Методы построения и использования комплексных моделей почвенных процессов в мелиорации

• Автор: Никитенков, Борис Федорович
• Шифр специальности: 06.01.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 303 с. : ил.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1 МЕТОДОЛОГИЯ СИСТЕМНЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИИ О ПОЧВЕ
1.1. Некоторые вопросы общеметодологических принципов построения
систем
1.2 Системно-онтологические представления о почвах
1.3. Почва как среда обитания организмов
1.3.1. Функционирование почвенной биоты
1.3.2 Корневая система растений и ее роль в формировании режима почв
1.4. Твердые фазы почвы
1.5. Почвенные растворы
1.6. Почвенный воздух
1.7. Поверхностные фазы почвы
1.7.1. Природа адсорбционных свойств твердой части почв и
электрокинетические явления
1.7.2. Физико-химические взаимодействия твердых фаз почвы с растворами
18 Двойной электрический слой и устойчивость агрегатной структуры
почв
1.9 Структура почв и пути ее моделирования
1.10. Понятие элементарного объема почвы и его строение
1.11. Проблема пространственной изменчивости свойств почв
2 ОСНОВЫ ТЕОРИИ ДВИЖЕНИЯ ВОДЫ. ВОЗДУХА И ТЕПЛА В ПОЧВАХ
2.1. Водновоздушный и тепловой режимы почвы. Основные понятия,
определения, терминология
2.2. Простые модели процессов формирования водного режима почв
2.3. Закономерности формирования теплового режима и описания
процессов движения тепла в почвах
2.3.1. Фазовые переходы вода-лед
2.3 2 Простейшие модели движения тепла в почвах
2.4. Возможности и техника математического моделирования процессов
движения в почвах влаги, воздуха и тепла
2 4.1 Постановка задачи движения воды и воздуха в почвах
2 4.2. Решение задач инфильтрации в изогсрмичесхих условиях
2 4 3. Неизотермическая инфильтрация е протаивающих почвогрунтах
2 4 4. Движение влаги после инфильтрации а процессах испарения в
капиллярном подъеме,
2.4.5. Расчеты водоотдачи грунтовых и почвенных вод
3 МЕТОДЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ПОЧВЕННЫХ
ПРОЦЕССОВ
3.1 Лабораторные исследования процессов движения растворов и
воздуха при неполном насыщении почв влагой
3.1.1. Конструкция экспериментальных установок, методика и некоторые
результаты экспериментов
3.1.2. Определение зависимостей капиллярного давления и
влагопроводмости от влажности почвы
3.1 3. Экспериментальные исследования много ионного обмена в торфяных
почвах
3 14 Определение параметров катионного обмена при неполном
влагонасыщекии почв
3 2 Полевые эксперименты
3 21 Промывка засоленных мерзлотных почв (Якутия)
3.2 2, Эксперимент ИМПР (Белоруссия)
3 2 3. Полевые исследования кинегики химического состава почвенного
воздуха и окислительно-восстановигсльного потенциала Краснодарских черноземов
4 ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В

ПОЧВЕННЫХ СИСТЕМАХ

4 1 Моделирование процессов в почвенных растворах
4.11. Реакции ассоциации и диссоциации в почвенных растворах и иониыо
равновесия
4.1 2, Охислитсльно-восстановительные реакции в почвенных растворах
4.1 3 Растворение почвенного воздуха и химические реакции его основных компонент в растворах
4.2. Процессы ионного обмена в почвенных системах
4.2.1. Основные понятия, определения и терминология в теории ионного
обмена
4 2 2 Равновесие обменного комплекса растворов в двух ионных обменных
системах
4 2.3 Изотермы бинарного ионного обмена в одно и двухвалентных
системах
4 2 4 Изотермы обмена в системах с трехвалентными ионами
4 3. Ионный обмен в почвах в при неполном их влаго-насыщеним
4 4 Моделировании кинетики ионного обмена
4 5. Моделирование электрокинетических процессов в двойном слое Штерна при ионном обмене
4 6. Растворение и осаждения солей в почвах
4.6.1 Равновесие реакции растворен ия
4.6.2 Кинетика реакции растворения
5 МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ДВИЖЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ
ПОЧВЕННЫХ РАСТВОРОВ И ВОЗДУХА
5 1 Оценка существующих представлений о процессах движения почвенных растворов и компонент воздуха
5 1.1. Анализ основных понятий и определений теории движения вещества в
пористых средах
5 1 2 Другие подходы к основным понятиям в теории движения веществ в
пористых средах
5 2. Уравнения сохранения массы при движении почвенных растворов и воздуха в полистуктурных системах
5.2.1. Баланс массы воды и воздуха в пористых средах
5 2.2. Баланс массы компонент почвенного раствора и воздуха
5 3 Комплексная модель процессов формирования водно-солевого,
газового и теплового режимов в агрегатированных почвах
5 3.1. Уравнения баланса тепла в почве
5 3.2 Уравнения баланса массы воды в почве
5 3.3. Уравнения баланса массы почвенного воздуха
5.3.4 Уравнения баланса массы веществ, растворенных в почвенной влаге 2*6
5 3.5. Ураонения баланса массы компонент почвенного воздуха
5.3.6. Моделирование плотностей (интенсивностей) источников и стоков в
уравнениях баланса массы
5 3.7. Моделирование равновесия почвенных растворов
5 3.8 Моделирование ионно-обменных равновесий
5 4 Моделирование физико-химических свойств и параметров уравнений движения массы в почвах
5 4 1 Моделирование капиллярных свойств и площади межфаэных границ в
почвах
5 4 2 Проводящие свойства почв
5 4 3 Примеры комплексного моделирования капиллярных и проводящих
свойств для атрофированных почв
6 ПРАКТИКА МОДЕЛИРОВАНИЯ ВОДНО-СОЛЕВОГО РЕЖИМА ПОЧВ И
ТЕРРИТОРИАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ АГРОРЕСУРСОВ
6,1. Общие принципы составления расчетных схем почвенной толщи
6 2 Моделирование процессов движения воды и солей в черноземах

