Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ПОЧВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ И ИХ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ В ПОЧВЕННЫХ ИССЛЕДОВАНИЯХ"

МОСКОВСКИЙ ГОО/М РСГВШ1Ш УШЕИМТЕ С им.М.Л.ЛОМОНОСОВА ФАКУЛЬТЕТ ПОЧВОВЕДЕНИЯ ' -

На правах рукопиоч . УДК 631. 43?

КИСЕЛЕВ НИКОЛАЙ ФЕДОРОВИЧ ' ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВ И ИХ И С) ГОЛЬ" КИЕ Й ПОЧВЕННИК ИССЛЕДОВАНИЯХ

Специальность 06.01.03 - почвоведение, (на русском язикв)

I

I

Автореферат дкаоертшши на соцоканнч у-ченои етегннм кандидата ¿иодомчеокмх неук

Мое»«« 1993

ujC >

Работа выполнена на:кафедре фаэикя н мелиораикн поит факультета почвоведения ■ ¡.¡ТУ. , ■ ' -

Научные руко вбдит ели.; , ■ ,' .

доктор бийлопгческпх наук, профессор Л,i.Bajiui[ина-

доктор tf-иэ ико-мат ематич ее ких наук Ц^.Ьоро.иииский

Официальные оппоненты: ■ .

доктор сельскохозяйственных наук^ В.Н.Ддао доктор <5иологических нау?, профессор „ . Ы.Ь.Мшадш.

Ведущее учреждение - /агрофизически!',. »шетдтут -ВлСаШ1Л ' (т. Лешетграя)

Автореферат _разослаи - l& JUdriU

Защита^оостоится " flffi" 4 года,

в /А

час. _ frO , на заседании Специализирован- ■

ИОГО Совета по подацдени» К05Э.05.16МГУ ям. ;.1;З.Ломо-носош; йоекка, Ленинские горы,- ШУ; ¿£окулътет

почвоведения« Учёный Совет.

С диссертацией можно ознакомиться о ¿ий^аютеке факультета почвоведения ЮТ. ■ • . . *

Ученый секретарь Спедаалкзироьанного Совета,

доцент •st' _> И.П.ЕаОьева

Актуальность темы.-Лля осуществления Продовольственной программы необходимо интенсивна использовать имепшеся сельскохозяйственные угодья и вводить в оборот новые земельные массивы; решение этой задачи требует' нальнейоего совершенствования методов исследования почв,в том. числе электрофизических.Внедрение алект- . ро^иэических методой впочвоведение и в.смежные области требует знания электрических свойств почвы.Практическое использование переменного тока в почвенных исслевованиях невоэможно без учета диэлектрических характеристик почв,которые при этонявляптоя походя и ми данными и в насгоякее время мало изучены.Исследование диэлектрических свойств почв является важной теоретической м практической задачей почвоведения, гак как,изучив закономерности изменения диэлектрических свойств различных почв,можно увязать их о зическими,химическими и физико-химическими свойствами и считать диэлектрические стйства почв как саноотоятелыме физи некие характеристики. '

.Цель и задачи исследований. Цель» работа было исследование акэхе&трических свойств почв« на высоких частотах м разработка— . электро£изичесхих мэтоаов исследования почв с -использованием этих свойств.Основные задачи при этом сводились. к с'ледувиему:

- разработка методики измерений^диэлектрических свойств почвы в. .. диапазоне частот О,I - 150 МГц;-.

- исследование диэлектрических свойств почв и выявление зависимостей диэлектрических характеристик их от чостота,влажности,температуры и других факторов;- выявление закономерностей изменения диэлектрических характерио-

так почв по типам почв и по генетическим-горизонтам;; -

- разработка високочастотной аппаратура ддя исследования почв;

- использование диэлектрических свойств при- шсокочаототчом аондк-ровакии почв; .. . ■

- изучение возможности применения токов высокой'чаотот для дезинфекции почв закрытого грунта./

Научная новизна работы заключается в установлении зако ко мерностей изменения диэлектрических характеристик ряда почв СХР в диапазоне ч9~тог 0,1 - 150 МГц и длияния на ниг различных фактор ров,в установлении связи диэлектрических свойств о генатмчеокжм*: особенностями,. почв,л разработке.-вопросов применения токов виоокоЯ

час го тм с истод ьэо отроения почв'и дезинфекции

вакием-1—'"ТГЧЧЧГСДНТ ^■"""^■'.у г "'р з инфекции ■ закрытого а

Практическая ценность-робо -и

1Йо«к. свянско; им. К. А.

Цич Мо...

вихя:; ' f «

для различных почв в широком диапазоне частот и интервала влакнофт тей от абсолютно сухих почв до общей влаго емкости могут: использова-» ться как справочный материал при электрона три и почв.Выявленная ДЦСт Персия и ¡^¿»'позволяет шбрать оптимальные частоты тока при- виоск кочастотных'методах исследования почв.Практически показана целесо* > образнос ть использовани:1 метода час то тиого. зондирования .длд изуче^у ниястроения почв .Полученный при высокочастотной дезинфекции теп- ;: личных почв положительные результаты «экономическая целесообраз->^ ность является основанием для промышленной разработки нового м?т©-: да дезинфекции тепличных почв, -

Материала'исследований используется при чтении курса: "{'иэика'*. по чьи" студентаии факультета Почвоведения МГ/ и в,курсе лекций для. слушателей факультета повышения кодификации при Факультете,Почвс^ ■ ведения.Методика исследований диэлектрических свойств почв иог^оль»,; .зевалась *о ШШ эерю (г.14осква) при исследованиях электрофизических свойств зерна и а Московском институте инженеров оельсхохоэяй» ств?нного производства при изучении электрических свойств-э'аамичч*. кого грунта и кормов.Результаты рабога по дезинфекции тепличных.'. * почь били использованы при разработке агротехнических требований;':* на агрегат для электротермического обеззараживания почвы (НИИ чвощ-т поп» хозяйство, г.Мытищи). • - '

