Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ВЕРТИКАЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ПОЧВ И МЕТОДЫ ЕГО ИНТЕРПРЕТАЦИИ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ВЕРТИКАЛЬНОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ПОЧВ И МЕТОДЫ ЕГО ИНТЕРПРЕТАЦИИ"

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НМ.Ы.В.ЖЖНОСОВЛ «КНЬТЕГ ПОЧВОВКДВИН

На правах рукопиои УДК 631.425.7

ПОЗЕЕЯЙОВА АНТОНИНА ДАНИЛОВНА

ВЕРТИКАЛЬНОЕ ЭДИСГШЧВСКОЕ ЗСЯДИРСИАНИЕ ПОЧВ К МЕТОДЫ КТО ИНТЕРПРЕТАЦИИ

Специальность 06.01.03 - почвоведение

Автореферат

диссертации на соискание учено! степени кандидата Оиойогичвоких надк

Москва 1984

Работа выполнена на кафедре физика и - мелиорация почв факультета Почвоведения ШУ дм. Ц.В.Ломоносова и на Центральной торфо-йологной опытной станции НЮХ РСФСР. . :

Научный руководитель: доктор биологических наук Л.О.КарпачевокяЙ

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук' В.И.Савач

кандвдат биологических наук В.П.Самсонова

Ведущее учреждение - Ш-т почвоведения и фотосинтеза АН СССР

Защита состоятся «¿Г« qxtljHbM 190.Tr. в чао. && мин. ■ на заседания специализированного

совета K053.05.I6; МГУ им. Ы.В.Ломоносова, 119899» Москва, } Ленинские горы, ШУ, ф-т. Почвоведения, Ученый Совет. '

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета • Почвоведения ШУ.

Автореферат разослан V

Приглашаем Вас принять участие в оОоуадешш диссертации на '' заседания специализированного совета или прислать отзывы на . . диссертацию в 2-х экземплярах, заверенные печатью по адресу:' I19899, Москва, Ленинские горы, ШУ, ф-т Почвоведения, ученому секретарю совета. ,

Ученый секретарь ссецяалдз^рованного совета И.П.Бабьева

Актуальность. Для дальнейшего подъема сельскохозяйственного производства б СССР необходимо внедрение новейших достижений сельскохозяйственной науки, оснащение ее и сельскохозяйственного

дования почв. Одним из таких современных экспресс-методов является метод вертикального электрического зондирования (БЭЗ), который позволяет выявлять неоднородность почвенного покрова в естественных и искусственных БГЦ, определять профильное строение почвы по результатам измерений параметров стационарного электрического поля, создаваемого на ее поверхности.

В настоящее время метод ВЭЗ широко используется для диагностики и картирования почв засоленного ряде. Применение его в гумвд-ной зоне для аналогичных целей весьма актуально. Кроме того, при интерпретации результатов зондирования исследователи проводят лишь элементы качественной интерпретации. Количественная интерпретация, позволяющая получать более богатую и объективную информации, проводится по палеткам или по упрощенным формулам, что весьма субъективно. К настоящему моменту назрела практическая необходимость не только во внедрении самого экспресс-метода ВЭЗ, но и в разработке и совершенствовании объективных методов интерпретации результатов зондирования с применением ЭШ для получения достоверных знаний об исследуемой почве.

Цель исследования. Разработать методы .полной комплексной интерпретации результатов зондирования почв, основанные на физико-математических законах распространения стационарного электрического поля в почве.

Задачи исследования. - Оценить степень применимости различных геофизических методов качественной и количественной интерпретации к почвенным исследо-

производства высокопроизводительными современными методами обсле-

ваниям. 1-381

Ци:?. к;уч;:п £к,;я .....- г —

- Разработать объективные методы интерпретации результатов зондирования почв.

- Соотевить алгоритмы и программы автоматической обработки и интерпретации па ЭЕЧ данных ЕЭЗ почв.

- Изучить методой В.33 некоторые почвы гуиидной зоны: определить их удельное электрическое сопротивление и характер изменения по профилю.

Парная новизна. Разработаны объективные методы интерпретации данных 333 почв* основанные на решении .основного дифференциального уравнения поля постоянного тока - уравнения Лапласа, с применением специальной Я -функции. На основе интерпретации денных.ВЭЗ дерново-подзолистых и торфяных почв установлено иг удельное электрическое сопротивление и характер изменения его по проекта; определено количество различных ло электрическому сопротивлении слоев в почвенном профиле, их мощности и удельные элек-: т.шческие сопротивления; установлено соответствие между выделяемыми слоями и определенными почвенными генетическими горизонтами.

Гоактическая ценность. Даны практические рекомендации, составлены алгоритмы и программы для автоматической обработки и интерпретации результатов зондирования почв. Это,позволят не нарушая почвенный покров, по данным ВЭЗ, определять количество, мощности и удельные электрические сопротивления отдельных генетических горизонтов с целью практического использования при. решении различных задяч обкего, генетического и прикладного почвоведения..

