Лекція 13. Засоби вимірювання рівнів забруднення ґрунтів (2 год)

2. Засоби експрес-вимірювання вологості, температури, рН ґрунту

Нейтронний вологомір ВНП-1. Принцип дії цього приладу оснований на здатності атомів водню уповільнювати рух швидких нейтронів, переводячи їх у ранг повільних. В складі приладу – електронний цифровий вимірювальний блок з індикатором на рідких кристалах і датчик, суміщений в одному корпусі з джерелом швидких нейтронів.

Технічні дані ВНП-такі: - діапазон вимірювання вологості становить 0,05–0,5 г/см3 (або 5–50 %), - похибка вимірювання – 0, 025 г/см3 (або 2,5 %). Загальна вага комплекту без обсадних труб 5 кг.

Задум засновників цього методу був такий: вода складається з двох атомів водню і одного атому кисню; якщо занурити датчик приладу в ґрунт і потім виміряти енергію нейтронів, уповільнених атомами водню, то на базі цих даних можна дуже точно визначити вміст води в ґрунті.

Спочатку при впровадженні цього методу навіть вважалось, що це ідеальний метод, розрахований якраз на такі об’єкти, як ґрунт. Однак, як пізніше з’ясувалось, при цьому не було враховано багато супутніх факторів, які вносять суттєві помилки при визначенні вологості ґрунту цим методом. Перш за все, атоми водню входять не тільки до складу води, але й до складу органічної частини ґрунту (гумусу, перегнилих і не перегнилих решток рослин, органічних добрив та мікрофлори). Органічна фракція ґрунту, за літературними даними, може досягати 20 відсотків від всієї маси ґрунту.

Таким чином, при абсолютній вологості ґрунту в 20 %, максимальна похибка може сягати 100 % тільки за рахунок неврахування органіки і мікрофлори. По-друге, сфера дії нейтронного методу має радіус 30 см. Це означає, що ним можна виміряти концентрацію повільних нейтронів у сфері діаметром 60 см (тобто в шарі ґрунту висотою 60 см), а це в свою чергу означає, що у верхніх шарах ґрунту 0-10 і 0-20 см цим методом визначати вологість просто не можливо. При зануренні датчика на глибину 10 см прилад ВНП-1 завжди показує нуль, навіть при повному насиченні ґрунту водою, а на глибині 20 см дані вологості ґрунту мають в 1,5-2 рази менші значення в порівнянні з глибиною 30 см. Це явище пов`язане з тим, що на глибинах до 20 см сфера дії нейтронного методу включає також не тільки ґрунт, але й повітря, де концентрація атомів водню в одиниці об’єму значно нижча, ніж у ґрунті.

Тому ВНП-1 рекомендують застосовувати починаючи з глибини не менше 30 см. Це суттєвий недолік даного методу, бо вологість орного шару ґрунту найбільш мінлива, а інформація про неї найбільш необхідна.

По-третє, потреба закладання на полях обсадних труб створює певні незручності для господарників. Такі труби могли б стояти на полях з колосовими культурами і травами в період між останнім обробітком (боронуванням посівів, підкормкою, тощо) і збиранням. Щодо просапних культур, то тут період, коли обсадні труби можуть знаходитись на полі ще коротший. В той же час, термостатно-ваговий метод гідрометстанції використовують весь вегетаційний період і навіть частково зимою. Окрім того, похибки цього методу, як і будь-якого іншого, пов`язані також з неврахуванням щільності, температури, механічного і хімічного складу ґрунту, інших факторів.

Прилад “Агротестер” має ту основну перевагу над ВНП-1, що він значно краще пристосований до технології землеробства. Для його використання не потрібно закладати в ґрунт стаціонарні обсадні труби. Датчик “Агротестера” занурюється в ґрунт і виймається після завершення вимірювань і поле вільне для проведення наступних робіт, пов`язаних з сівбою (посадкою) культур і доглядом за ними. Цінним є також і те, що датчик “Агротестера” з телескопічною трубою кріпиться до вимірювального пристрою і становить з ним єдине ціле, що створює додаткові зручності при користуванні приладом у полі.

Прилад “Агротестер” має декілька недоліків, серед яких треба, особливо, відзначити те, що через надто великі розміри шнекоподібних лопатнів, датчик фізично не можна занурити глибше 20 см.

Вимірювач параметрів ґрунтів ВПҐ-1. В приладі ВПҐ-1 використано принцип вимірювання комплексної електропровідності Y в змінному струмі низької частоти (до 10 кГц). Основні його технічні дані такі: діапазон вимірювання вологості ґрунту 2-40 % від сухої маси ґрунту; діапазон вимірювання температури ґрунту - 0…+50°С; Середньоквадратичне відхилення від даних ТВ-методу 2,5 %. Маса вимірювального пристрою – 2 кг, маса датчика – 1, 5 кг; споживає прилад 70 мВт від батареї типу “Крона” напругою 9 В.

В комплект приладу входять вимірювальний пристрій на базі звичайного мікроамперметра, датчиксвердло і з’єднувальний шнур між ними.