ПРОБЛЕМЫ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ В

ПРОБЛЕМЫ КОЛИЧЕСТВЕННОЙ ОЦЕНКИ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СТРУКТУРЫ ФИЗИЧЕСКИХ СВОЙСТВ В КОМПЛЕКСНОМ ПОЧВЕННОМ ПОКРОВЕ 11 декабря 2012 года

Почвенный покров • «…почвенный покров можно определить как природное тело в пределах некоторого участка земной поверхности, имеющее латеральную, вдоль поверхностную составляющую в изменчивости состава и свойств» Е. А. Дмитриев. «О почве, почвах, почвенном покрове» , 1988 г.

Итак, основные характеристики почвенного покрова: • Латеральная изменчивость почвенных свойств; • Непрерывность этих свойств в пространстве. Цель: количественная оценка пространственной структуры физических свойств в почвенном покрове (для последующих расчетов, прогнозов).

Пример определения плотности почвы в Почвенная карта-схема опытного участка комплексном почвенном покрове ВНИИСХ - серая лесная (СЛ) - серая лесная слабооподзоленная (СЛ 1) - серая лесная среднеоподзоленная (СЛ 2) - серая лесная среднеоподзоленная со вторым гумусовым горизонтом (СЛГ 1) - серая лесная сильнооподзоленная со вторым гумусовым горизонтом (СЛГ 2) - серая лесная остаточно-карбонатная (СЛк)

Пример определения плотности почвы в Почвенная карта опытного участка ВНИИСХ комплексном почвенном покрове

Статистики ошибок определения плотности почвы в почвенном покрове

В рамках проблемы количественного определения свойств в почвенном покрове возникают задачи: • Значение почвенной карты. Почему такие ошибки? • Есть ли законы масштабного перехода от разреза к покрову? • Возможности количественных прогноза и анализа режимов свойств в почвенном покрове.

Топографическая карта опытного участка ВНИИСХ S участка= 2, 35 га Перепад высот 0, 824°

Почвенная карта-схема опытного участка ВНИИСХ - серая лесная (СЛ) траншея - серая лесная слабооподзоленная (СЛ 1) - серая лесная среднеоподзоленная (СЛ 2) - серая лесная среднеоподзоленная со вторым гумусовым горизонтом (СЛГ 1) - серая лесная сильнооподзоленная со вторым гумусовым горизонтом (СЛГ 2) - серая лесная остаточно-карбонатная (СЛк)

Заметные ошибки при использовании ТОЛЬКО почвенной карты возникают вследствие: • Почвенная карта дает прерывные контура, а почвенные свойства непрерывны; • Почвенная карта не учитывает антропогенные внутрипочвенные латеральные изменения почвенных свойств. Поэтому необходима пространственно-распределенная специальная система опробования и анализа свойств.

Пример топоизоплет физических свойств (слой 10 -15 см). Плотность, г/см 3 Сопротивление пенетрации, МПа Общая порозность, % Объемная влажность, %

Пример топоизоплет физических свойств (слой 30 -35 см, май 2001 г. ). Плотность, г/см 3 Сопротивление пенетрации, МПа Общая порозность, % Объемная влажность, %

Физические свойства в почвенном покрове: • непрерывны, как плавно непрерывен и латерально неоднороден почвенный покров; • имеют свое характерное распределение в пространстве, в той или иной степени скоррелированное в пространстве с другими; • эти распределения свойств являются основой для количественных расчетов балансов и режимов свойств в почвенном покрове.

ВЫВОД (промежуточный) l Необходима не только почвенная карта, но пространственно определенная информация об изучаемых свойствах.

? Как перейти от режимов свойств в одной точке (почвенном разрезе) к распространению режиму свойства на почвенный покров? «The key is to determine what information is preserved and what information is lost as we move from one scale to another» (Levin, 1992) Задача: поиск масштабных законов.

Формальный подход: создание и использование педотрансферных функций. • Пример (по данным Т. А. Архангельской): надо оценить пространственно-временную динамику температуры почвы в почвенном покрове. Используемые термины: -Температурное поле, -Изолинии температуры (изопотенциальные поверхности).

Расчетный алгоритм для оценки температуропроводности почвы по плотности, углероду и влажности «модель 1» Плотность (r) Углерод (C) k 0, a, b, w 0 Влажно сть (w) Темпера туропров одность (k )

Для расчета динамики температуры по слоям (температурного режима) необходимо знать: • Распределение в пространстве нелинейных функций (!) температуропроводности от влажности для каждого из слоев почвенного покрова; • Условия на границах почвенного профиля.

Опытное поле ИФХ и БПП РАН, 17. 06. 2002 Расчетная температуропроводность, 10 -7 м 2/с: 10 см 30 см 49 м 3. 0 -4. 6 2. 3 -4. 5 2. 7 -4. 2 Температурное поле на глубине 50 см: 14. 4 -15. 2 о. С Архангельская и др. Вестник Моск. ун-та, 2005. № 2.

Распределение влажности и температуры почвы Опытное поле ИФХ и БПП РАН, 17. 06. 2002 Общая мощность гумусированного слоя, см Объемная влажность, см 3/см 3 Температурное поле , о. С Архангельская и др. Вестник Моск. ун-та, сер. Почв. 2005. № 2.

Температурное поле на участке 63 63 м ГЛУБИНА 50 см 16. 4 -21. 1 ОС 1 июля 1999 г. ! Архангельская Т. А. и др. Почвоведение. 2005. № 7.

Возможно рассчитывать почвенные режимы в агроландшафте со сложным почвенным покровом Надо знать педотрансферные функции.

Это формирует и прикладные задачи почвоведения в области изучения пространственновременной организации почвенного покрова. • Создание баз данных для разработки педотрансферных функций. • Создание пространственно-распределенных моделей физических свойств в почвенном покрове. • Развитие физически обоснованных моделей режимов свойств почвенного покрова.

ВЫВОДЫ: l В рамках поставленной задачи, количественного определения физических свойств и режимов в почвенном покрове: l Необходима не только почвенная карта, но независимая пространственно определенная информация об изучаемых свойствах; l Создание и использование педотрансферных функций – пока единственный метод количественной оценки физических свойств и режимов в почвенном покрове.

Спасибо за внимание!

Пример педотрансферных функций (для слоя 10 -20 см серой лесной почвы)

Изоплеты запасов доступной влаги: а) в слое 10 -15 см, в) в слое 30 -35 см. По данным В. Г. Тымбаева (2004 ).

Воздухосодержание в различных слоях к началу вегетационного сезона 60 0 -5 см 40 34 20 32 50 100 150 200 250 30 28 60 26 24 10 -15 см 40 22 20 20 18 50 100 150 200 16 250 14 12 60 10 20 -25 см 40 8 6 20 4 2 50 100 150 200 250