Апробация работы. Результаты работы доложены на Л Делегатском съезде ВШ (Тбилиси, 1981), на Второй Всесоюзной конференции по применению математических методов и ЭВМ в почвоведении СПуцино, 1983), на конференции "Современные методы исследования почв" (Москва, ЯГУ, 1583).

Публикации. Основные материалы диссертации опубликованы в 8 статьях.

Объем работа. Диссертационная работа изложена на <¿$3 страницах паиикотиеного текста, включает Л^Г таблиц я рисунков. Состоит из введения, 6 глав, заключения, выводов и приложения. Список литературы содержит наименований,

из в юс /3 * иностранных авторов.

Глава I. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ЭЛЕКТРОРАЗВЕДКИ В ГЕОЛОГИЧЕСКИХ И ПОЧВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ.

Вертикальное электрическое зондирование <БЭЗ) лочв, или, как его называют некоторые авторы« микрозоаднроваиие, является одним из методов измерения кажущегося удельного электрического сопротивления ( д ) почв в полевых условиях. Глубина зондирования зависит от мощностей, удельных электрических сопротивлений отдельных слоев к последовательности их залегания.

Методы сопротивлений применяются в геофизике с 30-х годов. В последнее время они успешно используются при исследованиях почв засоленного ряда (Вадшина и др., 1976; Баровинек&я, Ворован, 1978; Хан, 1975; Раисов, 1976 и др.). Установлено, что различные почвы: солонцы, лугово-каттановые и светлокавтановые отличаются по удельному электрическому сопротивлению. Кривые рк этих почв обычно идентифицируются как двухслойные типа р, > рх мощность покрывающего слоя, определяемая по формуле Б.А.Еоро-винского совпадает с мощностью почвенного слоя выщелоченного от легкорастворимых солей.

Во всех случаях качественная интерпретация проводится на основе визуального анализа кривых , построения карт и профилей . Количественная интерпретация - определение мощностей

и удельных электрических сопротивлений отдельных почвенных слоев проводилось либо по палеткам, либо по приближенный формулам. Электрическое сопротивление почв гумидаой зоны изучено недостаточно, хотя отдельные авторы <Березин, Кириченко, 1977; Поздняков, Строчков, 1980; Карпачевский й др., 1983) указывали на^воэ-можность изучения почв гумкдпой зоны с помощь» метода ВЭЗ.

Разработанные и успешно-применяемые геофизиками алгоритма качественной и количественной интерпретации нельзя непосредственно применять в почвенных исследованиях, поскольку почвенные генетические горизонты маломощны, обладает нечеткими, диффузными границами между горизонтами и слоями. Внутри горизонта происходит значительное варьирование химических: и физических свойств, что отражается на изменении удельного электрического сопротивления. Кроме того, верхние горизонты густо переплетены корнями растений, более иссушены или разрыхлены, чем нижележащие горизонты, что ведет к ошибкам измерения верхних слоев.

Глава И. ОБЪЕКТУ И МЕТОД ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования проводились в Московской области. Изучались окультуренные иловато-торфяные почвы, окультуренные перегнойно-торфяные железистые на траввио-древесных торфах и карбонатно-хелезистые на травяно-гипновых"торфах почвы расположенные в долине р.Яхромы. Кроме того, исследовались окультуренные дерново-подзолистые лесчано-слоиотые, суглинистые и супесчаные почвы первой и второй надпойменных террас р.Яхромы.

Целинные дерново-подзолистые почвы исследовались на АБС "Чашниково" Солнечногорского района. Причем, были выбраны почвы сформированные на лесчано-слоистых двучленных и на суглинистых ледниковых отложениях. Измерения методом ВЭЗ проводились по пери-

метру впоследствии вырытых больших раврезов БР-78 и БР-79 размерами 4x4x2 ы. результаты измерения и интерпретации сравнивались с морфологическими описаниями этих разрезов.

Почвы Ыалинсхого лесничества Подольского района сформированы на довольно однородных по механическому составу покровных суглинках, что позволило проводить измерения в разных БГЦ ж ъ пределах одного БГЦ - ельника вогосжстоосокового под различными парцеллами о целью выявления зависимости удельного электрического сопротивления .от характера и степени выраженности дернового и подзолистого почвообразовательных процессов и влияния растительности.

Для измерений кажущегося удельного электрического сопротивления использовался прибор, сконструированный лабораторией физики почв ИТБОС, который является более усоверпенствоваяной модификацией прибора, разработанного яа кафедре физики и мелиорации почв ф-та Почвоведения UI7 (Поздняков, Хан, 1979). Благодаря кон-

V,

струкцки прибора, намерения на одной точке зондирования занимает 10-15 минут.

