализу гармонии динамических процессов почвы», Препринт Nº Г2-99-4, «Инстиут Ноосферного Естествознания», 1999 г.

Дальнейшие исследования нового явления почвы согласно предсказанной и экспериментально подтвержденной гипотезе открывают широкую перспективу использования результатов исследований для решения в почвоведении самых разных задач прикладного характера.

При проведении мониторинга используется следующий состав технических средств:

прецизионный измерительный бокс для регистрации эндогенной электрической активности образцов почвы;
измерительная плата с 24-разрядным АЦП;
РС ЭВМ со специализированным матобеспечением для регистрации и обработки сигналов с почвы;

Порядок проведения работ по мониторингу почвы до проведения профилактических мероприятий:

Взятие образцов проб почв на различных площадях исследуемого объекта с целью организации презентативной выборки;

Подготовка образцов почв для измерения эндогенной электрической активности:

взятие с подготовленной пробы среза толщиной примерно 2.5 см, залегающего на глубине 3 см от травяного покрова;

увлажнение образца до влажности 70-80%;

выдержка образца в течение 30-40 мин. перед постановкой в измерительный бокс;

Проведение измерения электрической активности в течение 40-50 мин.

Накопление объема измерений индивидуальных проб, необходимых для проведения статистической обработки.

Проведение обработки всех экспериментальных данных и анализ полученных результатов.

Оформление результатов обработки.

Рис.1 Различные варианты конструктивного оформления лабораторных версий комплекса

Рис. 2. Структурная схема измерительной системы

Временная динамика электрических потенциалов почвы, зарегистрированных, с помощью разработанной технологии для различных типов почв

Спектры Фурье электрических потенциалов почвы различных типов почв

Рис.3 Традиционное временное и спектральное представление сигналов почвы


	Рис.4 Спектры разложения временной динамики электрических сигналов почвы по элементарным импульсным процессам

Пример сравнительного мониторинга функциональной активности образцов почв

Мониторинг проводился в течение двух восстановительных сезонов (в течение 2 лет) с целью оценки изменений функциональной активности различных образцов почвы, взятых с различных точек земельного объекта (городские почвы) до и после проведения профилактико-восстановительных мероприятий.

В мониторинге было использовано 27 почвенных образцов, идентифицируемых по месту взятия проб по их номеру в пределах от 1 до 27. На рис.5. приведены результаты измерений среднеквадратичных значений амплитуд эндогенных электрических колебаний почвы, зарегистрированных до проведения профилактических мероприятий в течение двух восстановительных сезонов. Результаты измерений и расчетов сгруппированы в три группы: со слабо выраженной, средней и с сильно выраженной, средней и с сильно выраженной электрической активностью.

Собственный уровень шумов по показателю среднеквадратичных значений амплитуд в том же частотном диапазоне составляет ~7.5 мкВ.

Особенности эталонных образцов приведены в табл. 2.

Эталонные пробы почв. Таблица 2.

Nº п/п	Название почвы	Место отбора образца	Глубина, см
1	Чернозем типичный	Центрально-черноземный заповедник (Абсолютно заповедная степь)	0.10
2	Серая лесная почва (агроценоз)	Опытная полевая станция ИПФС РАН, Черный пар	0.20
3	Бурая лесная почва	Кавказский биосферный заповедник(дубняк)	0.10
4	Дерново-подзолистая почва	Долгопрудненская агрохимическая опытная станция (почва без внесения удобрения)	0.10

Уровень электрической эндогенной активности большинства обследованных образцов почв после проведения лечебно-профилактических мероприятий после первого восстановительного сезона возрос по интенсивности на 34%, а после второго на 105% по отношении к предыдущему состоянию, что свидетельствует о значительном улучшении функционального состояния почвы обследуемого объекта, а также о стабилизации состояния почвы.

Рис.5 Сравнение среднеквадратичных отклонений значений амплитуд эндогенных электрических колебаний почвы, зарегистрированных до и после проведения лечебно-профилактических мероприятий по окончании первого и второго сезонов.

		АКАДЕМИЯ ТРИНИТАРИЗМА
		ГЛАВНАЯ • ИНСТИТУТЫ
		Институты > Институт Ноосферного Естествознания > Внедрения