ЭКСПОЗИЦИОННЫЙ КОНТЕЙНЕР ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ ПОЧВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ И ЭКОЛОГИЧЕСКИХ ФУНКЦИЙ ПОЧВЕННЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Полезная модель предназначена для прикладных исследований в области экологии, почвоведения и сельского хозяйства, в частности, для наблюдения изменений морфологических (окраска, граница между горизонтами, включения и новообразования и др.), химических (запасы и потоки углерода, азота, элементов питания, профильное распределение поллютантов) и биологических (эмиссия парниковых газов, характеристика микробиологической активности) свойств почвенных конструкций. Наблюдения за динамикой морфологических и физических свойств почвенных конструкций проводится в полевых условиях; мониторинг химических и биологических свойств подразумевает отбор проб с дальнейшим лабораторным анализом.
Близких аналогов, производимых в промышленных масштабах неизвестно. К аналогам могут быть отнесены различные модификации вегетационных контейнеров (например, полезная модель 7 A01G 9/02 - 48245) и вегетационных сосудов для выращивания растений in vitro (например, патент RU 2040156), а также типовые контейнеры для выращивания различных видов декоративных растений. Все они представляют собой емкости, заполняемые субстратом (почва, почвогрунт, растительная смесь), на котором выращиваются растения. Некоторые модификации имеют перфорированное дно, что позволяет отбирать образцы почвенного раствора для анализа потоков элементов питания. Открытая поверхность грунта позволяет вести наблюдение за характеристиками почвенной поверхности (цвет, структура), отбирать образцы почвы на химические и биологические аналоги, а также изучать эмиссию парниковых газов in situ камерным методом.
К недостаткам данных контейнеров относится их непрозрачность, что не позволяет наблюдать за изменением профильного распределения морфологических характеристик почвенных конструкций и недостаточная глубины, значительно ограничивающая возможное количество горизонтов в модельной почвенной конструкции. Основным недостатком данных контейнеров является их малый диаметр, что приводит к возникновению краевых эффектов при осадках или поливе (Шеин и др., 2001; Умарова и др., 2008), что не позволяет экстраполировать получаемые результаты на полевые условия и реальные городские экосистемы.
К другим аналогам можно отнести различные лизиметры и лизиметрические установки (в частности, лизиметрическая установка, включающая колодец с боковым отводом, в котором размещена лизиметрическая воронка в виде пустотелого клина с отводящими трубками, сообщающими воронку с емкостью для сбора фильтрационных вод (авторское свидетельство СССР №1347907) и лизиметрическая установка (патент RU 2304770). К недостаткам аналога следует отнести узкую специализацию (ориентация только на анализ почвенного раствора), трудоемкость установки и значительные нарушения почвенного покрова при установке, что обуславливает длительный срок ожидания (до 5 лет) до начала эксперимента, необходимый для установления равновесия.
Однако по конструктивным характеристикам и выполняемым задачам прототипа для заявленного контейнера не обнаружено.
Задачей полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства, обеспечивающих возможность использования экспозиционного контейнера как для мониторинга морфологических свойств почвенных конструкций и их профильного распределения, максимальную идентичность водного и температурного режима почвенной конструкции фоновым условиям, удобства установки и изымания, сведения к минимуму краевых эффектов, так и для наблюдения за потоками и запасами веществ в почвенных конструкциях.
Поставленная задача достигается за счет контейнера для изучения почвенных процессов и экологических функций почвенных конструкций, выполненного в виде перевернутой усеченной пирамиды, нижнее основание которой представляет собой квадрат, а верхнее - прямоугольник, причем две боковые противоположные стороны имеют форму трапеции, одна из упомянутых сторон выполнена под прямым углом к основанию; две другие противоположные стороны имеют форму прямоугольной трапеции, боковые стенки изделия скреплены между собой, а так же с дном контейнера крепежными элементами из нержавеющей стали, при этом все стенки кроме экспозиционной, которая выполнена под прямым углом, и дно контейнера выполнены с перфорациями.
Предложенная полезная модель поясняется чертежами. На фиг. 1 изображена лицевая сторона предлагаемого контейнера, фиг. 2 - изображает боковую поверхность контейнера, фиг. 3 - схема камеры в развертке.
Полезная модель изготовлена из прозрачного материала, например органического стекла (полиметилметакрилат (ПММА)). Материал инертен и не меняет свойств изучаемых почвенных конструкций. Корпус выполнен в виде развертки, где стенки изделия представляют единую деталь с его дном (1), а между собой скрепляются крепежными элементами из нержавеющей стали (фиг. 1). Две боковые противоположные стороны выполнены в форме трапеции. Одна из сторон имеет нижнее основание шириной 0.5 м, верхнее основание 0.8 м и высоту 0.5 м (2), а вторая экспозиционная сторона выполнена под прямым углом к основанию, что исключает искажение при наблюдении параметров мощностей горизонта (3), нижняя основание которой составляет 0.5 м, верхнее - 0.65 м, высота - 0.5 м. Две другие противоположные стороны выполнены в форме прямоугольной трапеции (4). Высота контейнера составляет 0.5 м, что соответствует средней мощности почвенных конструкций (почвогрунт, дренирующий слой, подстилание), используемых при озеленении и благоустройстве и половине нормативной мощности городских почв (Закон №31 «О городских почвах» от 4.07.2007; Прокофьева и др., 2012). Площадь верхней открытой грани контейнера составляет 0.52 м, что позволяет избежать краевых эффектов (Умарова и др., 2008). Контейнер выполнен в форме усеченной пирамиды (нижнее сечение - квадрат 0.5×0.5 м; верхнее сечение - прямоугольник 0.8×0.65 м), что облегчает его установку и извлечение. Стенки (кроме экспозиционной) и дно контейнера выполнены с перфорациями (5), что исключает застой воды и обеспечивает горизонтальные и латеральные потоки веществ между почвенной конструкцией и фоновой почвой. Боковые стенки контейнера снабжены ручками (6), усиленными стальной лентой (7), проходящей через основание конструкции с внешней стороны, для удобства изъятия из почвы. Контейнер устанавливается в почву в уровень с поверхностью и остается в почве на все время эксперимента (за исключением периодического изымания для мониторинга изменений морфологических свойств по профилю). Поверхность почвы засевается газонными травами. На поверхность почвенных конструкций в контейнер устанавливается основание для периодической установки экспозиционной камеры, предназначенной для измерения потоков парниковых газов, параллельно которым, проводятся измерения основных диагностических показателей почвенных конструкций. С определенной периодичностью с контейнера отбираются почвенные образцы для дальнейшего лабораторного анализа, а также корневая и надземная биомасса. По истечении определенного периода, контейнер изымается для мониторинга изменений морфологических свойств по профилю.
По сравнению с прототипом предложенная полезная модель:
- позволяет наблюдать профильные изменения морфологических свойств почвенной конструкции за счет прозрачности и угла наклона экспозиционной стенки;
- обеспечивает максимальную идентичность водного и температурного режима почвенной конструкции фоновым условиям за счет размещения в полевых условиях в уровень с поверхностью и наличием отверстий в стенках и дне, обеспечивающих потоки веществ между фоновой почвой и модельной конструкцией;
- позволяет совмещать полевые исследования с дальнейшими модельными исследованиями в лабораторных условиях;
- обеспечивает удобство установки и изымания за счет формы усеченной пирамиды и специальных ручек, усиленных стальной лентой;
2
- сводит к минимуму возникновение краевых эффектов за счет достаточной площади открытой поверхности почвы более 0.5 м;
- позволяет изучать значительное число горизонтов и их различные комбинации за счет глубины 0.5 м.