Измерения проводились в весенне-летний период (май-август) при достаточно высокой влажности, что позволяет исключить этот параметр из факторов влияющих на сопротивление.

' Глава Ш. НЕКОТОРЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ИЗИЕНЕНИЯ КАЖУЩЕГОСЯ

УДЕЛЬНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТЫХ И ТОРФЯНЫХ ПОЧВАХ.

Исследования показали, что различные почвы отличаются не только по величине удельного электрического сопротивления, но и по характеру изменения сопротивления в профиле, то есть, до типу кривых Рк .

Так, дерново-подзолистые целинные почвы имеют значения _рк закономерно изменяющиеся по профилю. С увеличением полуразноса

2-391 с

ЛВ/2 сопротивление закономерно возрастает* достигая определенного максимума, затем понижается. Кривые f>K имеют $ -образную форму. Такая закономерность нарушается только в тех случаях когда отсутствует дерновый или подзолистый горизонт.-В этом случае сопротивление закономерно убывает с увеличением полуразноса, а следовательно, с'глубиной (рис. I, а-г).

В верхней части профиля, при АВ/2 менее 0,5 м наблюдается различие между сопротивлениями дерновых и дерново-подзолистих почв разной степени оподзоленностя. Так, на целинном лугу сопро-тхвленне 50-100 ом,и, пол сосновым лесом и на лугу после вырубки ельника - 100-200 ом.к, под ельником 300-500 ом.м (рис. I, в).

В пределах ельника волосястоосонового дериово-подзол«стне почвы отличаются по сопротивлению в зависимости от парцеллярной приуроченности. Наиболее низкое.сопротивление имеют почвы под парцеллой копытня* а наиболее высокое под еловым подростом (ряс. I, г).

Окультуренные дерново-п о дзо л истые песчано-сяоиотые, суглинистые и супесчаные почвы имеют электрическое сопротивление несколько ниже, чем целинные. Характер изменения по профилю или

5 -обравный, как и у целинных дерново-подзолистых почв, если подзолистый горизонт не припахан, либо монотонно убывающий с глубиной {рис. I, д).

Окультуренные торфяные почвы Яхромской пойми имеют низкое удельное электрическое сопротивление (10-60 ом.м), изменение по профилю незначительное, но скачкообразное, то есть, кривые. рк являются "изрезанными" со множеством случайных отклонений в изменении рл с глубиной (рис. I, е). Это затрудняет тшизапню кривых f>d , кг качественную и количественную интерпретацию.

Такой "визуальный" анализ результатов зондирования почв является элементом качественной интерпретации. Он позволяет выявить 6

Рис.. I. Харвитервав кривые Як дерново-подзолистых целинных Ха-г), окультуренных (д) и торфяных (е)

почв

закономерности изменения по профилю и по плошали. Однако, по виду исходной кривой ?к или профиля ¡>к не всегда можно с уверенностью сказать сколько электрически различных слоев наблюдается в профиле почвы, а тек более объективно определить границы этих слоев.

глава П. ПРИЕМЫ КАЧЕСТВЕННОЙ КНТЕИ1РЕТАЦВИ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЭЗ.

Качественная интерпретация значений проводятся в па-

раметрах собственно рк или их аналогов и координатах АВ/2 и является первым этапом полной комплексной интерпретации результатов зондирования. При качественной интерпретации данных ВЭЗ почв наряду с непосредственными результатами полевых измерений использовались некоторые электрические параметры, определяемые по и асимптотическим участкам кривых ВЭЗ.

Первостепенной задачей при интерпретации кривых рк является задача строгого подразделения их на слои, соответствующие определенным генетическим горизонтам. Как и всякий график функции, кривые ' имеют точки экстремумов, участки монотонности, выпуклости и вогнутости, точки перегибов, асимптоты и прочее.

Экстремумы графика, как правило, должны быть приурочены к точкам максимальной выраженности специфических свойств соответствующего горизонта. Точки перегибов естественно отнести к границам почвенных горизонтов (слоев), поскольку здесь резко меняется характер изменения , а следовательно осуществляется переход

к новому качеству.

Поскольку, значения р* получают в результате измерений для дискретного ряда точек I* =АВ/2, то, следовательно, отсутствует аналитическое выражение для функции д. (г) . Таким образом, невозможно исследовать эту функцию классическими методами анали-

*

за. Предлагается использовать численные методы, для этого необходимо ;

1. Исходные значения интерполировать для аргументов

f =АВ/2, расположенных равномерно на логарифмической шкале с заданный вагой Р, то есть, для rV/ ? р- г. . таг лучпе выбирать 'vi? или что соответствует 1/10 ихк 1/5 единицы логарифмической окалы.

2. Составить таблицу конечных разностей первого и второго порядков, По этой таблице легко находятся точки перегибов, участки выпуклости и вогнутости, экстремумы и т.д.

