Способ измерения температуры и электрического сопротивления почвы в пахотном слое озимых культур и устройство для его осуществления
METHOD FOR MEASURING THE TEMPERATURE AND ELECTRICAL RESISTANCE OF THE SOIL IN THE ARABLE LAYER OF WINTER CROPS AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Предлагаемое изобретение относится к области сельского хозяйства и найдет применение при возделывании озимых культур, преимущественно озимой пшеницы.
Сущность решаемой проблемы состоит в том, что озимые культуры высевают осенью. До наступления зимних холодов они успевают дать всходы и пройти стадию кущения. В зимний период растения проходят стадию яровизации и после схода снежного покрова трогаются в рост, формируя урожай. Условия перезимовки оказывают большое влияние на состояние растений зимой. При неблагоприятных условиях может произойти как полная гибель посевов, так и их изреживание. К неблагоприятным условиям перезимовки относятся: вымерзание посевов при недостаточной толщине снежного покрова и низких зимних температурах; выпревание посевов при слабом осеннем промерзании почвы и большой толщине снежного покрова. В последнем случае растения продолжают рост под снегом и поражаются снежной плесенью, что приводит к их гибели. При частых оттепелях происходит вымокание посевов и разрыв корневой системы при последующем замерзании почвы с повышенной влажностью. Оценка состояния растений озимых культур еще зимой позволяет принять меры по снижению отрицательного влияния климатических факторов на условия перезимовки или подготовить запас семян яровых культур для проведения пересева погибших озимых.
Известен способ оценки перезимовки озимых, согласно которому зимой на поле расчищают снег и отбирают монолитные образцы на глубину 20 см размером 30×30 см. Эти образцы помещают в ящики и перевозят в лабораторию. Здесь их размораживают и через 5 дней срезают надземную часть растительности. Затем монолиты поливают и выдерживают 15 дней, после чего подсчитывают количество растений, давших новые листья. На 25 день растения извлекают из почвы, отмывают и подсчитывают общее количество растений, давших новые листья. На основе этого подсчета определяют процент перезимовавших растений. Взятие монолитов производят три раза за зиму: 25января, 25 февраля и 15 марта из расчета 2 монолита на 25 га посевов (электронный ресурс/farmer can.com>news/63-condition-of winter-crops/ дата обращения 27.06.2020)
Недостатком этого способа является большая трудоемкость, связанная с трехкратным взятием монолитов из-под снега и длительным процессом отращивания фактически перезимовавших растений в лабораторных условиях.
Известен способ оценки хода перезимовки озимой культуры, сущность которого состоит в том, что производят измерение влажности почвы путем взятия проб в период естественного замерзания и оттаивания почвы и прогнозируют состояние посевов в зависимости от отличия установленной влажности взятого образца почвы от установленной опытным путем величины "критической влажности," при которой в процессе замерзания почвы происходит разрыв корней озимой культуры. (Ав. Св. СССР №1409161, МПК A01G 13/00, опубл. 15.07.1988 г. )
Этот способ имеет ограниченное применение, так как может прогнозировать повреждение озимых только после зимней оттепели на тяжелых почвах, которые при превышении критического уровня влажности увеличиваются в объеме и повреждают корневую систему растения. При этом для определения влажности почвы необходимо взятие проб в зимнее время в полевых условиях и определение влажности взятых образцов в лаборатории, что связано со значительными затратами труда.
Устранить указанные недостатки позволяет предлагаемый способ измерения температуры и электрического сопротивления почвы в пахотном слое озимых культур, включающий выполнение в посевах озимых культур скважин до средней многолетней глубины промерзания
почвы, систематическое послойное измерение в них температуры почвы и ее электрического сопротивления с помощью датчиков температуры и электрического сопротивления, первую пару из которых располагают на поверхности почвы, вторую – на глубине кущения, третью – в зоне нахождения основной массы поглощающих корней растений и четвертую пару датчиков располагают на глубине пахотного слоя, сформированного над плужной подошвой, ограничивающей распространение поглощающих корней растений, последующие датчики служат для контроля глубины промерзания.
Осуществить предлагаемый способ позволяет предлагаемое устройство, выполненное в виде цилиндрического корпуса, по длине наружной поверхности которого установлены датчики – по одной стороне поверхности датчики температуры, по другой – датчики электрического сопротивления, при этом все датчики посредством электропроводки, располагаемой внутри корпуса и выведенной на его верхний конец, подключены к беспроводному передатчику информации на базовый компьютер.
Новый технический результат от применения предложенного способа и устройства состоит в том, что систематическое послойное измерение температуры и электрического сопротивления почвы в скважине до средней многолетней глубины промерзания почвы позволяет получать в режиме текущего времени информацию о температуре и по электрическому сопротивлению о влажности почвы в зоне расположения корневой системы озимой культуры и на основании этой информации оценивать условия перезимовки озимой культуры без взятия почвенных образцов и проведения лабораторных исследований.
