RU176292U1 - Пробоотборник почвенного раствора - Google Patents

Abstract

Пробоотборник почвенного раствора относится к технике пробоотбора и может быть использован для отбора проб почвенных растворов с определенной глубины. Пробоотборник почвенного раствора содержит трубчатый корпус 1 с фильтрационными отверстиями, внутри которого установлен пробосборник в виде трубчатого сердечника 2 с наружным фильтрующим элементом 3 и внутренней капиллярной трубкой 4, сообщающейся с откачивающей вакуумной магистралью 5. Нижний и верхний концы трубчатого корпуса 1 снабжены резиновыми уплотнительными элементами 6 и 7, а также верхней и нижней головками 8 и 9. Трубчатый сердечник 2 выполнен с фильтрационными отверстиями и имеет резьбовое соединение с верхней головкой. Предлагаемый пробоотборник почвенного раствора имеет по сравнению с известными аналогами повышенную представительность и достоверность отбираемой пробы.

Description

Полезная модель относится к области контрольно-измерительной техники, в частности к технике пробоотбора, и может быть использована для отбора проб почвенных растворов с определенной глубины.

Почвенный раствор имеет огромное значение в генезисе почв и их плодородии. Он участвует в процессах преобразования (разрушение и синтез) минеральных и органических соединений, в составе почвенного раствора по профилю почв перемещаются разнообразные продукты почвообразования. Исключительно велика роль почвенного раствора в питании растений и формировании химического состава поверхностных вод [4]. К тому же, данные о химическом составе почвенных растворов могут быть использованы для ранней диагностики процессов деградации почв под воздействием техногенного загрязнения, для почвенного мониторинга и оценки критических нагрузок на почвы [6]. Поэтому важно знать его химический состав, свойства (реакция, буферность, осмотическое давление) и динамику почвенных растворов.

Почвенным раствором называется влага, находящаяся в почве и содержащая в растворенном состоянии органические и минеральные вещества, газы и тончайшие коллоидные золи [2]. Он образуется в результате взаимодействия воды, поступающей в почву, с ее твердой фазой и растворения некоторых органических и минеральных веществ и их производных. Наиболее существенным источником почвенных растворов являются атмосферные осадки. Грунтовые воды также могут участвовать в их формировании. При орошении дополнительным источником влаги для почвенных растворов становятся поливные воды.

Содержание влаги в почвах и количество почвенного раствора могут колебаться в очень широких пределах, от десятков процентов, когда вода занимает практически всю порозность почвы, и до долей процента, когда в почве находится лишь адсорбированная вода [8].

Физически прочносвязанная вода (гигроскопическая и отчасти максимальная гигроскопическая) представляет собой не растворяющий объем почвенной воды, поэтому она не входит в состав почвенного раствора как такового.

Не успевают стать специфическим почвенным раствором и гравитационные воды, быстро просачивающиеся через почвенные горизонты по крупным трещинам и ходам корней. Почвенный раствор включает все формы капиллярной, рыхло- и относительно прочносвязанной воды почвы. Другие авторы рассматривают лизиметрическую гравитационную воду и капиллярный почвенный раствор, как различные фракции почвенного раствора, различающиеся по химическому составу и (или) соотношению компонентов [5]. По-видимому, последняя точка зрения наиболее правильна и к почвенному раствору должны быть отнесены все формы почвенной влаги, присутствующей в почве in situ, в естественных условиях [7].

Известные способы выделения почвенного раствора.

Для выделения и изучения почвенных растворов в зависимости от условий и задач исследования применяются различные способы.

Первая группа методов: выделение и изучение почвенных растворов с помощью вытяжек, т.е. извлечение раствора добавлением в почву воды в количестве, значительно превышающем навеску почвы [1].

Вторая группа методов: выделение раствора из почвы в сравнительно неизменном виде. Для выделения почвенного раствора из образца почвы, предварительно отобранного из почвы, необходимо преодолеть силу взаимодействия твердой и жидкой фаз почвы. Поэтому все методы основываются на применении внешней силы:

1. давление, создаваемое прессом;

2. давление сжатого газа;

3. центробежная сила;

4. вытесняющая способность различных жидкостей;

5. метод вакуумной фильтрации.