3. Произвести сглаживание методом скользящего среднего до уровня стабилизации основных характеристических точек, то есть, до тех пор, пока дальнейшее сглаживание ее будет менять значение и местоположение экстремумов и точек перегибов.

Такой алгоритм качественной интерпретации положен в основу программ № 2-4 ЭВМ НАИРИ и использовался при анализе кривых f>< дерново-под зо ластах и торфяных почв.

Для кривых рк дерново-подзолистых почв ельника волосисто-осокового (иалинское лесничество) потребовалось 1-2 уровни сглаживания после чего выявлено:

а) Координата АВ/2 первой точки перегиба нарастает в ряду: еловый подрост (0 см), осока волосистая {12,6 см) и копытень (15,8 см), что соответствует нарастании модности аккумулятивно-гумусового горизонта. Глубина нижней границы шодзолевяой толки -координата АВ/2 второй точки перегиба - не зависит от вида парцеллы и равна 79,4 см.

б) Сопротивление оподзоленной толщи и максимальное его значение нарастают в ряду: копытень (295 ом.м), осока волосистая (ЗЭЗ ом.м), еловый подрост (420 ом.м), То есть* влияние парцеллярной структуры биогеоценоза* сказывается лишь на изменении модности

Э-301

дернового горизонта, а в пределах подзолистой толщи изменяет только степень оподзолеяяости и ве увеличивает мощность горизонта.

Для перегвойяо-юрфяяых почв анализ с помоиью конечных разностей позволял вычленить стабильные слои ливь после 5-ти уровней сглаживания. Судя по точкам перегиба, кривые рк иловато-торфяных и перегнойно-торфяных железистых почвможно идентифицировать как трехслойные. Кривые перегнойно-торфяных карбонат-но-келез«тых почв оказались двухслойными.

Таким образок, используя численные методы анализа, можно вполне объективно проводить типизации кривых рк . оценивать мощности и удельные электрические сопротивления отдельных слоев почвы. Однако, качественная интерпретация проводится в координатах и АВ/2. Реальные мощности и удельные электрические сооро-тявления можно найти только путем количественной интерпретации результатов зондирования.

Глава У. КОЛИЧЕСТВЕННАЯ ИНТЕШРЕТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ВЭЗ ПРЯНЫМИ ЧИСЛЕННЫМИ МЕТОДАМИ.

Методы количественной интерпретации основываются на законах распространения стационарного электрического поля в почве, а точнее, на решении основного дифференциального уравнения поля постоянного тока - уравнения Лапласа &11 * О •

Для горизонтально-слоистых сред реяеяие найдено Стефанеску ( » 1Э30):

и, И = % + 7[#, 1 (»"} <*<»} (I г

где .. И, потенциал на расстоянии >* от источника тока,

- коэффициент эмиссии тока, Лфункция Бесселя от действительного аргумента яГулевого порядка, - функция влияния 10

среди* зависящая от переменной интегрирования ( т )( мощностей ( ^ ), удельных электрически сопротивлений ( ? ) отдельных слоев и последовательности их залегания в профиле.

Отсюда:

ее

ЛеИ " 4] ],(тг) т с/т) ( 2 )

На формуле 2 основаны методы подбора (палетки), коша экспериментальная кривая р* сравнивается с теоретической, рассчв- -таввой по этой формуле при заданных параметрах разреза. Методы подбора обладают рядом недостатков: они субъективны, трудоемки, при реализации на ЭВМ требуют большого объела памяти и больаих аатрат малинного времени для интерпретации одной кривой ВЭЗ.

Более целесообразно использовать для интерпретации не $>к , а результат его численного интегрирования - функцию зна-

чения которой можно получить по формуле 3. При этом, число слоев в почвенном профиле и их параметры (мощности и удельные электрические сопротивления) полагаются неизвестными и находятся автоматически в процессе численного анализа Я. -функции. Таким образом, применение функции Я,(т) открывает широкие возможности для реализации объективных прямых численных методов интерпретации результатов зондирования почв.

Интерпретация включает следующие этепы:

1. Нормализация и интерполяция исходных данных .

2. Пересчет в вначения функции (?, (т) .

3. Послойная интерпретация £ -функции.

Первый этап не вызывает затруднений и может выполняться как в ручном, так и в машинном варианте (программы № 1-3),

6 основу пересчета р* в (т) взята формула 3. Испытание различных .способов вычисления несобственного интеграла, стоящего в правой частя уравнения, позволило остановиться на квадратурно! формуле:

<7/«'^ (4)

где коэффициенты зависят от иага интегрирования и преде-

лов суммирования.

