Почвенный бур. Применение, виды почвенных пробоотборников.
Эта статья навеяна тем, что сельское хозяйство обещают поднимать. Соответственно, необходимость в проведении анализа почв будет возрастать. Мы решили написать статью, посвященную почвенным бурам и средствам отбора почвы.
Почвенный бур — это прибор, который предназначается для взятия образцов грунта с разных глубин залегания.
Пробоотборник почвы — это приспособление, главным назначением которого является забор грунта и почв с целью получения максимального результата при анализе количественных и качественных характеристик, а также химического и физического состава почв.
Рисунок 1. Набор почвенных буров для различных видов почв.
Таким образом, пробоотборник — понятие немного шире, чем почвенный бур. Оно включает в себя не только почвенные буры, но и средства для проведения анализа донных отложений, илистых почв, включая морские и речные дночерпатели. Однако, для целей сельского хозяйства вообще, и в нашем случае, в частности, будем считать, что понятие почвенного бура и грунтового пробоотборника тождественны.
Итак, классический почвенный пробоотборник, конструктивно представляет собой вытянутую металлическую трубку, один из концов которой заострен. Внутри трубки, вдоль её оси размещён поворотный механизм, благодаря которому и происходит процедура забора грунта на различных глубинах. Например, почвенный бур «БрП-0.03» служит для получения образцов грунта или почвы для последующего проведения химического анализа. Он изготавливается из химически и коррозионностойких материалов, прост в эксплуатации, надежен, комплектуется пробоотборниками для всех видов почвы.
Обычно, почвенный бур выбирают исходя из следующих факторов:
1. назначение исследования ( для чего берется проба грунта: химический или физический анализ, объемный или весовой анализ, анализ влажности);
2. глубина отбора пробы ( скажем, для пахотных земель в сельском хозяйстве, глубина отбора почвы составляет около 30см, для сложных грунтов, глубина отбора может достигать и 10м);
3. уровень требований к прочности и стойкости материала, из которого изготавливается бур (сталь, нержавейка, тефлон и др.);
4. способ взятия проб (нас интересует ручной, но есть ещё и автоматизированный);
5. периодичность взятия проб (для пахотных земель, например в межсезонье — после сбора урожая, и перед посадкой)
Самым популярным видом грунтового пробоотборника является обычный ручной почвенный бур. И этому есть логичное объяснение: мобильность, высокая надежность и отсутствие источников питания — делают его незаменимым в «полевых» условиях. Современные иностранные модели позволяют получать образцы почв необходимого качества, не смотря на глубину отбора и без каких либо серьезных усилий. В качестве примера ручного почвенного бура, можно привести наиболее популярную модель вращательного бура «АМ-16», который предназначается для взятия образцов грунта с нарушением их структуры, а так же для измерения глубины промерзания почвы, а также, для бурения скважин для мерзлотомеров.
Следует помнить, что каждый вид почвы предъявляет особые требования к конструкции бура, а также к материалам, из которых он изготовливавается. Так, например, для глины и глинистых почв с высокой агрессивностью, требуется бур с узкими лезвиями, которые позволят не прилагая серьезных усилий резать упругие, вязкие пласты и легко доходить до нужной глубины. Песчаные почвы, напротив, предполагают проблему удержания забранного образца в процессе извлечения его из массива почвы, поэтому здесь применяют широкие лезвия. Для крупнозернистых песков с песчаных карьеров, с их сухостью и сыпучестью, собрать пробу ещё сложнее — тогда на помощь приходят закрытые буры.
Иногда, рационально и даже полезно использовать буры для комбинированных почв, конструктивные особенности наконечника которых позволяет: во-первых, достаточно плотно удерживать песчаные грунты внутри, не давая просыпаться при извлечении, а во-вторых, довольно просто извлекать тяжелые глинистые почвы из внутренней полости бура. Всё это модификации буров Эдельмана, которые позволяют производить забор пробы с наименьшими усилиями (рисунок 2).
Рисунок 2. Буры Эдельмана, слева направо: для глины, для комбинированных почв, для песчаных почв, для крупнозернистых песков.
