Введение к работе
Актуальность работы
При решении ряда задач агрофизики, в том числе связанных с прогнозированием переноса вещества и энергии, моделированием физических, физико-химических и биофизических процессов в системе «почва - растение -деятельный слой атмосферы», оптимизацией почвенно-экологических условий возделывания сельскохозяйственных культур, возникает необходимость рассчитать температуру почвы, поток тепла в почву, оценить интенсивность теплообмена между почвой и приземным слоем атмосферы и т. п. Для этого помимо метеоданных необходимо знать тепловые свойства почвы: теплоемкость, теплопроводность и/или температуропроводность, равную отношению теплопроводности к объемной теплоемкости. Если тепловые свойства экспериментально не были определены, их можно рассчитать с помощью математических моделей.
В современной физике почв существует ряд моделей, позволяющих рассчитывать тепловые свойства почв на основе данных об их плотности, содержании органического вещества, гранулометрическом и минералогическом составе, текущих значениях влажности. Практически все эти модели являются эмпирическими и разработаны на основе анализа относительно небольших массивов экспериментальных данных, полученных для региональных почв. Для почв Европейской части России в настоящее время не существует ни достаточно общей математической модели, позволяющей проводить подобные расчеты, ни базы данных, на основании которой можно было бы такую модель разрабатывать.
Цель работы: получить экспериментальную базу зависимостей
температуропроводности почв от влажности и на ее основе построить
математическую модель, позволяющую рассчитывать
температуропроводность почв различного гранулометрического состава и генезиса по данным об их основных свойствах и текущих значениях влажности.
v.--
1 \
Задачи:
-
Получить экспериментальные зависимости температуропроводности от влажности для почв различного гранулометрического состава и генезиса;
-
Построить аппроксимационные функции для описания полученных экспериментальных кривых;
-
Определить основные физические свойства исследованных почв;
-
Провести статистическое сопоставление параметров аппроксимации с основными свойствами исследованных почв;
-
Обосновать способ расчетной оценки температуропроводности почвы по данным о свойствах твердой фазы и влажности почвы;
-
Провести проверку работы построенных регрессионных моделей на независимых почвенных объектах.
Научная новизна работы
Впервые получены и сопоставлены подробные экспериментальные
зависимости температуропроводности от влажности для почв с широким
диапазоном изменчивости гранулометрического состава (от песка рыхлого до
легкой глины). Для почв различного гранулометрического состава и генезиса
проанализированы характерные особенности зависимостей
температуропроводности от влажности. На основании полученной экспериментальной базы построены регрессионные соотношения, которые могут быть использованы для расчетной оценки коэффициента температуропроводности почв широкого гранулометрического спектра. Практическая значимость
Построенная математическая модель позволяет рассчитывать температуропроводность почв различного гранулометрического состава по данным об основных почвенных свойствах.
Результаты работы могут быть использованы для решения расчетных и прогнозных задач в агрофизике, почвоведении, климатологии, в том числе при разработке научно-обоснованных агротехнологий в полевых и регулируемых условиях.
Полученная модель может служить одним из математических средств, применяемых для организации рационального использования почв, при оценке и прогнозировании отклика агроэкосистем на климатические изменения и антропогенные воздействия. Модель может быть использована при оценке температурного режима и динамики тепловых процессов в почве, в качестве одного из блоков в расчетных схемах прогнозирования водного режима, продуктивности почв, а также глобальных биосферных процессов. Апробация работы Материалы исследований по теме диссертации неоднократно докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова в 2008-2011 гг. Основные положения диссертационной работы докладывались автором на конференциях: Национальных конференциях с международным участием «Математическое моделирование в экологии» (Пущино 2009, 2011), Международных конференциях студентов, аспирантов и молодых ученых «Ломоносов» (Москва, 2009, 2010, 2011).
Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, 5 глав,
выводов, списка используемой литературы, включающего^^/ источников, из
них /fe?y иностранных, и приложений. Работа изложена на страницах,