6.2.1. Используемая математическая модель процессов формирования «ллмп-глпеяогп режима почв
6.2.2 Исследование интерполирующих и экстраполирующих свойств модели
(Идентификация и верификация модели)
6 2 3 Проектное обоснование эффективности внесения гипса при орошении черноземов Краснодарской оросительной системы при использовании воды разного качества
6.3. Оценка агроклиматических ресурсов
6.3.1. Расчет водного режима почв при оценке агроклиматических ресурсов района
6.3.2 Длиннопериодная динамическая модель формирования урожая сельскохозяйственных культур А Н Полового
6.3.3 Некоторые результаты оценки агроресурсов
7 ЗАКЛЮЧЕНИЕ
8 ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
ЛИТЕРАТУРА

Почвенный воздух имеет, как правило, высокую относительную влажность, определяемую потенциалом почвенной влаги.
Основными компонентами атмосферного воздуха являются азот, кислород, аргон и углекислый газ (двуокись углерода). На долю остальных газов приходится лишь 0,01% объема. Состав атмосферного воздуха довольно постоянный, и колебания в содержании основных компонентов его незначительны.
В почвенном воздухе, по сравнению с атмосферным, меньше кислорода и больше углекислого газа. Изменяется в нем и содержание азота. Количество азота может уменьшаться в результате связывания его свободно живущими азотфиксирую-щими микроорганизмами и клубеньковыми бактериями и увеличиваться вследствие распада белков и денитрификации азотсодержащих веществ под действием микроорганизмов [87, 92, 100, 121, 123, 132, 136]. В почвенном воздухе болотных и заболоченных почв могут находиться также заметные количества АШ3, СН4, Н2.
В годовом цикле динамики кислорода и углекислого газа в почвенном воздухе минимальное содержание 02 и максимальное С02 может приходиться или на теплый, или на холодный период года в зависимости от состояния газообмена. Наблюдения за динамикой 02 и С02 в газовой фазе почв показывают, что существует определенная взаимосвязь между составом почвенного воздуха и условиями внешней среды, многофакторная, сложна и не коррелятивна, В поверхностных горизонбах почвы, вследствие активного газообмена, отличия компонентного состава почвенного воздуха от атмосферного выражены менее заметно, чем в нижележащих.
Для большинства почв характерен рост концентрации С02 в почвенном воздухе с глубиной. Распределения концентрации 02 по глубине имеют обратный характер распределения. При затрудненном газооб!ене с поверхностью в биогенных горизонтах почв могут наблюдаться избыточные концентрации С02
Роль кислорода в почве весьма высока. При достаточном содержании кислорода обеспечивается необходимый уровень аэробной микробиологической деятельности, дыхания корневой системы, почвенных животных. Недостаток кислорода приводит к гибели корневых волосков, гибели всходов растений (за счет преобладания аммиачных форм азотного питания), появлению болезнетворных анаэробных микробов. Содержание 02 в почвенном воздухе колеблется, по данным различных авторов, от сотых долей процента до его содержания в атмосфере.
Неоднозначность получаемых результатов по оценке аэрации почвы и ее продуктивности, содержанию кислорода в почвенном воздухе, привели, в настоящее