Практически в современных почвенных исследованиях наиболее часто применяются первый и последний методы, т.е. опрессовывание раствора или вытеснение замещающей жидкостью.

Выделение почвенного раствора замещением его другой жидкостью заключается в том, что через колонку, заполненную исследуемой почвой с естественной влажностью, сверху просачивается вытесняющая жидкость. Наиболее удобен для этой цели этиловый спирт. Для улучшения фильтрационных свойств тяжелых почв их рекомендуется смешивать с хорошо отмытым кварцевым песком. При использовании этих методов после выделения раствора в почве остается еще некоторое количество влаги. Преимущества данных методов - возможность получения растворов при влажности, характерной для почв в вегетационный период, поэтому практически динамику почвенного раствора можно изучить лишь этими методами. Недостаток их - некоторое нарушение карбонатного равновесия и окислительно-восстановительного состояния раствора при его отделении от почвы.

Метод вакуумной фильтрации в настоящее время относится к числу широко используемых [3]. Он дает представление о составе капиллярной и рыхлосвязанной влаги и позволяет отбирать почвенный раствор в естественных условиях. Фильтры для вакуумной экстракции почвенных растворов, в отличие от почвенных лизиметров, имеют небольшие размеры и вносят сравнительно мало нарушений в гидравлический режим почв. Недостатком является захват небольшого объема почвы, поэтому в естественных условиях необходимо установить достаточное количество пробоотборников для получения репрезентативных результатов [9].

Третья группа методов: т.н. лизиметрические методы, действующие по принципу замещения и вытеснения растворов почвенных растворов талыми и дождевыми водами. Для количественного учета и изучения состава, просачивающихся сквозь почву растворов, применяют лизиметры различного устройства. Недостаток всех лизиметрических установок - возможность получения растворов лишь в периоды сильного увлажнения почв. Кроме того, в лизиметрических установках, особенно типа подставных воронок, нарушается в определенной мере естественный ход фильтрации, что не позволяет получать строго количественной характеристики выноса тех или иных компонентов почвы. Поэтому при изучении динамики состава почвенных растворов желательно сочетать лизиметрический метод с другими методами выделения почвенных растворов (отпрессовывание и др.).

Четвертая группа методов: непосредственные исследования водной фазы почв в почве естественного залегания в полевых условиях с применением электродов (ионометрический метод).

Общим недостатком известных пробоотборников почвенного раствора является низкая представительность и достоверности отбираемой пробы (точности анализа) ввиду невозможности достижения необходимой однородности пробы.

Техническим результатом является повышение представительности и достоверности отбираемой пробы.

Технический результат достигается тем, что пробоотборник почвенного раствора представляет собой трубчатый корпус с фильтрационными отверстиями, внутри которого установлен пробосборник в виде трубчатого сердечника с наружным фильтрующим элементом и внутренней капиллярной трубкой, сообщающейся с откачивающей вакуумной магистралью. Наружный фильтрующий элемент выполнен из нетканого материала. Откачивающая магистраль снабжена вакуумным насосом. Трубчатый сердечник выполнен с фильтрационными отверстиями. Нижний и верхний концы трубчатого корпуса снабжены резиновыми уплотнительными элементами. Наружный фильтрующий элемент сменный и может быть с заданной пропускающей способностью. Пробоотборник может быть оборудован штангой заданной длинны.

Сущность полезной модели поясняется схематичным чертежом.

Пробоотборник почвенного раствора содержит трубчатый корпус 1 с фильтрационными отверстиями, внутри которого установлен пробосборник в виде трубчатого сердечника 2 с наружным фильтрующим элементом 3 и внутренней капиллярной трубкой 4, сообщающейся с откачивающей вакуумной магистралью 5. Нижний и верхний концы трубчатого корпуса 1 снабжены резиновыми уплотнительными элементами 6 и 7, а также верхней и нижней головками 8 и 9. Наружный фильтрующий элемент 3 сменный и может быть выполнен с заданной пропускающей способностью. Пробоотборник может быть оборудован штангой заданной длинны. Трубчатый сердечник 2 выполнен с фильтрационными отверстиями и имеет резьбовое соединение с верхней головкой.

Пробоотборник используется следующим образом.

Пробоотборник устанавливается вертикально в предварительно пробуренную на заданную глубину скважину, диаметр которой должен соответствовать внешнему диаметру трубчатого корпуса 1 пробоотборника.