Бур для прибрежных зон, также имеет свои особенности строения: здесь, без каких либо затруднений вводить бур во влажную, твердую почву позволяют заостренные и заточенные нижние края (рисунок 3).
Рисунок 3. Бур для прибрежных почв.
В свою очередь, бур для каменистых почв, который представляет собой прочную конструкцию из стали, имеет слегка загнутые кверху нижние концы. Благодаря этому, диаметр нижней части становится немного шире диаметра всего остального наконечника бура, что существенно облегчает проникновение в твердые каменистые, гравийные почвы (Рисунок 4).
Рисунок 4. Бур для каменистых почв.
Теперь, рассмотрим виды этих устройств для отбора проб грунта, ведь каждый бур-пробоотборник для почвы имеет свое назначение:
1. В зависимости от принципа действия, почвенные буры делятся на:
— Спиралевидный бур — по виду, чем-то напоминает «штопор» (Рисунок 5). Такой бур предназначается не столько для отбора пробы, сколько для облегчения проникновения вглубь самых твердых слоёв почвы, таких, как, например: камень, мел, известняк и др. Такой тип бура применяется в пробоотборе только в комбинациях с другими типами буров.
Рисунок 5. Спиралевидный бур.
— Вытянутый бур для мягких почв — бур для очень мягких почв, имеющий обтекаемую форму. Структуру пробы данный вид бура не сохраняет (Рисунок 6).
Рисунок 6. Бур для мягких почв.
— Бур — «ложка» — предназначается для отбора проб достаточно мягких агрегированных видов грунта, например, влажной глины или торфяных отложений. Такой тип бура позволяет полностью сохранять структуру образца почвы, не перемешивая его (рисунок 7а).
— Поршневой бур — достаточно современный, и относительно сложный инструмент. Предназначается для отбора пробы почвы, не образующей комков, или обладающей сыпучестью, (как, например, песок), находящейся ниже водоносного слоя, а также, подходит, донных отложений. Поршневой бур способен сохранять до 100% структуры почвы отобранном образце длиной от 0,5 до 2 метров (Рисунок 7б).
Рисунок 7. Бур-ложка и поршневой бур
— Цилиндрический бур — можно сказать, что это самый дорогостоящий, но самый эффективный вариант почвенных пробоотборников (Рисунок 8). По сути, это даже не бур. Он представляет собой цилиндрическую трубку, состоящую из двух половинок, которая забивается в землю при помощи бензинового или электрического отбойника. Цилиндрический бур позволяет отобрать пробу почвы со 100% сохранением целостности структуры на глубинах до 1метра, а также провести быстрый анализ почвенного профиля и корневой системы. Основная сфера применения данного пробоотборника — сельское хозяйство.
Рисунок 8. Стандартный набор для цилиндрического почвенного бура.
Пробу на малых глубинах можно отобрать, используя, также, кольцевые пробоотборники. Они представляют собой гладкое снаружи и внутри бесшовное кольцо, изготовленное из нержавеющей стали, с заточенным режущим нижним краем (Рисунок 9). Кольцевым пробоотборником является почвенный бур модели «АМ-7». В комплект поставки «АМ-7» входят два буровых цилиндра, воронка, боёк, нож, молоток, лопатка, 30 стаканов и всё это упаковано в транспортировочный ящик.
Рисунок 9. Конструкция кольцевого пробоотборника: 1 — Пробоотборные кольца в кейсе, 2 — Пробоотборные кольца, 3 — Кольцевой держатель закрытого и открытого типа, 4 — Устройство для забивания кольца и направляющий цилиндр.
Также, необходимо отметить такой вспомогательный инструмент, как «уловитель камней», который необходим для удаления из скважины камней различного диаметра (Рисунок 10).
Рисунок 10. Уловитель камней.
2. В зависимости от способа работы с буром:
— Вращательные буры — предназначаются для получения образцов почвы с нарушением их структуры, в следующих целях: определение влажности, кислотности, анализ содержания питательных веществ в почве. Вращательные буры, как следует из названия, погружают в почву путем вращения вокруг своей оси с одновременным нажимом. В качестве примера вращательного бура можно привести бур «АМ-26», который предназначается для взятия образцов мерзлой и талой почвы с нарушением её структуры для целей анализа влажности и агрометеорологических свойств сельскохозяйственных земель.