Вычисление по формуле 4 проводилось для равлжчных криэьа д. , полученных на дерново-подаолистых я торфяных почвах с использованием разных коэффициентов и разных шагов интегрирования ( Р» До, *Ло) на ЭВМ НАИРИ или на ЭКВН. Для быстрого пересчета в Я,(т) на ЭКВН предлагается специальный алгоритм* Для пересчета яа ЭВМ составлена программа аЯР • Асимптотическое продолжение кривых в сторону бояьакх и малых полуразносов, необходимое для вычисления по формуле 4 осуществлялось следующим образом. Если кривые при больших разносах выходят на асимптоту параллельную оси абсцисс, для больших полуразносов добавляется " уУ " одинаковых значений , если хе иет, то по специальной формуле (Матвеев, 1974). Для малых полуразносов добавляется " V ■ одинаковых значений .

Сравнение результатов пересчета рк в Я, (т) различным« способами показало, что наиболее точным является пересчет с шагом /Щ от него на 0,2-17^ отличается пересчет с нагом /го*и на I-73% о шагом '/ГО1. Таким образом, для ручного пересчета в И,{т) можно рекомендовать формулы, использующие ваг ^/10*. а для ыашннного - /10*.

В результате пересчета большого количества кривых рк почв в значения -функции, как в ручном, так и в машинном варианте.

было установлено, что кривые = & имеют более

плавный вид по сравнению с Д , однако, на них, также как и на кривых зондирования, проявляются все особенности почвенно-электрического профиля, но в более сглаженной форме.

Наиболее сложным является третий этап - послойная интерпретация Я. -функции, которая связана с параметрами горизонтально-слоистого профиля выражением:

Я&£>7<5'

где ' П - число слоев, А;- мощность, Д* - удельное электрическое сопротивление -го слоя. Формула записана в двухвариант-ном виде: если аргумент больве единицы, то жслользуют котангенсы, меньие единицы - тангенсы.

Рехурентность Я -функции позволяет определять мовяости и удельные электрические сопротивления отдельных слоев последовательно сверху вниз, пересчитывая каждый раз Я -функцию с одного слоя на другой. При этом, на каждом этапе исключается влияние как выше, так и ккхележацих слоев и определение параметров в каждом цикле сводится к решению двухслойной задачи. В результате многократного повторения таких операций получают мощности и удельные электрические сопротивления всех слоев или горизонтов почвенного профиля.

Опробования алгоритмов способа "снятия" слоев, предлагаемых геофизиками, выявили ряд серьезных трудностей в его реализации. Основная трудность заключается в выборе участка на кривой характеризующего выделяемый слой, В силу отсутствия четких границ между почвенными генетическими горизонтами, а в отдельных случаях и нарушенной горизонтальности, критерии выделения слоев предлагаемые и используемые геофизиками оказались не пригодными при интерпретации кривых ^ почв. Поэтому было обращено особое вни-

13

манне на графо-аналитический метод Пекериса '» 1940).

Используя подход Пекериса к решению уравнения 5, был составлен алгоритм интерпретации кривых почв и соответствующие программы для ЭВМ НИР и НАИРИ (ИВЭЗ-81 и ИВЭЗ-Й1), использующие диалоговую форму "человек-ЭВМ", сочетающую больаую вычислительную мощь ЭВМ с опытом, интуицией и мастерством интерпретатора.

Со этому алгоритму проведена интерпретация крнвюс раз-

ных почв. Анализ ояибох интерпретации и сопоставление их со свойствами Я, -функции позволил выявить закономерности в появлении ошибок и осуществить их устранение. Для этого предусмотрена корректировка &-функции на основе ее асимптотических свойств и исправление сопротивления верхнего горизонта . Кроме того,

предусмотрено вычисление погрешностей выделения слоя для выбора наилучяего варианта интерпретации и используется свойство информативной функции сохранять постоянное значение в пределах слоя. Составленная программа ИВЭЗ-82 позволила осуществить интерпретацию всех полученных кривых почв.

Кроме того, составлен упрощенный алгоритм, реализующийся на ЭВМ в автоматическом режиме (ИВЭЗ-Н2). Он использует в качестве . критерия выделяемого слоя свойство й. -функции сохранять монотонность в его пределах. Этот алгоритм рекомендуется для реализации на ЭВМ, в которых имеются трудности в осуществлении диалоговой формы (отсутствие дисплея или графопостроителя).

Глава У1. ПРКНЕНШИЕ МЕТОДОВ КАЧЕСТВЕННОЙ И КОЛИЧЕСТВЕННО?

ИНТЕРПРЕТАЦИИ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПОЧВ.

Предложенные методы, алгоритмы и программы качественной я количественной интерпретации позволяют выделять на кривых ВЭЗ слои отличающиеся по электрическому сопротивлению. Наиболее ответственным этапом комплексной интерпретации результатов зонди-14

роэания является "наполнение" построенной модели среды почвенным содержанием, то есть, "привязка" электрически различных слоев к определенным почвенным генетическим горизонтам.