Апробация работа■ Материалы диссертации были доложены на 5 :."-' научно-технической конференции ВЗНИ (Носк»а;1974), на йзеоойэноЦ1" конференции "Мелиорация,использование и охрана почв Нечерноземной / зоны" (Москва,1930) и на Б делегатском съезде Воесоозного обкеотва: почвоведов (Тбилиси, 1931). . .'' : '.;

Публикации, По теме диссертации опубликовано 7 работ.-' Объем работы. Диссертация-состоит из введения,6 глав и выво^ ' дов,содержит 116 страниц иашнописного текста, 50 риоунко», ' таблиц. В приложении приводятся данные по фиэичесхмм,химическим физико-химическим свойствам исоледуешх почв.Список литературы; вклвчает 93 наименования,из них 6 на мностраншх языках.;

Рб»ор литературы ло_дирлектрическим о во Яствам почв; ^ -" ; В нмтоядвв время иавесшн многие работа по нооледоаанно дн-электрических ввойств почвогрунтов.но большоячооть ихо трахает исследования характеристик горных пород.Иоследавания диэлектричео^ ких свойотв горних пород проведена А.Г.Тарховым ОЭВД), Э,И,Пврхо» меню (1965), А,»Т. Б он даре шсо( 1965), В.А.Иоффе, Г,И.Хвостеико,\ ^ Й.С1чневок#В"(1950); Т.Н,Чел)»дэе (1963) и др.,а также зарубежными ьсоледо ватедями С$>"¿¿6 - Ле&Ьс ¿(еах£го, /439.

¿Ьчеее^&агфъ/юО V ■■ - -

. Из вес тек рш ров от/п освящу иных исследование лизл гктричгских свойств почв. С.Г.Ткзченко (1072) исследовал почвы из различных ".почвенно-климатпчзских-зон в низкочастотном диапазоне (20 Гц-;ЙОО кГц) по генетическим горизонтам в прадедах прочное вязанной ро-•ДЦ4 Н.Е»Троицким (197'|) изучены диэлектрически?* свойства ряда ■;;поча; черноземной и к аз гш оп ол зоны, в нижней чэгти радио волнового диапазона (I - X «Гц), при атом не рассматривались дазлектричес-¡/киУ характеристики по 'горизонтам. 3 работах М.Г,Тзнзыб аз зз, В. Д. Пе р -фильевогиЗ,!'. Нестерова (1370) ксследовани диэлектрические сворит-'■ва'ряда почв Хек си и на частотах 20 Гц - 10 "Гц. Н .П.Троицкий и ;-1|К*2т8павод (Г950)теоретически установили зависимость диэлгктри-. ческой проницаемости' почэы от её удельной поверхности, •«.л ^: Из' приведенного обзора установлено,что имевшиеся литерату--ре.данныё отражав г в основном да; о л в ктр ицеекке свойства горних по' род ¡а', таза тгдрию физических процессов в вдэлзктраках и дизпгрс-йах;'системах.Работа по диаяектрччесюим сзоКатаам почв-гуполигни . в;, низкочастотно и' диапазоне и начала радиоволнового диаадзонз.Прак-/■'тичэекй'нзт даннах на1 частотах выше X МГц.Н;достаточно исслэдо-->ано изменение диэлектрических характерна тик. по генатическиигори-~.ЗЬНтам.Кроме того»'не разрэботада кетовд практического использовав ' ния диэлектрических свойств впочв;нных «сследованиях. '.■л'Л ■ Объект« я методика исследования. Объектами исследования были вэята сл.адуювце почва: дерново-оильноподеолистая (Московская рбл., Чаянкгсово);серие лесные почви Ссветяо-сврвя лесная - Тульски* за~ оеки^'Темно-серая лесная - Воронежская обл.. Шипов лео),черноземы (типичный - Курская обл.;.обыкновенный - .Воронежская обл.;прец-

■ кавказский:;- Ставропольский-край), тем но-кащто новая почва (Ростовская"* обл.,Пролетарский райей),. солонцы (глубокостолбчатый, оильно-

■ оо.оладелнй - Воронежская ос) л., Ни лов лес; яоркогый ~ Ростовская обл -. Про л е тар} кий радон; корковый солончаковатый --Уральская обл.{содовый солонец - солончак.сульфатного засоления - АэССР,Карабахская степь)* оолоччак (Ростовская обл.)^ горные,г.очвы (бурак горно-лес-- н ая, горн о- луго вая субальпийская - Ставропольский край. Те барда),

желтозем типичный (АзСОР,Ленкоранокий район). Каждая из почв иссге .довалась по генетическим горизонтам в интервале влажное те л от аб-'. солотно сухой почвы до общей влагозикоати при следующих увлажне-1 ниях: абсолютно сухие,во'зд/шно-оухие почвы,почвы гни .'-/Г, ШВ и 03. Во^го было подвергнуто исогедоЕанип 316 образцов почв.

Исследованием лрелзеотвояала.разработка методики мим*'¡лиМ £ и рассматриваемом аедпззокз частот.Лин оЗзор иетодо» иэмере-

нкВ диэлектрических характеристик-почвогрунтово-целью выбора наиболее приемлемой методики о учетом «про к ого диапазонагчастот,больших диэлектрических потерь и влияния'паразитных гарамет-ров,Показано,что исследование резонансных методов на влажных почва* н» дает положительную результатов.Обоснован выбор мостового метода измерений. _

Для измерений в диапазоне частот 0,5 - 150 МГц использовался моот EIO-7,Измерения £ и влажных почв в диапазоне частот 0,4 - . 30 МГц производились мостом EI0-2, которой имеет высокий предел измерения емкостной составлявши (ЧЭОпр). Для диапазона 0,1 -0,5 МГц нами был разработан прибор,позволявший измерять^" и ^¿У почв в диапазоне 0,05 - I МГц« Предусмотрено некоторое перекрытие диапазона »сторону высоких'частот ил я стыковки с приборами EI0-7 и EI0-2 и в сторону низких частот для сравнения с результатами измерений на низких частотах,полученными другими исследователями.

