Введение к работе
Актуальность работы. В материалах ХШІ съезда КПСС подчеркивалось, что одной из.важнейших задач,стоящих перед агропромышленным комплексом страны, сельскохозяйственной наукой и связанной с успешной реализацией Продовольственной программы СССР, является разработка основ и приемов рационального использования земель и водных ресурсов,сохранение и повышение плодородия почв, создание ус-' ловил устойчивого ведения сельского хозяйства. Значительная роль в выполнении поставленной задачи принадлежит исследованиям,проводимым а области почвоведения,в частности,в таком важном его разделе,, как физика почв* *
Успешное решение поставленных выше задач в большой степени.связано с разработкой метадов,позволяющих эффективно и качественно управлять почвенными режимами на основе моделирования и прогнозирования .Важное место в 8той проблеме занимают вопросы водных свойств почв, исследуемые методом термодинамического потенциала и, в первую очередь,-обобщенного описания состояния и поведения почвенной влаги при изменении многих факторов.
Термодинамические характеристикипочвенной влаги (зависимости
между давлением влаги,коэффициентами влагопроводности й влажность»)
носят индивидуальный характер и определяются,.как' правило, экспери
ментально. Процес с этот длительный и трудоемкий,-требует специальных
приборов и оборудования, тогда как потребности в данных подобного
рода постоянно возрастают -они необходимы при решении'многих воп
росов теории и практики почвоведения,.земледелия, мелиорации, рас
ценив водетва,. . "'.-
Учитывая,, что величины давления влаги' и'коэффициентов влагопро-водности не являются однозначными функциями^влажности, возникает необходимость найти более рациональный'путь, получения требуемой ин» -формации и метода обработки експериментальних результатов.Такие возможности открывает совместное применение методов, термодинамического потенциала и теории подобия.. ,*'..,''
Теория подобия,.являясь основой.моделирования, обладает важным
свойством^ позволяющим закономерно переносить результаты единично-^ го опыта, характеризующего конкретное явление Спроцесс) на группы подобных ему явлений С процессов ),'Говоря о необходимости постановки и решения проблемы обобщения полученных результатов,' В. А. Бе НИКОВ
.. CJS64) отмечает, что единичный експеримент дает-вполне определен-ный результат,:удовлетворяющий.исследователя при решении частной-
. - . Ц»М;.ІЛЬВ1Я . . -
сель *(n>~*Sc »;я. *к*«е»-<4 ка. К. A. IsiiupMtaa
задачи, определяя поведение объекта в мединичныхиуоловиях.[1о втой причина "кажущнйся-на первый взгляд достаточный результат.(который . нередко достигается в процессе длительной и кропотливой работы по организации и интерпретации полученных данных) фактически имеет небольшую практическую ценность".
Использование'относительных (приведенных) величин давления.вла
ги, влагопроводности вместо общепринятых их абсолютных значении,
позволяет получать обобщенные.термодинамические характеристики вла
ги в почвах разной удельной поверхности, плотности и структуры, при
изменении температуры, количества и качества растворимых веществ и
, т.д.Такое широкое обобщенное описание состояния, и поведения влаги в
почвах, а отличие ОТ существующих моделей, в которых величина дав-'
ления. влаги И влагопроводности рассматриваются как однозначные фун
кции влажности, стало возможным на основе установления общей зако
номерности, состоящей в том, что изменение любого параметра, окаэы-
* .веющего существенное влияние на величины давления влаги и коэффи
циентов влагопроводности,; ведет к образованию зависимостей,подоб
ных меяду собой, ,
Цель и основные задачи исследований. Цель исследований состояла в изучении.термодинамических характеристик почвенной влаги, иэ-.-меняющихся пел влиянием различных переменных (удельная поверхность, плотность, структура, количество и качество растворимых веществ, температура, гистерезис) и разработки методов их обобщенного описания, В связи с йтиы необходимо было' решить следующие задачи;'
. I,провести експериментальні» исследования зависимостей давле- . кия влаги и коэффициентов влагопроводности от влажности на моде- -льных системах и почвах разной удельной поверхности,плотности сложения, сгруктуры.при изменении количественного и качественного ооставов растворимых веществ с использованием образцов, нарушенного и ненарушенного строения(
2,показать возможность использования принципов подобия для унификации термодинамических характеристик влаги в почвах различной плотности сложения,структуры,генезиса)
3.преобразовать индивидуальные термодинамические характеристики ; состояния и поведения влаги а обобщенные (безразмерные ) комплексы (симплексы) - критерии подобия,инвариантные относительно изменения перечисленных выше параметров;
4.представить обобщенные функции давления влаги и коэффициентов влагопроводности от влажности в виде ыалопараметрических.выражений, позволяющих рассчитывать индивидуальные зависимости между
4'.*
указанными характеристиками почв на основании знания нескольких лег-коопределяемых или вычисляемых параметров.