Чтобы оценить возможности предлагаемых алгоритмов в выделении почвенных генетических горизонтов была проведена интерпретация одних и тех же почв по равным программам. Результаты интерпретации сравнивались с реальными глубинами залегания отдельных горизонтов.

Было установлено, что алгоритмы программ ЙВЭЗ-81 и ИВЭЗ-Н1 весьма чувствительна к ошибкам измерения р* на малых разносах, 'Алгоритм программы ИВЭЗ-82 менее зависит от ошибок измерения д. Сравнение интерпретационных величин Н с реальными глубинами, полученными.путем промера по стенкам разреза БР-79 показало, что первый слой соответствует объединению горизонтов Ао, А1 и верхней части горизонта А1А2. Второй слой включает нижнюю часть горизонта А1А2 и горизонты А2А1, А2, А2В. Все нижележащие горизонты объединяются в третий слой. Ошибки в определения глубины залегания середины горизонта А1А2 составили 3-9%« что менее I см. Ошибки в определении глубины залегания нижней границы горизонта А2В составляют по левой стенке (5,5 см), по передней-в правой 3-4% (1-2 см), в среднем 4% (около 2 см). Примерно такие же ошибки получились при интерпретации по упрощенному алгоритму с предварительно А корректировкой К-функции (табл. Г).

Наибольшие ошибки в обоих случаях оказались при интерпретации кривых левой стенки. Здесь две кривые $>к двухслойные, две ^-образные трехслойные и две типа р, > $>&. » > которые по упрощенному алгоритму интерпретируются как двухслойные, что увеличивает ошибку интерпретации.

Таким образом, алгоритмы программ ШЗЭЭ-31 и ИВЭЗ-Н1 могут быть рекомендованы только в том случае, если есть уверенность в

Таблица < I. Ошибки количественной интерпретации кргамх Лг

деряово-подзолистой суглинистой почвы раэреза БР-79

Горизонт Реальная глубина см ИВЭЗ-82 Н см 0 И к б К и см % Упрощен, алгоритм Н (см) 0 м и см. б к и %

Левая стенка разреза

Ш2/2 II 10 I 9 6,2 2,8 25

А2В 49,3 43,8 5,5 II 32,8 16,5 33

Передняя стенка разреза

ЛШ/2 II 10,5 0,5 5 • 11,3 0,3 3

12В 49,2 ' 47,5* 1,8 4 44,7 4,6 9

Правая стенка разреза

А1А2/2 II,5 11,2 0,3 3 11,2 0,3 3

А2В 35,6 36*8 1,2 3 36,8 ' 1*2 а

Среднее по разрезу

А1А2/2 11,2 10,6 0,6 5 10,2 I 9

А26 44,7 42,7 2 4 38,1 6,6 15

Таблица 2. Сравнительные характеристики количественной и качественной интерпретации для дерново-подзолистых суглинистых почв ельника волосистоосокового.

№ слоя Глубина АВ/2 ^ (см) Я К Сопротивление Ас /5« К

Ельник 9 целом

I

г з

Осока волосистая

Копытень

2 3

1

2

з

1

2 з

Средний X

коэффициент 2 перехода (К) 3

12,6 100

Парцеллы; Еловый подрост I

6 0,476 42,1 0,421

250

4,4

79,4 42,1 0,530

12,6 6 0,476 79,4 40,8 0,514

15,8 9,3 0,539 79,4 43,1 0,530

0,505

365 78

244

336 76

218 261 67

250 406 30,4

Э06 423 33,4

244 444

30

210 356 28,2

I

1,261 0,411

1,158 0,428

I

1,321 о;зэ5

0,963 1,364 01421

0,991 1,277 О; 414

правильности измерений р« на малых разносах. Упрощенный алгоритм хорошо работает при интерпретации кривых с немонотонным изменением сопротивления с глубиной, например, типа

< $>г > или < . - Наиболее универсальным

является алгоритм программы ИВЭЗ-82.

С целы» предварительной оценки глубин горизонтов х их удельных электрических сопротивлений можно подобрать коэффициенты перехода от качественных характеристик почвенно-электри-чесхого профиля к количественным. Такие коэффициенты подбирались для дерново-подзолистых почв лесного БГЦ и торфяных почв Яхромской поймы.

Для дерново-подзолистых почв интерпретировались четыре усредненные кривые : для ельника в целок и для различных парцелл (еловый подрост, осока волосистая* копытень). Сравнение результатов количественной интерпретации (по программе ИВЭЗ-81) с результатами качественной интерпретации (численными методами) показало, что коэффициент перехода от координаты АВ/2 точки перегиба к истинной глубине слоя колеблется в пределах 0,43-0,53 , в среднем 0,6. Истинное удельное электрическое сопротивление получится, если умножить для второго слоя на коэффициент 1,88 , а для третьего на 0,41 (табл. 2).

