Способ экспресс-оценки состояния целостности почвы

 

Изобретение относится к экспресс-диагностике почв и предназначено для использования в почвоведении при проведении исследовательских работ, оценке слагаемых биологической активности почвы, а также мониторинге ее состояния. Способ включает проведение выборочных измерений ее естественных колебаний, отражающих биологическую активность, и обработку результатов измерений в спектральной области с последующей их интерпретацией по распределению кластеров спектральных амплитуд. При обработке результатов измерений всю спектральную область разделяют последовательно на октавы в сторону понижения частоты, нормируют амплитуды спектральных компонентов каждой октавы масштабным коэффициентом 2^l, где l - номер октавы, и составляют таблицу спектра октав, в которой для заданных частот f_i, представленных отношениями , где m, n - малые числа натурального ряда; i = 1,2,3..., k - количество делений каждой октавы; f_o - базовая частота, суммируют значения соответствующих амплитуд всех спектров октав, а интерпретацию состояния целостности почвы выполняют в соответствии с величиной суммарного показателя С степени ее консонансности. Технический результат - повышение точности и достоверности системно-информационной экспресс-оценки состояния почвы как целостной системы на основе измерения ее интегральных динамических параметров.

Изобретение относится к экспресс-диагностике почв и может быть использовано в почвоведении для проведении исследовательских работ, оценки слагаемых биологической активности почвы, а также для мониторинга ее состояния.

Известен способ интегральной оценки состояния почвы как целостной системы [кн. Тюрюканов Н. В., Тимофеев-Ресовский Н.В. Биосферные раздумья. М.: 1996 г.], заключающийся в регистрации и последующем анализе устойчивого набора колебаний почвы, определяющего ее волновую картину. Целостность определяется способностью почвы (биокосного тела с единством живого и неживого) сохранять себя в пространстве и многократно воспроизводить во времени, которая проявляется рядом взаимодополняющих свойств (биологическая активность, экологическая устойчивость) и сопровождается характерным устойчивым набором колебаний.

Известен также способ системной диагностики почвы (почвенного покрова) [патент РФ N 2105974, кл. G 01 N 33/24,1998 г.], включающий проведение выборочных измерений ее естественных колебаний, отражающих биологическую активность, обработку результатов регистрации в спектральной области с последующей их интерпретацией по распределению кластеров спектральных амплитуд.

Таким способам присущ существенный недостаток, заключающийся в опенке только частных, узкоспециальных отдельных характеристик параметров почвы (почвенного грунта). Отсутствие же способов интегральной, системной оценки в экспресс-режиме не позволяет объективно и достоверно проанализировать состояние целостности почвы как динамической системы с вещественно-полевыми и информационными параметрами. Так, для целостной оценки биологической активности почвы по современным научным данным необходимо одновременно регистрировать динамику следующих ее составляющих: темп образования и разложения гумуса (по состоянию активности соответствующих ферментов), уровень окислительно-восстановительных процессов (изменение активности окислительно-восстановительных ферментов), интенсивность "дыхания" (скорость выделения диоксида углерода из почвы), состояние азотного режима (активность ферментов, участвующих в круговороте азота в почве), состояние фосфорного режима (активность ферментов, участвующих в круговороте фосфора в почве).

В известных технических решениях неучет положительных (консонансных) и отрицательных (диссонансных) соотношений между частотами спектров целостной структуры почвы (являющейся результатом ее интегральной, суммарной активности) как динамической системы не позволяет комплексно оценить указанные выше составляющие. Преобладание консонансов (консонанс - это отношение между частотами f₁ и f₂ как где m и n - малые числа натурального ряда) относительно диссонансов в динамической системе является основополагающим направлением построения совершенных по принципам слияния частей в целое, т. е. целостных, гармоничных систем, к которым относится и почва, как гармоничный симбиоз живого и неживого. Таким образом, по коксонансно-диссонансному отношениям между частотами с учетом их амплитуд в спектральной области характеристик почвы можно судить о степени ее интегральной, целостной биологической активности.

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности и достоверности системно-информационной экспресс-оценки состояния почвы как целостной системы на основе регистрации ее интегральных динамических параметров (например, сверхслабого излучения почвы, ее спонтанной электрической активности, уровня биопотенциалов, потока электромагнитного излучения инфракрасного, температурного частотного диапазона и др.), отражающих проявление ряда форм биологической (биохимической) активности почвы.

Такой технический результат достигается тем, что в способе экспресс-оценки состояния целостности почвы, включающем проведение выборочных измерений ее естественных колебаний, отражающих проявление ряда форм биологической активности, обработку результатов регистрации осуществляют в спектральной области с последующей интерпретацией по распределению кластеров спектральных амплитуд.

Отличительные признаки предлагаемого способа заключаются в том, что при обработке результатов регистрации всю спектральную область разделяют последовательно на октавы в сторону понижения частоты, нормируют амплитуды спектральных компонентов каждой октавы масштабным коэффициентом 2^l (l - номер октавы), на основании чего составляют таблицу спектра октав, в которой для определенных частот f_i, представленных отношениями (m, n - малые числа натурального ряда; i = 1, 2, 3,..., k - количество делений каждой октавы; f₀ - базовая частота), суммируют значения соответствующих амплитуд всех спектров октав, а интерпретацию состояния целостности почвы выполняют согласно величине суммарного показателя C степени ее консонансности Способ реализуется следующей последовательностью шагов: 1. С помощью измерительного преобразователя (датчика) осуществляют регистрацию во времени (запись) уровня сигнала динамического параметра почвы.

2. Выполняют с помощью Фурье-преобразования переход от временного к спектральному (частотному) представлению сигнала динамического параметра почвы.

3. Спектральную характеристику (частотное представление сигнала динамического параметра) разделяют на октавы в сторону понижения частоты.

4. Осуществляют нормирование амплитуд спектра, принадлежащих различным октавам, используя масштабный коэффициент 2^l (l-номер октавы, N - число октей).

5. Суммируют значения всех амплитуд частот f_i каждой октавы, представленных отношениями (m, n - малые числа натурального ряда; i = 1, 2, 3,..., k, k 2000; f₀ - базовая (масштабная) частота).

6. По формуле определяют суммарный показатель C степени консонансности, по величине которого осуществляют системно-информационную оценку состояния целостности почвы.

Реализация предлагаемого способа позволяет повысить качество, точность и достоверность экспресс-оценки состояния целостности почвы.

Формула изобретения

Способ экспресс-оценки состояния целостности почвы, включающий проведение выборочных измерений ее естественных колебаний, отражающих биологическую активность, обработку результатов измерений в спектральной области с последующей их интерпретацией по распределению кластеров спектральных амплитуд, отличающийся тем, что при обработке результатов измерений всю спектральную область разделяют последовательно на октавы в сторону понижения частоты, нормируют амплитуды спектральных компонентов каждой октавы масштабным коэффициентом 2^l, где l - номер октавы, и составляют таблицу спектра октав, в которой для определенных частот f_i, представленных отношениями где m,n - малые числа натурального ряда; i = 1,2,3...,k - количество делений каждой октавы;
f_o - базовая частота,
суммируют значения соответствующих амплитуд всех спектров октав, а интерпретацию состояния целостности почвы выполняют в соответствии с величиной суммарного показателя С степени ее консонансности