Научная новизна та боты .На основе внполнеіших исследований дано бобіценное описание термодинамических характеристик влаги для широкого ряда почв, расположенных в различных географических и климатических зонах, в широком диапазоне'изменения их удельной поверхности, плотности, структуры, 'количественного и качественного состава растворимых веществ, температуры! гистерезиса.
Проведенные автором, експериментальные и теоретические исследования позволили впервые осуществить -' ' : : '- - '
-обобщенное описание зависимостей PCw)k KCV) в модельных одно
родных средах и почвах разной удельной поверхности, плотности, ст
руктуры; '.'' '
-преобразование индивидуальных зависимостей состояния и поведения влаги в безразмерные комплексы (критерии подобия), инвариантные относительно изменения температуры и явления гистерезиса;
-переход к обобщенным характеристикам полного давления влаги и коэффициентов влагопроводносги при изменении количественного и качественного состава растворимых веществ в почвах равной удельной поверхности, ' ' '
Совместное использование принципа подобия н метода термодинамического потенциала, открывших путь К преобразованию индивидуальных характеристик состояния и поведения влаги в почвах в безразмерные (приведенные) комплексы-' критерии подобия, .инвариантные . относительно изменения многих переменных, позволило развить» углубить новое научное направление в физике почв - подобие термодинамических характеристик почвенной-влаги» ','
Практическое значение и использорание результатов работ»ь Выполненные исследования позволили осуществить'широкое обобщенное описа-, ние термодинамических .характеристик почвенной влаги,результаты во- торого могут быть использованы для решения разнообразных вадач тео-рии'м практики почвоведения, земледелия,; і^яиорации, 'связанных, в первую'очередь, с прогнозированием и'у^пзавлением рядом процессов, происходлорх всистеме почва-растение-призе мныЯ 'слой воздуха, на' основе применения обобщённых количественных зависимостей.Установ-,, ленные, закономерности были использованы для разработки расчетных методов нахождения зависимостей Pi ^)-, K;W)'", что позволяет в ряде.'случаев исключить трудоемкпв'экспорадентальные методы.
В отличие от. существующих моделей состояния и поведения влаги, в которых не учитывается или пренебрегавтся роль многих перемен-
'.".'- .''; ''.. 5
них, а зависимости P(V) и кС^) расматриваются как однозначные функции влажности, нами получены малопараметрические уравнение а учетом факторов, оказывающих существенное влияние на термодинамические характеристики почвенной влага.
Результаты выполненных исследований используются в лаборатории гидрологии Хабаровского комплексного научно-исследовательского . института ДВЩ АН СССР при моделировании процессов влагообмеяа в .зоне аэрации, в Украинском институте инженеров водного хозяйства для ускоренной тарировки теншометрических датчиков,применяемых для определения норм и сроков полива.С этой цель» тарировка датчиков проводится на основе обобщенной зависимости между приведенным давлением влаги и количеством свободной влаги,что значительно снижает трудоемкость и повидает производительности работ.В Среднеазиатском научно-исследовательском институте ирригации им.В.Д.Журима (Узб.ССР) полученные 'нами данные используются при решении ряда вопросов состояния и поведения влага в засоленных почвах, в институте Средаэгипроводхлопок СУэб.ССР) при разработке и »ксплуа-тации имитационных моделей в одно-с елевого режима орошаемых массивов в условиях применения вод повышенной минерализации на территории КаршннскоЙ степи.
В Почвенный институт им.В.В.Докучаева ВАС МОШ, Хабаровский комплексный НИИ ДВЩ All СССР, І1ИЙ ирригации нм.В. Д.Журина, институт Средазгипроводхлопок внедрены устройства для определения зависимостей ыежду давлением влаги и влажность» почв. .
Апробатмя работы и публикации. Основные положения, изложенные в диссертации, докладывались на 1У,У Делегатских съездах Всесоюзного общества почвоведов <Аідіа-Ата,І9(В;Міішк,І977), на совещаниях по теоретическим вопросам обработки почь б 1969 и 1972 гг. (Ленинград), на I комиссии Всесоюзного общества почвоведов,Всесоюзной-научной конференции по современным методам исследования в почвоведении (МГУ, 1983), Г Всесоюзном, совещании "Іїідрофизические функции ' и ьлагометрия почв"СЛенинград,І9Й7), представлялись в трудах XII Мездународного съезда почвоведов С Дели,1982),
По матеріалам диссертации опубликовано 53 работы.Основные поло
жения диссертации отражены в 40 работах. , ."
Структура и объем^работы. Диссертация состоит из введенкя.се-
ми глав, основных выводов.Она включает 850 стр.текста, 116 рисун
ков, 12 таблиц и библиографию из 200 наименований отечественных и .
зарубеяных авторов.. ' .
В работе использованы материалы, полученные автором: в лаборато-
'6
риях почвенной гидромеханикиf физики и биофизики почв Агрофизического научно-исследовательского института БАСЯШ, коллективу которых автор приносит благодарность за поддержку и помощь в работе. Особую признательность автор выражает своему учителю - доктору сельскохозяйственных наук Б.И*Мичурину, с которым его связывали долгие года совместной плодотворной работы.