— Ударные буры — предназначаются для извлечения проб грунта без нарушения строения и структуры почвы. Это бывает необходимо для определения объема и массы почвы, а также порозности грунта. Ударные буры вводят в грунт путем нажима руки, удара молотка, или при помощи специализированных отбойников. В качестве примера, можно привести комплект для кольцевых пробоотборников модели 07.53. (SA, SC, SE) голландской компании «Eijkelkamp», благодаря которому можно получать пробы почвы с ненарушенной структурой.
Область применения, т.е. для чего предназначаются почвенные буры-пробоотборники:
— для определения объема и веса;
— для измерения пористости и плотности почвы;
— для определения уровня влажности почвы для построения кривой pF;
— для анализа степени водопроницаемости грунта;
— для исследования воздухопроницаемости почвы;
— для исследования уровня насыщенности почвы кислородом.
Ещё, стоит отметить, что максимально точные результаты измерений могут быть гарантированы только при условии, что обеспечено правильное осуществление процедуры забора пробы. Таким образом, какой бы ни был у Вас хороший пробоотборник, только следование правилам пробозабора позволит избежать искаженных результатов, которые невозможно потом исправить ни усердным инструментальным, ни тщательным химическим исследованием. Залог успеха здесь — правильно подобранный пробоотборник и аккуратность — только тогда ваши труды не пропадут зря.
Источник
Оборудование для забора почвы
Одним из важнейших мероприятий в точном земледелии является агрохимическое обследования полей с дальнейшим созданием карт почвенного плодородия. Наша публикация посвящена вопросам применения почвоотборников, их особенностям и типичным ошибкам, которые допускают агрономы при отборе почвенных проб.
Стратегия использования технологий точного земледелия направлена на максимальное привлечение различной информации для выработки агротехнологических решений, их оптимизации к конкретным почвенно-климатическим и хозяйственным условиям и достижения высоких производственных показателей. Для этого используются данные из разнообразных источников, одним из которых являются почвенные карты полей, полученные с использованием автоматических почвоотборников.
Применение современного комплекса для автоматического отбора почвы позволяет качественно и детально проводить обследование на наличие и содержание питательных элементов в почве, которые необходимы для полноценного развития сельскохозяйственных культур. Отбор образцов почвы производится с помощью мобильного автоматизированного комплекса, состоящего из навигационной системы, полевого компьютера, автоматического пробоотборника и транспортного средства высокой проходимости, на которое это оборудование устанавливается.
Подключив указанное оборудование, исполнитель операции объезжает поле по заданной сетке отбора проб. Место взятия проб фиксируется с помощью навигационного приемника с привязкой к координатам. Дальнейший анализ отобранных проб может быть проведен непосредственно в хозяйстве при помощи мобильной лаборатории или на агрохимической станции. Автоматический пробоотборник позволяет существенно снизить затраты ручного труда, дает возможность проводить отбор проб почвы одному человеку вместо целой бригады работников при традиционном способе агрохимического обследования. Несомненным плюсом также можно считать то, что маршрут обследования повторим в любое время, что позволяет осуществлять мониторинг почвенного плодородия, то есть через определенный период времени отбирать образцы почвы в одних и тех же местах и следить за изменением показателей.
На основании данных агрохимического обследования составляются электронные карты поля на содержание питательных веществ (карта почвенного плодородия), на которых видно пространственное распределение показателей плодородия по площади поля. Исходя из содержания в почве элементов питания и планируемой урожайности, в специализированном программном обеспечении создаются карты-матрицы, которые в дальнейшем используются для расчета доз удобрений. Почвенный отбор и, впоследствии, почвенный анализ, являются неотъемлемой частью точного земледелия, а точнее дифференцированного внесения удобрений. На рынке оборудования для точного земледелия представлено несколько компаний, производящих автоматические почвоотборники. Рассмотрим некоторые из них подробнее.