После помещения пробоотборника в скважину включается вакуумный насос откачивающей вакуумной магистрали 5.

В результате создаваемого в откачивающей вакуумной магистрали 5 разрежения проба засасывается через фильтрационные отверстия трубчатого корпуса 1, фильтрующий элемент 3, фильтрационные отверстия трубчатого сердечника 2 и затем через капиллярную трубку 4 поступает в сборную емкость (на чертеже не показана).

После отбора необходимого объема пробы вакуумный насос отключается.

Проба переливается в предварительно подготовленную тару и транспортируется в аналитическую лабораторию. Операцию необходимо повторить не менее трех раз для получения представительной смешанной пробы с обследуемого участка.

Величину единовременно отобранной пробы устанавливают исходя из задач исследования, объема сборной емкости.

Предлагаемый пробоотборник почвенного раствора позволяет выполнять отбор проб почвенного раствора как в полевых условиях, так и в лабораторных экспериментах (из монолита).

Эффективный пробоотбор возможен только капиллярной и рыхлосвязанной влаги, что соблюдается в условиях, близких к полной влагоемкости почвы.

Используя дополнительные штанги и трубки, можно выполнять отбор проб грунтовых вод и почвенных растворов с заданной глубины до 5 метров. Глубина отбора ограничивается глубиной скважины. Откачивание раствора выполняется вакуумным насосом, например, можно использовать медицинский отсасыватель с регулируемым давлением.

Конструктивные особенности пробоотборника позволяют производить смену фильтрующего элемента. Для фильтрования используются стандартные фильтрующие элементы для механической очистки, предварительно уменьшенные в диаметре под размер пробоотборника.

Представленный метод отбора проб можно отнести ко второй группе методов с применением внешнего воздействия.

Предлагаемый пробоотборник почвенного раствора имеет по сравнению с известными аналогами повышенную представительность и достоверность отбираемой пробы.

Источники информации.

1. Аринушкина Е.В. Руководство по химическому анализу почв. М.: МГУ, 1970. - 487 с.

2. Ковда В.А. Основы учения о почвах. Книга 1. М: Наука, 1973. - 447 с.

3. Малинина М.С., Караванова Е.И., Белянина Л.А., Иванилова СВ. Сравнение состава водных вытяжек и почвенных растворов торфянисто-подзолистых глееватых почв Центрального лесного государственного биосферного заповедника // Почвоведение. 2007. №4. - С. 428-437.

4. Роде А.А. Избранные труды. Том 3. Основы учения о почвенной влаге. М.: Почвенный ин-т им. В.В. Докучаева Россельхозакадемии, 2008. - 664 с.

5. Самойлова Е.М., Демкин В.А. О составе различных фракций почвенного раствора // Почвоведение, 1976. №11. - С. 24-27.

6. Раудина Т.В. Почвенный раствор: от классических представлений к современным понятиям // Отражение био-, гео-, антропосферных взаимодействий в почвах и почвенном покрове. - Томск, Издательский Дом Томского государственного университета. 2015. - С. 87-93.

7. Трофимов С.Я., Караванова Е.И. Жидкая фаза почв: учебное пособие по некоторым главам курса химии почв. - Москва: «Университетская книга», 2009. - 73 с.

8. Шеин Е.В. Курс физики почв: Учебник. - М.: Изд-во МГУ, 2005. - 432 с.

9. Grossmann J., Udluft P. The extraction of soil water by the suction cup method: a review // Journal of Soil Science. 1991. V. 42. - P. 83-93.

Claims (3)

1. Пробоотборник почвенного раствора представляет собой трубчатый корпус с фильтрационными отверстиями, внутри которого установлен пробосборник в виде трубчатого сердечника с наружным фильтрующим элементом и внутренней капиллярной трубкой, сообщающейся с откачивающей вакуумной магистралью, причем трубчатый сердечник выполнен с фильтрационными отверстиями, нижний и верхний концы трубчатого корпуса снабжены резиновыми уплотнительными элементами, а также верхней и нижней головками.

2. Пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что наружный фильтрующий элемент выполнен из нетканого материала.

3. Пробоотборник по п. 1, отличающийся тем, что откачивающая магистраль снабжена вакуумным насосом.

Images