Введение к работе
Актуальность. Мировое земледелие конца 20-го и начала 21-го в. ознаменовано парадигмой создания прецизионных систем земледелия. Известно, что решение тех или иных проблем, как и науки в целом определяется уровнем развитием методологий. Так попытка реализовать вышеуказанную парадигму на «техноцистской основе» (Жученко, 2004; Кирюшин, 2005 и др.) и традиционной уравнительной «лоскутной» методологии отображения структуры почвенного покрова привели США в 1999 году к созданию «высокотехнологического» земледелия, которое имеет мало прецизионными системами земледелия. Впервые экспериментально и теоретически было доказано, что построить прецизионные системы земледелия можно при выделении структуры почвенного покрова и его картографического отображения на основе точных количественных критериев (Лопачев, 2008). Поэтому совершенствование методологии математически обоснованного определения положения в пространстве и времени взаимодействия элементарных почвенных ареалов (ЭПА), как единой динамической системы - основы построения в обозримом будущем прецизионных систем земледелия.
Цель исследований - совершенствование методов построения математически точных почвенных карт, представляющих почвенные тела в форме образов геометродинамики - потоков, находящихся в непрерывном «движении», которые могут стать системами отсчета построения прецизионных систем земледелия.
Задачи исследований. Основная задача - показать возможности карт пластики рельефа в экспериментальном земледелии.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Обнаружить и проанализировать публикации создателей
ландшафтного земледелия, публикации ученых в которых горизонтали
топографических карт изучались как геометрические и физические обра
зы;
-
Перевести горизонтали, как знаковые системы рельефа, в геометрические образы;
-
Обосновать положение о том, что горизонтали являются континуальными структурами почвенной поверхности, которые можно геометрически преобразовать по их точкам нулевой кривизны в дискретные динамические почвенные потоки;
-
Изучить влияние движения почвенных потоков на формирование пестроты почвенного покрова;
-
Изложенные выше задачи проверить практикой на опытных полях экопоселения «Славный» Тульской области, учхоза «Лавровский»
4 Орловской области и владимирского НИИ сельского хозяйства путем крупномасштабного почвенного картографирования.
Научная новизна исследований состоит в том, что полученные точные картографические результаты на одном экспериментальном поле обеспечивают построение для него прецизионных систем земледелия, а также их можно интерпретировать на другую ей подобную территорию, с помощью теории физического подобия на основе критериев подобия, особенно критериев формы. Предпринята попытка сделать теорию подобия основой экспериментального и прецизионного земледелия, унифицировать геометродинамические критерии и создать в картографии точные понятия физического и натурного подобия, необходимые для построения теории и практики точных, систем земледелия.
Впервые для опытных полей разработана технология составления
потоковых карт с унифицированными границами (изолинии нулевой и
ненулевой кривизны) и таксонами почв: выпуклостей (нормальные), во
гнутостей (анормальные) с переходами между ними. Доказано, что
карты потоковых структур являются геометрическим каркасом (почвенно-
геологическим телом), к элементам которого можно привязывать все про
странственно-временные экспериментальные и производственные дан
ные. Этому способствует то, что структуры на потоковых картах подчи-.
няются законам симметрии.
Основные положения, выносимые на защиту:
свойство горизонталей на местности представлять поверхность почв в качестве континуума линейных структур.
способ преобразования горизонталей по точкам нулевой или любой другой равной плановой кривизны в динамические потоковые образы почвенной поверхности, определяющих количественно во времени движение влаги и органо-минеральных веществ.
древовидная форма почвенной поверхности потоковой системы имеет математические точки отсчета (на потоковых картах создаются объемные формы, сочетание выпуклостей - потоков и вогнутостей - подложки) - «неподвижной» монолитной подложки, что позволяет прецизионному земледелию использовать элементы ЭПА не только в традиционных представлениях их равновесия, но и реализовать их в динамике.