■ Уотановлеио*что в рассматривало* диапазоне частот материал корпуса датчика влияет на результата измерений,внося дополнительные потери и паразитку*» емкость,Исследования ряда материалов показало, ' что наилучшим материалом является фторопласт, который не вносит потерь во всем исследуемом диапазоне.частот.Исходя из технических данных измерительных приборов,был выбран.цилиндрический датчик с диаметром пластин X мм (нержавевшая сталь) и расстоянием между ними 13 мм, В эквивалентно!! схеме датчика о Почвенным образцом была принята параллельная схема замещения.Экспериментально определены параметрические емкости датчика в рассматриваемом диапазоне частот* Калибровка приборов по эталонным емкостям и сопротивлениям показала,что на частотах 0,1 - 50 МГц погрешность не превышает +75 при измерении емкости и -1% при измерении сопротивления,на частотах 50 - 150 МГц соответственно +20* и.-10*.

Результат исследований диэлектричеоких оройств почв в загноимости от частота и влажности Выявлены обобщенные зависимости диэлектрической проницаемости (рио.1) и.тангенса угла диэлектрических потерь (рис.2) от частота при различных увлажнениях.У йбсолвтно оухих почв частотше зависимости <£ незначительно различаются в зависимости от типов почв и генетических горизонтов.Л «электрическая проницаемость находится в пределах 2 - 3,5, а тангенс угла диэлектрических потерь до частот порядка 50 МГц хетт в пределах точности измерений,на частоте^) МГц ке превышает 0,02, на частоте 150 МГц - 0,03. Изюстоо, "для ве*еот» о электронной и ионной по*яриэаци9й<£ - 4 - 15 и

4t so m Wjtt/fy У ¿o too . iâû/сщ)

tfûjfMîj)

PHO.I.OdoöKSHfwe эавиаи- Рие.2. Об ой да иные аавиоимоати

мости à от чаато-ш разли- от часто« различных типов почв*

чных гипов почв. а) абоолитно ох*кэ почви{

(Оабсодотно оухко почш; б) НГ;

0) НГ; ъ) OR a) OB

ровен нуло или очень мал,Полученные нами результат е учетом пороз нести почл позволяет заключить,что у абсолютно сухих почв основным физическим явленнем/определявщим диэлектрические свопства.является электронная к ионная поляризация, - .

У воэдувно-сухих почв £ вышв,чем у абсолютно сухи*.что связан но о наличием связанной воды на поверхности почвенных частиц,Поведение велички-диэлектрическсй проницаемости и«ет ряд особенностей. Н^ частотах О,Г- 10 МГц у большинства почв имеет место дисперсия " диэлехтрической.проницаемее та (уменьшение ¿'с повышением частоты), о вязанная о затуханием структурной поляризации,которая у различных почв и горизонтов выражена по-разному,но.в целен не в ели к о.Практически нет дисперии в горшх почвах.Слабая дисперсия наблюдается . во исех. горизонтах де рн о во-с и л ьн оподэ о лис то й почвы.в элювиальных горизонтах светло-серой леской почвы и солонца глубокое то лб «итого . ' сильноосолоделого,В теннисерой лесной почве,черноземах,темно-кв»-та новой по чае, а та все в иллювиальных горизонтахсветло-сероя лесной почвы и оолонца глубокэстолбчатого сильноосолоделого дисперсия выражена четко,но наибольшую дисперсия имеет почвы засоленного ряда. . В диапазоне частот Ю - ISO МГц £ незначительно изменяется с - частотой и на частоте 50 МГц лежит в пределах 2,6 - 5 у различи*х почв.Причем наименьеме значения имеет дерн ово-сильнолодзо листая, евзтло-оерая лесная,горные почвы,а такие элювиальные горизонту солонцов . ffj имеет дисперсию на частотах О, I - 10 МГц, где ранее отмечалась дисперсия <£•* .В диапазоне частот 10 - 150 МГц «е имеет дисперсии и величина его лежит в пределах 0,04 - 0,3. ' '

. Почвы при КГ имеют*5 н шве; чем у почв а гигроскоп ичео- -кой влажностьа.Характер кривых «Г» ff/Jи ^^ вй 0ГС>>< ьн логичен указанным-зависимостям почв при гигроскопической влажнооти. Особенностью солончака и иллювиальных горизонтов солонцов является затухание релаксационной поляризации на чаотот&х 75 - 150 МГц* Самая низкая частота затухания.характерна для солончака,крои* того, он не имеет горизонтальных участков кривых (рио.О. Отмечеш также позишежые значения £ и tfe в начале мосле дуемого диапазона в почвах засоленного ряда.Оосбекность поведения S и ^f в солоичмах • и s солончаковых горизонтпхевязака сповыеенной гигроскопичное- -тью солей,гидрата![ией иоиоа (0.Я.Самойлов).в солонцовых торизм-, та* с количеством поглощенного нагрия,котормй обусловливает мощный двойной электричеокий елой и высоко» внешние J* ~потенцтла, что повышает<5* к-А/Я". Пеленке затухания релаксационной подярмва-цин «возрастание при этом почв.уотвновленнкенемм ахсперимеи-

Рио.Э. Чернозем првдхаакавокий! аУгоримкт А1; б) горизонт ВГ • Эаакеимовто £ от часто« при раалкчшх «лето» тех I) ОВ;

____„.„ 2) ММВ; 3) КГ;

Я8у (УУу/Й^ - О тгроояапичеокая

ллаясмсоЛ; 5) абсолютно суха* почва

133

100,

К

£0

ацГ

К

к

РиоЛ. Солончак,горизонт А1. Эависикооть В от частоты пря рамичшхвлаккоотяхг

I) ов; . . 2) кмв; Э) мг;

гигрооколичвокая ■лажнооть;

5) абоолвтно сухая почва

& 7" 1Ш- <зо#м/ц)

тально.хоросо согласуются о теоретическими исследованиями С.С.Ау-хина н В.Н.1!илозз, прове ее нными - ал я дисперсных систем.