Отобрать по-американски
Одним из известных производителей почвоотборников для сельского хозяйства является американская компания Amity Technology. Одна из самых популярных и простых моделей — автоматический почвоотборник Аmity А2450. Этот агрегат может устанавливаться на кузов автомобиля (пикапа), он оснащается кнопочным пультом управления с трехметровым проводом, который позволяет производить отборы почвы без необходимости выхода из кабины. Почвоотборник оснащен оригинальной системой очистки – струя воздуха, которую подает под давлением компрессор, очищает наконечник после каждой пробы для предотвращения его загрязнения или забивания. Эффективность системы с воздушной струей позволяет произвести большее количество проб грунта, расходуя меньше времени. Агрегат может автоматически собирать до 25 проб с частотой 12-18 секунд, диапазон глубины отбора из почвы составляет от 0 до 61 см. Регулировка крепления почвоотборника меняется в зависимости от высоты кузова, пробоотборник при необходимости легко приводится в горизонтальное транспортное положение.
Этот агрегат характеризуется высокой надежностью и простотой в обслуживании. По словам представителей компании, при использовании машины существенно оптимизируются расходы, связанные с отбором почвенных образцов. Средняя производительность комплекса составляет 200 га в сутки. Также Amity Technology производит почвоотборники, сконструированные для установки на квадроциклы. Модели 2012, 2024 и 2036 имеют более компактную и более легкую платформу, и комплектуются специально разработанным буром с карбидовым наконечником, что позволяет тестировать все виды почв, в том числе и промерзший грунт. Эти машины характеризует высокая скорость отбора (автоматически отбирают до 20 образцов почвы), диапазон глубины забора проб — до 92 см.
Самый маленький и самый быстрый
Определенный интерес для сельхозпроизводителей могут представлять автоматические приборы для исследования почвы немецкой компании Nietfeld. Самым простым и недорогим пробоотборником этой фирмы является компактный Easy-Sampler, который можно установить на квадроцикл. Пробоотборник предназначен для работы в небольших хозяйствах, он оснащается бурильным агрегатом для взятия стандартных проб на глубине до 30 см. Аппарат выглядит почти игрушечным, но, тем не менее, по мнению немецких фермеров, со своими задачами справляется неплохо. Более «серьезная» разработка компании — профессиональный агрегат Nietfeld N2000, который позволяет производить отбор проб на глубинах 10-30 см. Сбор образцов почвы осуществляется с помощью спирального сверла, конструкция которого обеспечивает равномерный отбор почвы по всей высоте отбора. Глубину отбора можно устанавливать с помощью специального электрического датчика. Питание, также как у Easy-Sampler, осуществляется от электрической сети автомобиля.
Для взятия проб на глубине 0-30 см и 30-60 см был создан пробоотборник Duoprob 60. Он имеет гидравлический привод, пригоден для работы с любыми видами почв, включая самые тяжелые и плотные. Машина работает полностью автоматически и оснащается гидравлической ударной системой. Гидравлический «молоток» делает 2500 ударов в минуту. После введения в почву на 30 см пробник автоматически поворачивается, затем погружается еще на 30 см и поднимается. Взятая проба почвы с первого горизонта помещается в первый контейнер, затем контейнеры автоматически меняются, и проба со второго горизонта помещается во второй контейнер. Управление этим агрегатом производится специальным пультом с интегрированным счетным устройством. Оператор может управлять агрегатом, не выходя из салона автомобиля. Он управляет процессом взятия пробы нажатием кнопки, покидает кабину только после взятия 15 проб, чтобы освободить боксы. Возможно также взятие стандартных проб почвы только с глубины 0-30 см. В этом случае оператор включает на рабочей панели режим «Box 1». С этого момента каждая проба помещается в первый контейнер, пока оператор не переключится в режим «Box 2». Пока проходит отбор первой партии в 15 проб, оператор остается в кабине, затем переключается в режим «Box 2», берет еще 15 проб, а только потом покидает свое место, чтобы освободить контейнер.