Сущность изобретения поясняется чертежом, где на фиг. 1 представлена схема размещенного в скважине устройства для измерения температуры и электрического сопротивления почвы (вид в разрезе).
Устройство для осуществления предлагаемого способа представляет собой цилиндрический корпус 4 длиной 110-120 см, вдоль которого по одной стороне его наружной поверхности размещены датчики 5 температуры почвы, подключенные электропроводкой 6 к беспроводному передатчику 7 информации на базовый компьютер. На противоположной стороне наружной
поверхности корпуса 4 размещены датчики 8 электрического сопротивления почвы, подключенные электропроводкой 9 также к передатчику 7, смонтированному на верхнем конце корпуса 4 (поскольку устройство устанавливается вертикально). При этом расстояние между первым (сверху) и вторым датчиками температуры составляет 3 см, между вторым и третьим 5 см, между третьим и четвертым 10 см, последующие датчики температуры до нижнего конца корпуса размещены через 10 см. Датчики 8 электрического сопротивления размещены по такой же схеме. Датчики на наружной поверхности корпуса закреплены с помощью колец 10.
Предложенный способ измерения температуры и электрического сопротивления почвы в пахотном слое озимых культур с помощью предлагаемого устройства осуществляется в следующей последовательности:
На поле 1 буром, диаметр которого равен диаметру цилиндрического корпуса устройства 4, выполняют скважину 2 на глубину 1,0 м. Скважины на поле выполняют с частотой 2 скважины на 25 га. В скважину 2 помещают устройство 3 таким образом, чтобы первый датчик температуры почвы 5 и первый датчик сопротивления почвы 8 располагались на поверхности почвы. Вторые датчики 5 и 8 разместятся на глубине кущения - 3 см от поверхности поля. Третьи датчики будут расположены в зоне нахождения   основной       массы поглощающих корней растения - 8 см (3+5), и четвертая пара датчиков окажется на глубине 18 см (8+10), на глубине пахотного слоя, сформированного над плужной подошвой, ограничивающей распространение поглощающих корней растений. Последующие датчики служат для контроля глубины промерзания.
При завершении кущения растений и наступления заморозков начинают вести ежедневное наблюдение за динамикой температуры и электрического сопротивления почвы в пределах пахотного слоя - до глубины 18 см. Информация передается в автоматическом режиме два раза в сутки на базовый компьютер, размещенный в офисе хозяйства и содержащий базу данных многолетних
наблюдений за температурой воздуха в зимний период, толщиной снежного покрова и результатами перезимовки озимых.
Если при незначительной толщине снежного покрова (5-10 см) наблюдается резкое понижение температуры воздуха на поле, а на глубине кущения (3 см) датчик 5 в течение нескольких дней показывает понижение температуры почвы до -16-18°С, то высока вероятность гибели посевов вследствие вымерзания.
При выпадении значительного слоя снега (более 30 см) на слабо промерзшую почву и глубине промерзания почвы менее 50 см при ее температуре в слое 3-5 см, +1-2°С, возникает опасность возобновления роста растений под снегом. При этом в слое 0-8 см будет наблюдаться значительное повышение электрического сопротивления, измеряемого датчиками 8, расположенными в слоях 0-5 см и 0-8 см. Это свидетельствует о понижении влажности почвы в результате поглощения влаги корнями растений. В этом случае существует опасность поражения растений снежной плесенью и выпревания посевов, особенно на пониженных участках поля.
При зимних оттепелях повышение температуры выше 0°С, отмечаемое на поверхности поля и    в   слоях почвы   0-5 см и    0-8 см, и         одновременное              резкое падение на этой глубине электрического сопротивления почвы, указывают на насыщение почвы жидкой влагой до уровня НВ и на опасность образования притертой корки при последующем понижении температуры в этом слое ниже -1,0°С.
На тяжелых грунтах, увеличивающих свой объем при замерзании, возникает опасность выпирания узла кущения, что также ведет к ослаблению и гибели растений.
С наступлением весеннего таяния снега важное значение имеет наблюдение за изменением глубины промерзания метрового слоя грунта и электрическим сопротивлением почв в слое 0-18 см. Температура почвы в этом слое выше +1°С и отсутствие электрического сопротивления почвы свидетельствуют о насыщении пахотного слоя почв влагой выше уровня НВ. Это является следствием медленного оттаивания нижних слоев грунта и образования из него водоупорного слоя, что ведет к скоплению воды в пониженных местах поверхности поля и образованию вымочек.
Таким образом, предложенный способ измерения температуры и электрического сопротивления почвы в пахотном слое озимых культур с помощью устройства для его осуществления позволяет с большей достоверностью и значительно меньшими трудозатратами прогнозировать возможность повреждения посевов озимых культур от вымерзания, снежной плесени, притертой корки, выпирания узла кущения и вымокания.