Рассмотрен'/.! эйнисимосTt п£ и от-частоты, при гигроскопи-

ческой и максимальной гигроскопической влажности показало, что .несмотря ко втмзченн^е высе особенности отдельных почв,эти зависимости ии'гдат много сЗщего,что свидетельствует о едином механизме влияния bow на диэлектрические свойства почв в пределах прочносвя-занной влаги. . '

Почвы ЙКЗ имеют дисперсию в диапазоне чаотот 0,1 - ¿0 МГц. Затухание релаксационной поляризации происходит на частотах более низких, чем при влажностях.соотзетствуюшх прочное вязан нор. воде (70 - 150 **Гц). Отмечается аномальная дисперсия (увеличение <£' с повышением частота) в эляэиальаых,переходных горизонтах и гори- * зонте С дермово-еильнопозэоли'той и светло-серой лесной почв,в злю- 4 гиальнах горизонтах солонца глубок ос толбчато го сильноосолодглого и,в горнах почвах по всему профиля.Аномальная дисперсия объяс- ■ няется явлением резонансной поляризации.Из физики диэлектриков известно,что резонансная поляризация имеет место при затухании како-re>-W'0 вида поляризации.На сравнительно в у положенных участках кривых £*»- ^JJ для различных почв •Z-bl единиц. имеет дисперсию на частотах 0,1 - ¿0 МГц и резкое возрастание на частотах 60 -150 МГ-ч.На горизонтальных участках кривых fyif - О,Л -

При влажности,соответствующей ОВ.характер зависимостей ¿-'-КЛ и ^p^'^yj аналогичен кривым изучаемых почв с влажностью,соответствующей МУ.З,но абсолютно« значения £ и выие,и затухание релаксационной поляризации происходит на более низких частотох.Ано-пяльная дисперсия наблюдается только в горшх почвах.

Установленные нами частота затухания релаксационной поляризации могут быть использованы для определения минимального времени релаксации почвенных диполей, которое южгг'служить дополнительной электрической характеристикой почв.Затухание релаксационной поляризации происходит вблизи области частот аУ » I, где t~- время релаксации.Например,при 06 время релаксации (среднее по горизонтам) для солончаха 2,б*10Г^с, чернозема типичного I.t'IO с; бурой -горно-лесной почвы ' ■ >

При- ММВ и 03 в начале исследуемого диапазона 0,1 - 5 МГц получена величины £ ..значительно превышавшие £ води (до 195 еди- . ниц). Если рассматривать почвенный-образец кок механическую смесь ■ твердой фазк.воды и воздуха,то ¿1 такого образца должна быть меньше 60. Полученные результаты можнообьяснить только взаимодейотви-

в» почвенного роэтвора о твердей фазой почва .В коллоидных растворах на величину € оуаезтмннов влияние сказывает поляризация двойного электрического о дол (С.С.Духин, В.Н.Шклоя). /дельные вклады овяэешшх и свобощшх ионов двойного олоя в поляризоцн» могут быть значительными* ны подумаем значительное приращен и» диэлектрической проницаемости а £ .Следовательно, пвведение диэлектрических свойств почв в оущестдсниоЯ мэре определяется о оде ржанием илистой фракции я хера«терем двойного электрического ело*.С похищением частом наиболее инерционные мещеллынв уопспаст следовать за изменением переменного поля и выбывает из процесса поляризации, что ведет к уменьшения диолехтрическоп проницаемое«,т.». к днопорени«Снижение дизхектричеохой прокицаеноота в пределах про-'чкоосязаккой влаги по сравнение о НМВ н 03 ш объяснят тем,что связанная года имеет'ннгкуп «»двктричеокув проницаемость -10)» a также тем,что переход от свободной вода к прочное вязанной снижает поляризации мицеллы.

При исследовании зависимостей £ и от влажности уотонов-леко.что онк на равных частотах исследуемого диапазона различии. Наиболее сильная зависимость проявляется на чяототах 0,1 - 10 КГц» т.е.в Ьбдасти дисперсий (рио.5),что нужно учитывать при построении диэлектрических влагомеров. ■

Анализ и при различной степени увлажнения позволил исследованные почш в затеи мости от их поведения в «исо кеч ест отпои поле разделить на три группы: I группа - дерноБО-еидькопадэолнотая, светло-серая лесная,бурая горко-десная,горно-луговая субальпийская} 2 группа - темно-серая лесная,чернозеж (тшиг-сшй. обыкновенный, предкйекаэокчя),темно*кавтаковая,же1то5вм; 3 г^/ппа - засолзкщо почвы (солончак,солонец корковый,солонец корковый оодончохоаатий, -луговий солонец-солончак содово-оульфатиого засоления) .Почвы I rpyib пы характеризуются более и из к ими значениями £ и*}*?" при гнгрооко-пическоя влажности и Я Г, наличке и аномальной дисперсии j коз гик вочз к горизонтов и высокими чаототак» затухания релаксационной поляризации (гг » Г,1-1,Э*10"9с)* У почв этой группа « предел« прочкоедл-эонней влаги дм с сер; и а £ в диапавонв частот 0,1 - Ш ДГч шрьгена слабо или не шрвжека совсем.В почя&х 2 rjynw огоутстс/ет ди^зрек-цноцкя<Ь" ипо горизонтам (рст.Э),что нл связываем о равно мер»! w " распределением идкотоп фракции по горизонтам и примерю одинаковой: уДлльнош по верхне-, ты), и величины 2" ■ 1,4-1,7«10* .Почва 3 группы характеризуется самыми высокими значения*«¿V t^'.í4'а начале исследуемого диапазона,отсутствием выполеженных участков кривих в ' засоленных горизонтах (непгердвннм затуханием поляризации)* ввягм-

50

2$

е ■

г

/ У

3

А /

л /

г

/ 1

/

1 Л

1 / п

/у / /

/ у /

/ и /

¥

Рио.5.