математическое отображение динамики почв потоковых структур является альтернативной картой (цифровой, электронной или другие варианты на любых носителях) для построения экспериментальных инновационных прецизионных системам земледелия вместо трудоемких карт урожайности для «высокотехнологического» земледелия
5 Практическая значимость
При построении прецизионных систем земледелия, можно использовать не только результаты дорогостоящих целенаправленных опытов, но и, на основе строгой физико-математической базы потоковой системы (свойство каждой почвы предопределено ее положением - адресом в потоковой системе), можно значительно ускорить работы и снизить затраты по выбору экспериментальных участков и объективному переносу полученных на них данных в аналогичные производственные условия точного земледелия.
Реализация результатов исследований. Материалы исследований используются научно-производственным предприятием «Агроэкология», Институтом телекоммуникаций Академии инженерных наук (С.-Петербург), ООО «Гипрозем», Орловским ГАУ и другими организациями.
Личный вклад автора. Автор диссертации работает по данной теме со студенческих лет (с 1980-ых годов), представляя метод пластики в курсовых и дипломных работах на Кафедре географии почв Московского государственного университета им. М. В. Ломоносова. Эта же тема разрабатывалась в Институте физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН. По теме диссертации выполнялись договорные работы с «Институтом геоинформационного анализа Земли» (Москва), Компанией «Гэдэрайн Холдинг Лимитед» (Кипр). Составлены тематические карты для ОАО «РОСНЕФТЬ», Института новых нефтегазовых технологий РАЕН Составлены областные среднемасштабные почвенные карт отдельных регионов России, в частности, карты Московской области М 1:300 000. Участвовала в полевом картографировании почв («Союзгипро-водхоз»). Участвовала в работах по составлению карт потоковых структур (КОСМ) ЗАО Института телекоммуникаций (С- Петербург):
Договор от 2001 г. с ВТУ ГШ РФ «Разработка и применение карт обзорных свойств местности (КОСМ)». Рабочий проект по «БИОЛИТ М-КОСМ» с созданием «Инструкция по применению карт обзорных свойств местности в различных родах войск»;
Договор от 2008 г. с ИТ АИН РФ по теме «Составление крупномасштабных карт пластики рельефа территорий сельских поселений При-озерского района Ленинградской области»;
Провела самостоятельные почвенные работы в поселении «Славный» Тульской области, что составило основную творческую часть настоящей диссертации.
Часть работы выполнена при финансовой поддержке РФФИ № 99-05-64383.
Апробация работы. Основные положения работы представлены в докладах:
1.Кризис почвенных ресурсов: причины и следствия. Межд. студ. конф. СПбГУ, 1997; 2. III Путинская конф. молод, ученых. 1998; 3. Лекции VIII-IX Всерос. школ (1998-1999); 4. IV Межд. конф. «Математика, компьютер, образование». Пущине 1999; 5. Геоботаника XXI века. Всерос. науч. конф., Воронеж: ВГУ. 1999; 6. Ресурсы ноосферного движения. Межд. конф. Москва ГЕОС. 2000; 7. Intern. Conference on Desertification. U.A.E. Dubai. 2000; 7. Проблемы эволюции почв. Четвертая Всерос. конф. Пущине 2001; 8. 32nd International Geological Congress, Scientific Sessions . Florence, Italy. 2004; 9. 6-ая Междис. научн. конф. Москва. Дельфис. 2006; 10. Республик, научно-практич. конф. «Научно-методические основы создания национального атласа Узбекистана», Ташкент 2009; 11. Конф. «Математическое моделирование в экологии», ЭкоМатМод-2009, Пущине; 12. Всероссийская научная конференция, посвященной 40-летнему юбилею Института физико-химических и биологических проблем почвоведения РАН, 2010 г.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 30 работ, в том числе в журналах «Доклады Российской академии наук», «Агрохимия», «Геоэкология», «Геодезия и картография», «Информация и Космос», в зарубежных изданиях и других журналах, входящих в список ВАК.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 113 страницах, включает 34 рисунка в виде фрагментов тематических карт и 9 таблиц. Работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 106 отечественных и 11 зарубежных наименований.
