Рослинництво та ґрунтознавство

Щільність композиційного складу ґрунту в змінному магнітному полі

Володимир Кравчук, Михайло Іванюта, Олександр Ганженко, Євген Зайцев
Завантажити статтю
Анотація

Розвиток технічних засобів визначення щільності ґрунту в умовах точного (керованого) землеробства потребує вдосконалення методів неруйнівної потокової взаємодії. Існує також необхідність вдосконалення методів визначення щільності ґрунту, оскільки наявні відхилення від оптимальних значень, мають негативний вплив на врожайність сільськогосподарських культур. Мета досліджень спрямована на встановлення щільності композицій гранулометричного складу ґрунту шляхом визначення напруги самоіндукції у змінному магнітному полі. Методи досліджень адаптовані до визначення зв’язків прецесії Лармора за змінного індукційного струму для щільності кожної з композицій гранулометричного складу ґрунту. Експериментальні дослідження виконувались шляхом визначення напруги самоіндукції соленоїда як датчика для кожної з композицій розташованих в осерді. Обробка результатів експериментальних досліджень виконувалась відповідно до правил математичної статистики та теорії ймовірності із застосуванням апроксимації в програмному комплексі Excel та Statistica. За результатами експериментальних досліджень визначено моделі взаємозв’язків щільності r (1,0-1,5 г/см3) композицій ґрунту, напруги самоіндукції eL=184-192 мВ за напруги генератора 5 В з коефіцієнти детермінації R2=0,95-0,99. Моделі дозволяють оцінювати щільність ґрунту з високою точністю, що сприяє оптимізації агротехнічних процесів. Визначено, що з високою вірогідністю зазначені моделі можуть бути використані як калібрувальні характеристики для проектування технічних засобів потокового неруйнівного визначення щільності основних типів ґрунтів України. Визначено також, що перспективою подальших досліджень є поглиблене вивчення взаємозв’язків магнітної проникності та агрофізичних характеристик ґрунту в місцевизначеному індукційному полі сенсора (соленоїда). Прикладним аспектом отриманих результатів є подальший розвиток адаптивних машин та засобів моніторингу стану ґрунту для досягнення показників оптимального його обробітку, а також, використаня науково-дослідними установами та приладобудівними підприємствами

Ключові слова

щільність ґрунту, магнітна проникність, самоіндукція, намагнічування, прецесія Лармора

ЦИТУВАТИ
Kravchuk, V., Ivaniuta, M., Ganzhenko, O., & Zaitsev, Ye. (2024). Density of soil composite composition in a changing magnetic field. Plant and Soil Science, 15(3), 30-43. https://doi.org/10.31548/plant3.2024.30
Використані джерела

[1] Abdulraheem, M.I., Chen, H., Li, L., Moshood, A.Y., Zhang, W., Xiong, Y., Zhang, Y., Taiwo, L.B., Farooque, A.A., & Hu, J. (2024). Recent advances in dielectric properties-based soil water content measurements. Remote Sensing, 16, article number 1328. doi: 10.3390/rs16081328.

[2] Asgari, N., Ayoubi, S., & Demattê, J. (2018). Soil drainage assessment by magnetic susceptibility measures in Western Iran. Geoderma, 13, 35-42. doi: 10.1016/j.geodrs.2018.03.003.

[3] Ayoubi, S., Jabbari, M. & Khademi, H. (2018). Multiple linear modeling between soil properties, magnetic susceptibility and heavy metals in various land uses. Modeling Earth Systems and Environment, 4, 579-589. doi: 10.1007/s40808-018-0442-0.

[4] Baranov, G., Komisarenko, O., Kravchuk, V., & Ivanyuta, M. (2022). Problems of agrotechnological electronic mapping for crop production. Control, Navigation and Communication Systems, 3(69), 49-53.

[5] Chakraborty, C., & Majumdar, P. (2023). Gravitational Larmor precession. The European Physical Journal C, 83, article number 714. doi: 10.1140/epjc/s10052-023-11858-4.

[6] DSTU 11272:2001. (2001). Soil quality. Determination of compaction density per dry mass. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=58941.

[7] DSTU 11277:2005. (2005). Soil quality. Determination of the granulometric composition of the mineral material of the soil. Method of sieving and sedimentation. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page?id_doc=95596.

[8] DSTU 4362:2004. (2005). Soil quality. Soil fertility indicators. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=67099.

[9] DSTU 4730:2007. (2008). Soil quality. Determination of the granulometric composition by the pipette method in the modification of N.A. Kaczynski. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=95597.

[10] DSTU 4819:2007. (2009). Pre-sowing soil preparation for sugar beets. Requirements and control methods. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=91520.

[11] DSTU 7846:2015. (2016). Soil quality. Assessment of changes in soil fertility. Procedure for carrying out work. Retrieved from https://online.budstandart.com/ua/catalog/doc-page.html?id_doc=62728.

[12] Hanesch, M., & Scholger, R. (2005). The influence of soil type on the magnetic susceptibility measured throughout soil profiles. Geophysical Journal International, 161(1), 50-56. doi: 10.1111/j.1365-246X.2005.02577.x.