Зависимость да ал а лирической пронкцаеиоо-ти от алажнттн ш некоторых типоа'почз;

1- Д» рН 01 о-о ил ьиспо дао листая почва, гор.А.1,

2-чернозем твпичшЙ, гор.А!,

3-те «но-каштанов а я почва,гор.А1,

- 4-бурая горио-д<ока* -почва, гер.А!,

а) чао го» 5 МП«

б) частота 70 МГц

30

£0

Ю

■г-'

в)

у

<3

ф и

р

ю

20

30

40

& и/ .

■л

нами 2" * 1,&-3,0*10~^о (рис.^). Для почв этой гр/плы определена зависимость диэлектрической про ниц аз мости от в 5 личин и плотного остатка водной ритяжки (рис.6).

Установлена дифференциация В и '¿г5"по горизонтам в дерново-сильноподзолиотой,светлосерой лесной почаах,а так«з в солонце глубоко столбчатом о и л ьн о ос о л оде л ом, у ко тортх в иллавиальних горизонтах £ и ¿^Р иле. , * Исследование температурных зависимостей диэлектрических свойств гочви

При исследовании влияния температуры на £* в рассматри-

ваемом диапазоне частот рассмотрены температурные зависимости сле-дуюоих почв:дерново-сильноподзодиотой - Гор.А1,В1 и С; чернозема обыкновенного -горД1,В1 и С; солонца коркового.солон'гакоЕкгого -гор.А,В,С1 к С2; лугов о»о гроз в много солойцз-оолончдка - слой О -30 ом. Исследования проводились при тешчратурах*. -йО» +20, 0, -5, -гО°С на образцах почв.Как показали эксперименты^ абсолютно сухих почв в интервале температур С+М» - С-20)"5 £ и остается постоянными,/ воздувно-сухих поча начинает оказываться влияние температуры ,но оно незначительно*7 влажных почв опчеченз тгялера-турная дифференциация £ и которая увеличивается с повышением влажности (рио.7 и 8). Это свидетельствует о том,что температура оказывает существенное влияние на механизм поляризации,связанный с наличием » почве воды.т.е.на структурную и релаксационную поляризация. По лученные температурите зависимости влажных почв свидетельствуют о том,что при по вы пением температуры возрастает,при приближении ¿дГ' к единице - уменьшаете я.Величина структурной и релаксационной поляризации зависит от связей между зарядами в диполях.С повышением температуры связи.уменьшаются,что способствует увеличению £ влажной почвы,В то же времяусиливается тепловое движение молекул(ионов,миц*лл)»что приводит к уменьшение <5 . Взаимодействие этих факторов при м-Т^У приводит к увеличению £ ,а .где имеет место затухание ргяаксвционноИ пола-риэации.на первый план шступает тепловое авижение зарядов.Возрастание -¿^Рс повышением температуры объясняется тем,что становится более интенсивным тепловое движение,связанное с возрастанием кинетической энергии частиц,что требует больших затрат энергии для ориентации частиц,связанной со*структурной и релаксационной поляризацией .

При отрицательных температурах с в обод?« я вода превращается л 1; диэлектрическая проницаемость которого из ви-^оки/ чтп^тах со-

а)

I

1S9 ■

too »

Рио .6 .

ЗамОИИФОГ» *ИЭ«*ТрЯ-чвокой прокш&гиоотн ¿ • поч» *аэол5нкого

ря«а от амичинв^ ' ' плотного остатке годной сытя таен: ^

а) ИГ, у » 5 КГ,»

б) «Г» У • 50 ИГ»

в) « 3 ИГщ

г) OB,у - 50 НГц

Wjtf

£

t3

у

iÔ a)

-

ft / r g Д-

* « ñ T»

Рна .7 »* Дерново-оилкнопод-■зояиотая почве, горизонт АI. Зависимость дкз'в fTpH-чзокой проницаемости от частота при различных пияз pa турах: я) ИГ, W -<0 VM.W I7Í;. ») ов, V - net;

I) -

2>¿* • +20°c;

3) - -5°C

гч

,J0f. JQ too

Рио.9. ¿врново-оильнопоцэолистая почва,горизонт АГ. Завиоимоот токгвноа угла диэлектрических потерь от частоты njw различных твюераггурах! ' '

a) HIV'/ -0,89«; Ю ЯМВ, W * 173; в) OB, W -Iyi" - 2) t'r +20^;, 3) £"«

отав ля ет несколько единиц,поэтому £ к уменьшаются.