По оценкам экспертов, в своем классе это один из самых «быстрых» агрегатов. В зависимости от состава и типа почвы процесс взятия одной пробы занимает 20-25 секунд. Почвоотборник достаточно универсален, существует ряд возможностей скомплектовать агрегат установочными элементами для трактора, пикапа или автоприцепа, также он может комплектоваться силовым блоком 9 PS (с ручным запуском) или 13 PS (с электрическим). Все почвоотборники от Nietfeld комплектуются защищенным ноутбуком с GPS-приемником, установочным комплектом и программным обеспечением для обмера границ полей и подготовки планов взятия проб и обработки результатов. Программное обеспечение и оборудование позволяют создавать привязанные к координатам участки. В автоматическом режиме создается электронная карта поля, привязанная к координатам с точностью до 10 см. Еще один немецкий производитель автоматических приборов — немецкая фирма Fritzmeier Systems GmbH & Co KG. Она поставляет свое оборудование на рынок России, несколько мобильных пробоотборников Fritzmeier Profi 90 уже работают в российских хозяйствах.
По словам менеджера по сбыту Fritzmeier Герхарда Кроисса, автоматические пробоотборники серии Profi полностью автоматизированы, имеют веретенообразный бур с гидравлическим приводом и могут агрегатироваться как с трактором, так и с легковым автомобилем (пикапом). Они позволяют отбирать пробы глубин в диапазоне от 0 до 90 см, при этом управление процессом отбора проб осуществляется из кабины с помощью компьютера. Почвоотборник стандартно оборудован бортовым компьютером с пакетом прикладных программ и GPS-приемником, что обеспечивает картирование каждой точки отбора проб, гарантирует высокую точность расчетов, также есть возможность документирования результатов исследований за несколько лет. Смешанные образцы весом 300-400 г прибор формирует автоматически. Затем их прямо в поле можно проанализировать на содержание основных питательных веществ – для этого производителем предлагается переносная почвенная лаборатория Fritzmeier Laboratory suitcase.
Зондируя почву
Одним из самых популярных среди европейских фермеров является автоматический пробоотборник Wintex 1000 датской компании Wintex Agro. Этот агрегат производит отбор однородных проб почвы на глубине до 30 см. Его уникальность заключается в том, что он производит отбор проб c помощью специально спроектированного зонда, который при проникновении в почву поворачивается по спирали, уменьшая тем самым нагрузку на механизм и обеспечивая высокую скорость забора грунта и однородность образцов. Конструкция автоматического пробоотборника спроектирована так, чтобы получать почву с нужной глубины, без перемешивания с верхними слоями. Внутренняя полость зонда Wintex 1000 имеет такой размер, что за 10-14 проколов он набирает необходимое для лабораторного анализа количество грунта (около 300 грамм).
Скорость отборам составляет 38 проб в час по 10 мини проб в каждой, т.е. за час можно сделать 380 мини проб. Образцы почвы автоматически помещаются в контейнер, который по мере заполнения извлекается вручную из пробоотборника, помечается и отправляется далее в лабораторию. Как отмечают специалисты компании, этот пробоотборник достаточно прост в эксплуатации и может быть установлен на большинство легковых и грузовых автомобилей.
Еще один пример многофункционального автоматического пробоотборника почвы – немецкая разработка Haldrup WTX-1000. Все функции почвоотборника регулируются автоматически с места водителя, агрегат отбирает однородные пробы независимо от вида почвы и может работать на любом рельефе. Глубина отбора проб устанавливается бесступенчато от 10 до 30 см, агрегат способен произвести до 48 проб почвы за 10 погружений (480 отборов в час), за 14 – 16 погружений отбирается около 300-450 г почвы. Отбор проб осуществляется бесшумно при помощи гидравлического погружения зонда и автоматического наполнения пробы. Специально разработанный штекер обеспечивает гарантированный отбор почвы на заданной глубине. За быстрый и эффективный рабочий проход проба автоматически выгружается в емкость, которая позже отправляется в лабораторию. Для транспортирования автоматического пробоотборника почвы подходят как квадроциклы с достаточной мощностью, так и другие транспортные средства.