Для торфяных почв подобрать такие коэффициенты перехода не удалось. Во.многих случаях выделенные с помощью качественной интерпретации слои отсутствовали при количественной интерпретации для той не единичной кривой . это происходит по-видимому потому, что кривые торфяных почв сильно "изрезаны" и при

проведении качественной интерпретации для них проводилось 4-5 уровней сглаживания методом скользящего среднего, что сильно изменяло исходную кривую рк .

Таким образом, приближенные коэффициенты перехода могут

быть найдены только для кривых рк , стабилизирующихся после 1-Й уровней сглаживания. Если же изменение скачкообразно,

следует применять только строгие методы интерпретации с применение» численных методов анализа к Я -функции.

Для выявления зависимости электрического сопротивления от различных физических и агрохимических свойств было проведено обследование деоново-п од золистых окультуренных почв различного механического состава на трех участках площадь» по 2 га каждый в совхозе "Дмитровский" Московской области.

На первом участке дерново-подзолистой песчано-слоистой почвы пповедено вертикальное электрическое зондирование с шагом 5,6 м по 8-ми линиям Ой 10-17), отстоящим друг от друга на 30 м (по 12 ЮН в линии). На втором участке дерново-подзолистой суглинистой почвы проведено зондирование с фиксированными расстояниями между электродами с нагом I м по таким же 8-ми линиям и ВЗЗ по двум линиям (№ 32 и № Е6). На третьем участке с переменным механическим составом от песчаного до суглинистого проведено вертикальное электрическое зондирование по двум линиям (№ 72 и $ 76). На всех трех участках отбирались почвенные образцы по линиям зондирования с шагом I м из верхней части пахотного горизонта и в точках зондирования бурением до глубины I м с шагом 10 см.

Сравнительный анализ значений рк и различных агрохимических и Физических свойсте показал, что значения рк в первую очередь зависят от механического состава, емкости поглощения и суммы поглощенных оснований, содержания гумуса и минеральных питательных веществ. Так, наибольшее сопротивление наблюдалось на дерново-подзолистых песчано-слоистых почвах (участок №1), наи-неньиее на суглинистых (участок №2).

Почвенная карта-схема 2-го участка хорошо согласуется с картой рк (оис. 2). Пятнам с более тяжелым механическим соста-•Ш -

( | суглинок

легки! суглинок

Рис. 2. Почвенная карта-схема и карта. ?к окультуренной дерново-подзолистой суглинистой иочва.

СИ ?к * 70 он.* он.*

ом.н 420 ММ-£0 ■

32-я линия

я

ом.*

т

А9

$6

4 Ы

&

ч*

36-я линяя

•Ж

........ 7 .... . . ■ ■

Рис. Э. ' Значения до »несения удобрений (I) я после (2) на окультуренной дерново-подзолистой суглинистой почве.

рис. Связь кажущегося удельного электрического сопротивления { Рк ) о сумной логлоценных оснований ( ), емкостью поглощения (Т) и содержанием гумуса (С).

sou, повышенный содержанием поглощенных оснований и гумуса на почвенной каоте соответствуют контуры с более низким кажущимся удельным электрическим сопротивлением на карте рк . Значения закономерно убывают при внесении минеральных удобрений (рис. S), С увеличением ешеости поглощения, суммы поглощенных оснований или содержания гумуса сопротивление уменьшается по экспоненциальному закону (рис,4).

Количественная интерпретация результатов зондирования, проведенная по программе КВЭЗ-82 показала, что большинство кривых исследуемых почв трехслойные типа ft<?i> fj иля тша Pt > Pz > fs

Мощность пахотного горизонта на участке №2 колеблется в пределах 11-22,4 см, подпахотного 30-54 си (глубина нижней границы 52-65 см). Сопротивление подстилающей суглинистой породы 30-36 ой.м. Б пределах пахотного и подпахотного горизонтов сопротивление меняется в диапазоне 50-250 ом.и, что зависит от механического состава,.содержания гумуса, суммы поглощенных оснований, емкости поглощения. Чем выше эти показатели, тем няхе удельное электрическое сопротивление. Следовательно, по удельному электрическому сопротивлению, по-видимому, можно оценивать потенциальное и актуальное плодородие почв или степень их окулиурен-ности.

ВЫВОДЫ

1. Разработан способ качественной интерпретации данных ВЭЗ почв, основанный на численных методах анализа, позволяющий проводить объективно строгое подразделение кривы* рк ВЗЗ на слои, отличающиеся по электрическому сопротивлению. Установлено соответствие между этими слоями и определенными почвенными генетическими горизонтами.

2. Для количественной интерпретации разработав метод,

21

основанный на решении основного дифференциального уравнения поля постоянного тока - уравнения Лапласа. Метод позволяет в автоматическом режиме подразделять кривые рк на слои, определять юс реальные мощности и удельные электрические сопротивления. Предложены алгоритмы и программы, использующие для интерпретации результатов зондирования специальную Я -Функцию: а) Алгоритм, основанный на свойстве функции

сохранять прямолинейность в пределах выделяемого слоя.