Отмене но, что зависимость текпературшх характеристик ¿"и я зависимое»« от типов почв и горизонтов не выявляется» Применение высокочастотных полей пгн изучении строения почв Одним из направлений практического использования диэлектрических своВот» является частотное зондирование почв с «елью ш деления слоев почвенно-грунтовой ^ол<ии с.различными диэлектрическими свойствам!.При исследовании серых лесных почв методом частотного зондирования была применена высокочастотная модификация 43.отличающаяся от. разработанной в разведочной геофизике тем,что поле создается и регистрируется в воздухе,а не в земле.Была разработана аппаратура автономного питания,работающая в диапазоне частот 0,5 - 22 МГц. Работа проводилась как в ближней зоне Сполз под диполем),так и > дальней эоне^В дальней зоне в качестве излучателя исгользовона вертикальная электрическая антенна длиной 3 - 6 м. Прием производился аналогичной электрической антенной (вертикальной н горизои-. тальной) и магнитной рамкой 2x2 м. В ближней зоне передающий и приешыми'антеннамн являлись магнитные рамки.Крот того,иопользован возвратный метод кск'раэновидность ЧЗ.Расотояиие между генератором и приемником ооотавяяло 50 - ХО к. Интерпретация 43 проводилась по осциллшии_рм> (волновое сопротивление) по феруле

■ Л ,

\ft -J лКв с

гв» А? - Таллина первого слоя, £ — диэлектрическая проницаемость почш,У/-Ул - разность частот между макси^кпми кривое, С -око* рос тъ света .Величины £ взяты по результатам собственных измерение* Исследования проводились близ города П/яино в середине оеитя-бря 1979 г.после интенсивных дождей,когда почва была увлажнена ' почти до полной вдаг о емкости и по профилю по влажности не дифференцирована.

Точка I, Опытное поле эксперимента льно-подевой станции^ ИАП АН СССР. Методом 43 выделено 3 слоя (тябл.Г).

Таблица I. Дифферент ацкя профиля серой леоной средне-суглинистой почвы со вторим гумусовым горизонтом по результатам 43 •

» слоя Залегание нижней граница одоя, ом - Горизонт.

1 2 3 60 130 210 Граница АДгВ1 середина ВЗ михня^ граница

По данным геологических бурений на глубине 130 см проходит граница между средним покровным суглинком и слояш,представленными флмиогляциолънами отложениями,- легкими и средними суглинками. Граница, виде ленная на глубине 210 см, соответствует с >с не флввиогля-циальних отюхений днепровской мореной..

Точка 2. Разрез к X Международному конгрессу почвоведов .Заложен в б км от города Пуояно.в 2,6 км от села Грызлове,в 29 квартале леса .Методом 43 ■ ваделен' один слой - 130 см (граница 03 и ВЧ). В втон случае на чрезвычайно переувлажненном разрезе значительной диф}ервнциацин почвенного продля не вылвлено*

Точка 3. Поле в 200 м западнее предыдущего разреза,Результат влестрометрических исследований приведены в табл.2. Таблица Зг Дифференциация профиля серой лесной

среднесуглянистой почш по результатам 43.

Р 0Л01 Залегание нижней границы слоя,см Горизонт

I IX -ВС

2 гъ С

3 510 С '

То ад в Работа проводилась на плоской водораздельной лоэарх-ности о четко шрохенным микрорельефом (на возвышении и 9 понижении)» ГЬчэй оврея лесная оподзолеиная о оотатксми второг» гу^аоло-го гсрикнга.оредиесуглннистая.на покровные лйсоовидних оупмяхах. На возпаяекни методом 43 выделены Z слоя на глубине 65 ом Со5редина ИЗ) и 13* см (переход к ВС),в понижении - 3 йлш 13* ем 05 - 0,7 КГц), Ал - 290 см(^ - 4.17 МГц) и - 600 -2 МГц), Очевидна,что здесь методом 43 отбивается границы олоев (вверху вниз) покровных суглинков и флювиогляциольшис отложений и деле» моренных отложений,а на глубине 600 см и граница известняков«

Таким образом, метод 43 дает информацию о строении почмин»-грунтовой толши,отбивая слои с различными диэлектрическими свойствами.В приведенных исследованиях отбиваются слои,начиная с €0 см.

*Лля повышения разрешающей способности метода на'малых глубинах необходимо повысить частоту тока до 50 - 100 МГц. Метод 43 может применяться как самостоятельно,так и в сочетании с методом МВЭЬ. Метод 43 бесконтактный,производительность работ выае,чем МЗЭЗ,про-ие методика измерений и интерпретации дан «их.

Дезинфекция тепличной почвы ■ токами высокой частоты Втогым направлением практического использования диэлектричео-ких свойств почв явилась высокочастотная дезинфекция тепличных почв.

В работе рассматриваются результаты экспериментальных исследований высокочастотной дезинфекции тепличной почвы и дается их анализ.Исследования проводились'в лабораторных условиях.на образцах тепличной почвы размером 235x200x65 мм. В качестве источника анергии использовался генератор-высокой частота с частотой 2,1<» МГц и мощностью до 300 Вт, разработанвдй автором.Была разработана методика согласования генератора с почвенным^ образцом,исходя из эквивалентной его схемы и диэлектрических свойств почвы.биоиндикаторы болезней ' ( f v$<< tic//?? f —>0¿i?- tí>¿¿s?¿¿} SC ¿fe -troció JScövAyte' ri/C£//7?e?¿J?X Ъ также гриб^-анта-гонистаC^icAotíe'crmt ^^7^>л>'^заклааывались в меоючкм из двухслойной марли и помещались на.поверхность почвенного образца и на глубину 10 см.' '..-■■