[13] Ivaniuta, M., Kravchuk, V., & Ramus, M. (2023). Forecast for the adaptive tillage system. International Journal of Life Science and Agriculture Research, 2(7), 193-199. doi: 10.55677/ijlsar/V02I07Y2023-06.

[14] Kanu, M.O. Meludu, O.C., & Oniku, S.A. (2014). Comparative study of top soil magnetic susceptibility variation based on some human activities. Geofísica Internacional, 53(4), 411-423. doi: 10.1016/S0016-7169(14)70075-3.

[15] Kartashov, S.G., Horodetsky, E.Yu., Dudka, V.S., & Moskalyuk, A.A. (2012). Effect of optimum soil density for different crops on yield. Taurian Scientific Bulletin. Series: Agricultural Sciences, 78, 21-26.

[16] Kravchuk, V. Ivaniuta, M., Bratishko, V., Humeniuk, Y., & Kurka, V. (2023). On-stream soil density measuring. INMATEH – Agricultural Engineering, 69(1), 213-223. doi: 10.35633/inmateh-69-64.

[17] Kruglov, O. Menshov, O., Koliada, V., Shevchenko, M., Achasova, A., Nazarok, P., & Andreeva, O. (2023). Magnetic susceptibility of the slope soils for predicting of agronomic characteristics. Geofizicheskiy Zhurnal, 44(6), 135-143. doi: 10.24028/gj.v44i6.273646.

[18] McLachlan, P., Schmutz, M., Cavailhes, J., & Hubbard, S.S. (2022). Estimating grapevine-relevant physicochemical soil zones using apparent electrical conductivity and in-phase data from EMI methods. Geoderma, 426, article number 116033. doi: 10.1016/j.geoderma.2022.116033.

[19] Ouallali, A., Bouhsane, N., Bouhlassa, S., Moukhchane, M., Ayoubi, S., & Aassoumi, H. (2023). Rapid magnetic susceptibility measurement as a tracer to assess the erosion-deposition process using tillage homogenization and simple proportional models: A case study in northern of Morocco. International Journal of Sediment Research, 38(5), 739-753. doi: 10.1016/j.ijsrc.2023.06.002.

[20] Panagos, P., De Rosa, D., Liakos, L., Labouyrie, M., Borrelli, P., & Ballabio, C. (2024). Soil bulk density assessment in Europe. Agriculture. Ecosystems & Environment, 364, article number 108907. doi: 10.1016/j.agee.2024.108907.

[21] Rawlins, J.K. (2000). Basic AC circuits (2nd ed.). Indianapolis: Sams Publishing. doi: 10.1016/B978-0-7506-7173-6.X5000-7.

[22] Robinson, D., Lebron, I., Lesch, S., & Shouse, P. (2004). Minimizing drift in electrical conductivity measurements in high temperature environments using the EM-38. Soil Science Society of America Journal, 68, article number 3390. doi: 10.2136/sssaj2004.3390.

[23] Ruehlmann, J, & Körschens, M. (2020). Soil particle density as affected by soil texture and soil organic matter: 2. Predicting the effect of the mineral composition of particle-size fractions. Geoderma, 375, article number 114543. doi: 10.1016/j.geoderma.2020.114543.

[24] Sanchez, P.A. (2019). Soil physical properties. In Properties and management of soils in the tropics (pp. 134-175). Cambridge: Cambridge University Press. doi: 10.1017/9781316809785.

[25] Shirzaditabar, F., & Heck, R.J. (2021). Characterization of soil drainage using electromagnetic induction measurement of soil magnetic susceptibility. CATENA, 207, article number 105671. doi: 10.1016/j.catena.2021.105671.

[26] Shirzaditabar, F., & Heck, R.J. (2022). Characterization of soil magnetic susceptibility: A review of fundamental concepts, instrumentation, and applications. Canadian Journal of Soil Science, 102(2), 231-251. doi: 10.1139/cjss-2021-0040.

[27] Trinks, I., & Pregesbauer, M. (2016). Efficient mapping of agricultural soils using a novel electromagnetic measurement system. Retrieved from https://www.researchgate.net/publication/301500729_Efficient_mapping_of_agricultural_soils_using_a_novel_electromagnetic_measurement_system.

[28] Xu, X., Wang, H., Qu, X., Li, C., Cai, B., & Peng, G. (2022). Study on the dielectric properties and dielectric constant model of laterite. Monitoring, Early Warning and Mitigation of Natural and Engineered Slopes, 10, article number 1035692. doi: 10.3389/feart.2022.1035692.

[29] Zaouche, M., Bel, L., & Vaudour, E. (2017). Geostatistical mapping of topsoil organic carbon and uncertainty assessment in Western Paris croplands (France). Geoderma, 10, 126-137. doi: 10.1016/j.geodrs.2017.07.002.

[30] Zhou, Y., Zhang, Z, Rao, J., & Chen, B. (2022). Predicting and mapping soil magnetic susceptibility in an agro-pastoral transitional zone: Influencing factors and implications. Soil and Tillage Research, 219, article number 105352. doi: 10.1016/j.still.2022.105352.