б) Алгоритм, предусматривающий корректировку сопротивления верхнего горизонта и Я -функции на основе ее асимптотических свойств. Эта корректировка необходима при почвенных исследованиях в силу объективных трудностей правильного измерения на малых разносах электродов.

в) Упрощенный алгоритм, использующий свойство Я -функции сохранять монотонность в пределах выделяемого слоя.

Испытание полученных алгоритмов показало, что результаты интерпретации хорошо согласуются с реальными глубинами залегания определенных почвенных горизонтов, их мощностями и истинными удельными электрическими сопротивлениями.

3. На основе качественной и количественной интерпретации результатов ВЭЗ выявлено, что:

а) Профильные кривые кажущегося удельного электрического сопротивления почв гумидиоИ зоны: дерново-подаолистых и торфяных, в условиях высокого увлажнения объективно отражают профильную организацию этих почв. По Форме кривой и величине рк можно судить об интенсивности и виде почвообразовательного процесса. .

б) Наибольшим сопротивлением в ряду целинных де рново-п од эо л истых, окультуренных дерново-подзолистых и торфяных почв обладают

( 6 )

целявные де рново-подэолястые почвы, сопротивление которых достигает нескольких сот н даже тысяч ок.и. В окультуренных дерново-подзолистых почвах сопротивление снижается до 1-2 сотен ом.м, а в торфяных почвах величина сопротивления не превышает пергой сотня ом.м, а чаще всего не выве 40-60 ом.м. Заметно снижает удельное электрическое сопротивление внесение минеральных удобрений.

в) Кроме ¿V херново-подволистых целинных почв, имеющие £ -образную форму, отражает трехслойное их строение

4 > 9ч*. . Кривые /у окультуренных дераово-подво-листых почв при общем снижении величин сопротивления сохраняет трехслойность в случае наличия в почвенном профиле остаточно-оподзолеяяого горизонта или является двухслойными в случае ярж-пахивания горизонта АЕ полностью и формирования окультуренного слоя непосредственно на горизонте В.

г) Установлена экспоненциальная зависимость кажущегося удельного электрического сопротивления от суммы поглощенных оснований (.$ )« емкости поглощения <Т) и содержания гумуса

■ Лс - А-ехр(-вх) { 7 )

где А, В - константы, X £ » Т жли С.

4. Предлагаемые методы, алгоритмы и программы качественной н количественной интерпретации результатов ВЭЗ позволят быстро и надежно производить интерпретацию данных ВЭЗ при обследовании почвенного покрова, не нарушая его целостности, что может оказаться полезным при картировании, почвенно-мелжоратив-ных изысканиях, проведении различных полевых опытов и других .научных исследованиях.

Материала диссертации опубликованы э работах:

1. Использование численных методов анализа при интерпретации данных ВЭЗ (в соавторстве) - Научные труды ЦТБОС, и., 1980, вып.5, 0,121-127

2. Целесообразность расчета различных электрических параметров при интерпретации данных ВЗЗ (в соавторстве) - Научаие труды ЦТГОС, П., 1980, ВЫП.5, с.25-32

3* Использование /Е -функции для интерпретации данных вертикального электрического зондирования почв (в соавторстве) -Те».докл. У1-го Делегатского съезда ВОН. Тбилиси, 1981», с,88-89

4. Упрощенный метод интерпретации кривых ВЭЗ почв с использованием Л -функции. - Научные труды ЦТБОС, И., 1982, вып.6, . с.190-199

5. Опыт применения интерпретации данных вертикального электрического зондирования дерново-подзолистых и торфяных почв

{в соавторстве) - Научные труды ЦТБОС. М., 1982, вып.6, с.

182-190

6. Количественная интерпретация данных вертикального электрического зондирования почв с применением А -функции (в соавторстве) -Почвоведение. II., 1983, №10, с. 120-125

7. Кодификация количественных методов интерпретации данных ВЭЗ почв (в соавторстве) - Тез.докл. Второй Всесоюзной конференции по применении математических методов и ЭВМ в почвоведении, Пущино, 1933, с.99-100 -

8. Использование метода ВЭЗ для оценки скелетыости почв'(в соавторстве) - Тез .докл. Всесоюзной научной конференции "Современные методы исследования почв". П., МГУ, 1983, с,22-83

Поди, к пвч.11.03.84.Л—77833. Формат 60x84/16. Бумага типографская^ № -1. Печать офсетная. Объем 1.3 усл. печ. л. Тираж 100. Заказ 391. Бесплатно.

Ротапринт ВНИЙГиМ 141800^ Дмитров, Моск. обл., Леврнабережная, 12

Бесплатно