Всего было поставлено 12 опытов.при различных режимах.5 трех опытах поверхность почвы была-закрыта полиэтиленовой пленкой .Приведены результаты фитопатологичэских анализов.Дучпие результаты получены на глубине 10 см.При нагреве почвенного образца до 50°С , наблюдается энаадтельное снижение выживаемости возбудителей болезней .Жизнеспособность Гриба-антагониста оставалась высокой - 86,7Í. При увеличении темпзратуры до 70^ отмечается почти полная гибгль возбудитзлей болезней ( »якивае мооть О - б,7<) и значительная грийа-антогониста (выживаемость 66,7%). При увеличении температуры до 80°С и выше происходит полная гибель возбудителей болезней и гриба-внтагониста.При нагреве поверхности почвы до 29 - 57°С на поверх--нооти остается жизнеспособной практически вся инфекция.При увели-», чении температуры на поверхности до 67~76°С «иэнеспособность возбудителей болезней уменьшается,но остается еще на высоком уровне (43,5 - 605), гриб-антагонист сохраняет свое жизнеспособность на .1002.Более высокий эффект обработки на i-л/бине 10 См по-видимому

объясняется более эффективным тепловым действием на увлажненные биоиндикатора вследствие довольно высокой влажности исследуемы* почв.Биоиндикаторы на поверхности практически оставались в сухом соотоянии.Еили проведет несколько экспериментов по-воздействие ТВЧ непосредственно на биоиндикаторы без почш.Если нагрев.сухих образцов был незначителен,то нагрев увлажненных образцов достигал 60 - ао°С,что свидетельствует о тепловом действии тока непосредственно на биоиндикаторы болезней.? огитах с укрытием поверхности почвы пленкоП уже при температуре поверхности била отмечена полная гибель возбудителей болезней.Сле^ет ижтьв виду,что в этих'экспериментах под пленкой создавалась высокая влажность с кон денсацией паров,а также обеспечивалась равно^рность'распределе-ння темгератури.

Лапше микробиологического анализа говорят о той,что воздействие ТВЧна почву при тедаературах нагрева не васе 30°С существенно не влияет на почвенные микроорганизмы.При температуре 93°0 микроорганизм* иди погибают,или сильно подавляется их развитие. Садтч.что оптимальной и достоверной температурой является ■ ВО°С,установлено,что затрата электроэнергии составляпт 7,5 при установленной мощности - 2,5 кВт/>£.Расчета про-

изводились,исходя из моагн ос та, выделяемой в шде тепла, в.'единице обьема почш: Р - (Вт/м3). ' \

Исходя, из мощности,выделяемой в единице "объема почш и глубины'проникновения электромагнитной энергии,установлено,что рабочие частоты для дезинфекции почв следует выбирать не выше" 70 - 80 МГц, инепе кагрев будет поверхностным,.

Напряженность поля в почве ограничивается пробивши напряжением.Для исследуемой тепличной почвы при влажности 40 - бО£ величина пробивного напряжения «а частоте 2,14 »Гц лежит в пределах 800 - 1200 В/см.

Произведенная по обае принятое! методике оценка экономической эффективности от внедрения установки для высокочастотной дезинфекция тепличной почвы показала,что годовой экономический эффект от внедрения одной машины составляет .1600 рублей при снижении прямых эксплуатационных затратв. 1,9 раза.Сравнение производилось о химическим способом дезинфекции,самде распространении в («стоящее время И'имеющим вполне определенны? экономические показатели.

общие завоми р-тчЕндшя

1,Разработана методика измерения диэлектрических свойств почв, позволившая исследовать частотные зависимости £ и ¿рУ в широком интервале влакностей (от абсолютно оухих почв до ойдеЯ ма-.го*мкости) в диапазоне чютот 0,1 - 150 МГц и впервые установить диэлектрические' характеристики -леча в высокочастотном дмапа--эоне. . ' ' .

2. Показано,что диэлектрические свойства почв связаны с типом почл и особенностями процесса почвообразовония.Это проявляется кех

в дифференциации диэлектрических характеристик почв по гамет*- .. чесхим горизонтам,так и в их зависимости от вдажиости.эаоамкия* содержания илистой фракции и рода других характ*ристик твердо* и жидкой фаз почьы, 3. Установлено,что по диэлектрическим своЬотвам изученные почви можно объединить в следующие группы: I группа- д|рно»о-о*льна-поаэолис гая.светло-оерая левиая.бурая горко-л»инля, горно-лу гсцж субальпийская; группа - темно-серая лесная; чериозаю*: типичный ,обыкновенный,предкавказский; тенно-каатановая.жэдтсэем; .3 группа - засоленные почзы: солончак,лугов »-сероземный оол««»ц-' солончак,солонец корсошя оолоичаковатыЯ,солонец корковыя.в Д«р-ново-скльнолодэолистой.еветло-сероя леской почвах ж а оолокцв гдубокостодбчатои сидьиоосвлодалом установлена ди>$>ер!К1М%ц*д диэлектрических свойств по генетическим горизонтам прм наличии в почве магм.

Установлено,что все исследованные абсолютно оухиа лочш в диапазоне частот 0,1- 150 ЧГц ииявт диэлектрически лроикцеенют», раенув 2 - 3,5 единицам,а тенге к о угла диэлектрических по тар* на пре«икает 0,03. Зависимости диэлектрических свойоп ог типов почв и горизонтов в этих уаловиях и* «бнаружеио.Зто обусловлена тем,что диэлектрические характеристики абсодетно сухих почв определяется электронной и ионной поляризацией, . 5* При увладнвжи исследуемх зональных почв до мдкоимальнея гягрв-, екопическоЯ влажности величин« к возрастает соотяап*-* денно, до 20 и I в пределах чаогот 10 - 150 МГц; при влажности, ооэтветсгвувмй НИВ, £ достигает трзетвет до 1,5(прш

ОВ £ возрастает. да *>0 единиц, ¿у? - до 2,2, В» »Ловим* пиил определмиуо роль в диэлектрических ввойэтвах квчииает играл релаксациаины поляризация к^подяриэаци* двоЯногв вхектрич**к»г*< слоя,на образование и рлзмтма ко го рого оказмваитвлиякиекох характеристики твердо* фаз* почв (удельиья поверхность ,с» о т4в

го ■

сЗмгшшх оснований),так и итдкой. (концентрация солей в почвенч ; ном растворе). U результате этого .связь диэлектрических характеристик.с типами почв и особенностями почвообразования проявляется преимущественно во влааных почвах.