Полный автомат
Летом этого года на сельскохозяйственной выставке в Сент-Луисе (США) был представлен автоматический почвоотборник последнего поколения, появление которого может стать новым этапом в агрохимическом обследовании почв. Новый пробоотборник был сконструирован по техническому заданию компании Falcone фермером Аланом Баком из Северной Каролины с учетом потребностей крупного сельхозпредприятия.
Почвоотборник прицепного типа агрегатируется с легковым, грузовым автомобилем или трактором и может передвигаться по полю с высокой скоростью. Оборудование позволяет одному оператору производить быстрые заборы почв с высокой точностью. Инновацией этого агрегата стала оригинальная система по отбору проб грунта: в ней используется барабан из нержавеющей стали, с приводом от колес и почвенный зонд, который собирает образцы каждые 5 метров. Образцы помещается внутрь вращающегося при движении машины барабана, где гомогенизируется, затем помещается в воронку, которая опустошается в пакет для образцов. Весь этот процесс происходит во время движения агрегата по полю, образцы отбираются автоматически и безостановочно. Производительность агрегата – до 30 га в час.
Прототип еще одного революционного почвоотборника представила американская фирма AgRobotics. AutoProbe, запатентованный как автоматический зонд для точного забора проб почвы, представляет собой прицепной агрегат на гусеничном ходу (для снижения уплотнения почвы используются резиновые гусеницы), управление которым осуществляется из кабины трактора.
Так же, как и предыдущая модель почвоотборника, AutoProbe осуществляет забор проб на ходу, с помощью 6-дюймового стержня, который «прокалывает» почву и отбирает образцы. При этом точно выдерживается предварительно заданная глубина отбора, за один проход пробы могут браться сразу с нескольких горизонтов.
- Точность и достоверность данных по забору проб земли – ключ к правильным управленческим решениям, — уверен один из владельцев AgRobotics Ален Лэш. – Локальный отбор проб не точен: фермер может понять, что происходит только в той точке, где он взял образец почвы. Логично, что чем больше проб, тем яснее картина почвенного плодородия, удобнее вести статистику и учет. Автоматический щуп AutoProbe по сравнению с существующими пробоотборниками обеспечивает большее количество циклов забора, что значительно увеличивает точность данных по плодородию почв, необходимых для посева и принятия решения по применению удобрений. Это позволит фермерам поднять урожайность возделываемых культур, снизить расходы и увеличить доходность предприятия. AutoProbe выполняет 40 циклов по отбору образцов почв (2500 заборов в час): унифицировано и последовательно, на заданном расстоянии, под точными углом и глубиной. Пробоотборник обладает высокой производительностью, по данным полевых испытаний, проведенных в нескольких штатах, она достигает 60 га в час. Еще один плюс AutoProbe – возможность агрегатирования с легкими и средними тракторами.
Когда и как брать
Но ни одна, даже самая «умная» и современная техника не может исключить «человеческий фактор». По мнению практиков, при отборе почвенных проб важно избежать наиболее распространенных ошибок, которые могут свести на нет все ваши усилия. Во-первых – это несоблюдение сроков отбора и отбор проб почвы в нетипичных местах. Оптимальным сроком проведения агрохимического обследования является период после уборки культур, но до перехода среднесуточных температур через +5С0. Весенний отбор менее приемлем, так как весной, как правило, не удается вовремя выполнить отбор, анализ образцов, анализ полученных данных, расчет доз удобрений и т.д. из-за быстрого нарастания тепла и необходимости проведения работ в сжатые сроки. Также недостатком весеннего отбора можно считать дополнительные проезды по полю, что ухудшает состояние почвы перед посевом культур.
И второе — неправильный выбор площади элементарного участка. Не стоит также забывать о неоднородности почвенного плодородия, ведь на одном и том же поле могут встречаться участки с совершенно разным содержанием питательных веществ. Следует учесть, что пробы берутся с каждого элементарного участка, его величина может варьироваться в пределах 1-3 гектара — чем меньше элементарный участок, тем точнее будет карта почвенного плодородия.
Источник