Физические свойства почв и моделирование гидротермического режима комплексного почвенного покрова Владимирского ополья : на примере сельскохозяйственного поля ВНИИСХ

• Автор: Трошина, Ольга Анатольевна
• Шифр специальности: 06.01.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 183 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Состояние проблемы

1.1. Пространственная вариабельность физических свойств почвы и особенности их изучения при агрофизических обследованиях

1.2. Особенности формирования климата почв в почвенном покрове

1.2.1. Особенности формирования режима влажности почвенного покрова и способы его оценки

1.2.2. Особенности формирования температурного режима и способы его

оценки

1.3 Современные подходы к математическому моделированию режимов почв

1.3.1. Современные подходы к математическому моделированию режима влажности почвы

1.3.2. Современные подходы к математическому моделированию температурного режима почвы
1.3.3. Математическое моделирование режимов почв (НУОЯиЗ-Ш)
1.3.4. Методы интерполяции в исследования пространственной вариабельности почвенных свойств и режимов
1.3.5. Связь показателей режимов и физических свойств почв -педотрансферные функции (1ТГФ)
Глава 2. Объект и методы исследования
2.1. Почвенный покров Владимирского ополья
2.2. Характеристика опытного участка
2.3. Методика восстановления гидротермического режима агросерых почв
2.4. Методы исследования
2.5. Определение температуропроводности почвы методом регулярного режима
Глава 3. Результаты исследований
3.1. Структура почвенного покрова и пространственное варьирование физических свойств
3.2. Теплофизические функции агросерой почвы и агросерой почвы со вторым гумусовым горизонтом
3.3. Моделирование режима влажности агросерых почв экспериментального участка
3.4. Моделирование температурного режима агросерых почв экспериментального участка
3.5. Поливариантный прогноз гидротермического режима агросерых почв экспериментального участка
Выводы
Список литературы
ПРИЛОЖЕНИЕ

Введение
Физические свойства и режимы (водный, тепловой, воздушный) определяют почвенное плодородие и оказывают существенное влияние на развитие растений. Гидротермический режим почв является одной из важнейших составляющих функционирования агроландшафта. Он выражается в динамике влажности и температуры почвы. Физиологическая способность растений связана в первую очередь с доступностью влаги и растворенных в ней питательных элементов. От температуры зависит интенсивность протекания таких важных процессов как эвапотранспирация, разложение растительных остатков. Температура определяет величины энергии взаимодействия твердой и жидкой фаз почвы, энергии поверхностного натяжения, для растворов энергии сорбции и констант термодинамического равновесия. Она также влияет на такие гидрофизические характеристики почвы, как коэффициент фильтрации и величину ненасыщенной гидравлической проводимости, на скорости протекания внутрипочвенных химических реакций и активность почвенной биоты. Кроме того, температурные градиенты являются причиной миграции почвенных растворов и газов (термоперенос). Гидротермический режим почвы зависит от метеоусловий и физических свойств почвы. Поэтому для понимания особенностей гидротермического режима почвы необходимо исследовать физические свойства.
В связи с развитием точного и адаптивно-ландшафтного земледелия возрастает интерес к исследованию пространственно-временной изменчивости физических свойств, влажности почвы и температуры почвы. Актуальной проблемой является создание методических основ измерения и мониторинга физических свойств и режимов почвы на уровне полипедона. В исследовании гидротермического режима почвы перейти от масштаба почвенного профиля к масштабу сельскохозяйственного участка возможно с помощью методов математического моделирования.

Цель данной работы: изучение физических, теплофизических свойств и закономерностей формирования гидротермического режима почвенного покрова Владимирского ополья.
Задачи:
1. Исследовать пространственные распределения физических свойств, построить карты-схемы пространственного распределения физических свойств почв с учетом критических величин в масштабе сельскохозяйственного ПОЛЯ.
2. Разработать методику последовательного получения гидрофизических характеристик, параметризации и адаптации математической модели, а также педотрансферных функций для расчета режима влажности почв в почвенном покрове (функциональные послойные поля влажности и запасов влаги) для условий основной части (май-август) вегетационного периода года известной влагообеспеченности.
3. Экспериментально получить зависимости температуропроводности от влажности (основная теплофизическая характеристика, ОТХ) для основных почв комплексного почвенного покрова Владимирского ополья, адаптировать модель гидротермического режима почвы. Использовать педотрансферные функции (ПТФ) для расчета ОТХ почв в масштабе почвенного покрова сельскохозяйственного поля.
4. С помощью модели НУГЖиБ и АгсОГБ произвести численные имитационные эксперименты по оценке гидротермического режима комплексного почвенного покрова в масштабе сельскохозяйственного поля.
5. Получить динамические функциональные поверхности температуры почвенного покрова на определенных глубинах и проанализировать влияние теплообеспеченности года на динамику температурного поля почв в течение части вегетационного периода.

параметры аппроксимации. Варианты таких аппроксимационных уравнений были предложены А.Ф. Чудновским (Воронин, 1986), Чангом и Хотоном (1987), П.И. Тихонравовой и Н.Б. Хитровым (2003), Т.А. Архангельской (2004)и др.
Сопоставление среднеквадратичных ошибок аппроксимации экспериментальных к(0) степенной функцией Чудновского, уравнением Тихонравовой-Хитрова полиномиального вида и функцией Архангельской показало, что в случаях равномерного возрастания температуропроводности с влажностью все функции описывают экспериментальные данные с сопоставимой точностью, а в случае 8-образных экспериментальных зависимостей наиболее точной является аппроксимация уравнением Архангельской, наименее точной - степенная (Архангельская, 2008). Функция Архангельской была предложена на основании анализа данным по температуропроводности агросерых почв Владимирского ополья. Эта функция имеет вид:
к = к0 +аехр

где к -температуропроводность при влажности в , м /с; в - объемная влажность почвы, см3/см3; в0, ко, а, Ъ - параметры аппроксимации.
В случае отсутствия экспериментальных данных по теплофизическим свойствам, зависимость Х(0) или к(0) находят расчетным путем по базовым свойствам, используя педотрансферные функции (Герайзаде, 1974; Тихонравова, Хитрова, 2003; Архангельская, 2008 и др.). ПТФ незаменимы при при моделировании температурного поля.
В настоящее время математические модели температурного режима применяются собственно для оценки и прогноза развития температурного поля в почве, а также в качестве вспомогательного температурного блока более сложной модели. Так Т.А. Архангельская (2008) оценила пространственное