При исследовании температурных зависимостей и ряда почв в диапазоне частот О,Í - Í50 МГц установлено,что у абсолютно- .. сухих почв при изменении температуры о интервале (+АО)-(-20)°С £ и ¿yú остаются практически неизменными,При наличии в,почв; влаги наблгдается диsfeнциация £ и ¿fS в зависимости от температуры,которая у в дичив^етс я с увеличением платности. Изменение температурных характеризт^к £ иЛ'^в зависимости от тапов почв и горизонтов не выявляете,;.

Установлено,что з рассматриваемой динлазоне частот диалектические характеристики влажных, поч в имеют дисперсия;которая особенно проявляется в диапазоне частот 0,1 - 10 МГц и определяется релаксационной поляризацией и поляризацией двойного электрического слоя,а такяе в ^иаплзоне частот Ü3 - -ISO МГц при ММЗ м 03 и связана при этом'с затуханием релаксационной поляризации,Минимальное время релаксации в переменном электрическом -поле может служить дополнительной электрической характеристикой почв.Так для почв I группы при ОЙ Т* ¿ группы -

1Л-1,7*Ю с, 3 группы - 1,8-3,0*10" с. Эыявленная дисперсия позволяет выбрать оптимальные частоты или интервалы частотного ли*паэона,обгспечива»кие лосталение наилучших результатов при «пользовании переменного тока в почвенных исследованиях (разработка влагомеров,частотное зондирование,высокочастотная дезинфекция тепличного грунтаи т. д;) .Полу ченные завиоимости для различных почв в пределах частот 0,1 - 10 МГц могут бить ' м по льзоваш как градунровочные кривые для определения влажности по диэлектрической проницаемости.

При использовании метода шсокочастотного зондирования для нзу-чания серих лесных почв (район г.Пуиино) установлено,что^при использовании частот 0,5 -"¿Z МГц можно отбивать слои почвенно-грунтбвой-толщи с различными диэлектрическими свойствами на глубинах 0,6 - 6 м* Для выделения более верхних сдоев необходимо верхнюю частоту повысить до 50 - 100 МГц. При исследованиях высокочастотной'дезинфекции тепличной почш установлено,что о фитопатологической и микробиологической точек зрения оптимальной температурой для дезинфекции почв.следует считать 80°С, Удельные затраты электроэнергии в^пересчете на .

1.$,почш'(лрй: глубине 0,25 нУ составляет 7,5 кВт-ч при■ ус' гановЛенноЯ молм ости: 2^.5кёт/>г .Установлено,что частоты для высокочастотной дезинфекций различных почв-с«дует выбирать на вы» 70 г' 50 МГц,, -у • . Л'. - ''., ■. '

Матгриаа! диссертаций опубликована,в ¡работах} . •

1. Методика измерения диэлектрических 'свойств некоторых почвог(ун-.тов на высоких чаототах..В$стнйк МСУ; оер,"Биологияи почвоведе-

■ нне", 1973. 7 ;

2. Диэлектрический характеристики некоторый ^почвогрунто» в диапазоне; частот О,I" - 250 МГц/Вестник сер*нБиодогия н почвоведение"; £1, 191Н. . .. : 7;-. 7 \ '

3. Аппаратура .для; обработки почв засоленного ряда токами высокой -, \частош-'ЛЬуМйи± ;Т(уда Муромского филиале.Всесоюзного' заочного ' .;'мзWнocтpo(^Tíiiнoгo института; 1974. ■ " . "

Дезинфекция тепличной почва..токонй-высокой частоты.Научные тру-'•.'ЯЯ.-НИЯОХ'МСХ РСКР^. т.1»,-1973*(в соавторстве о В.Е.Беляевой, З.П.Елнновои; В.М.Гарбузом). А;В;Микаелянрм, Л.Н.Прянивниховой).

5. К вопросу б"-некоторах:электромет|этч4окнх методах исследования . ■' почвФ'Тёэисыдоклад9'В И «сое зной конференции *Мелиорация,иополЬ-'эояание й охрана^Почя .Йечерноэёййои: зона",-М^ 1900,(в Соавтор- ,

: -отва-с'Л.Б;ЕорОвинской( 0.Е.Кор;н4юкоИ, А.П»1вар6вым). .

6.'. С(па т'прим! нения, вы ббкочазтотйого-зондирования. Для характерно та-. ки почв. Тезису докладов б-годе^ега+скогосъезда Воесоознего -■

'-' об ке с твапо ч во в е до в ..Т^ял ю й,'. 19 81 (й соавторотвз о Л.Б.Боровиа-_ сксй),; ; ; 'г , ■ ;

7. Исследование оёрык лесных.пйчв Гмектрометричёокями. методам*; ■ "Би ологйч* ски* нау ¿1", * 7," 1932 (в ооавторсгае "о Я.Б.Борвмяс- '

' кой, СД.Боровинокии, Б.М.Аляфпнозым). ■■■■'■'.•

ТООЭгб.поаднсано^ печат£'12Л5«еэ> Формат 60хР\1/1б.,Т>умагй ялч множит*те*никяЛечать^ офсетная.Об^еи.СОуч^-изд^Л! ■ Тираж 100 экз. Заказ Л 126 Бесплатно» • , . г.^.''.:* ': */" ';

. ; Московский госУдарствениЯ уневерсятег ям.Ц.Ь^сн&нюова: " .'

Ш$^|1.!оскза «Ленинские гори,М17" • ' ■ .Готапрйнт ВДадим-рского политехнического,института . . ' ' 6СС026 Планимир, Горькотт),^ ■■'..-. ■ ' ""