Структурно-функциональная организация почв как динамических биокосных систем

• Автор: Смагин, Андрей Валентинович
• Шифр специальности: 03.00.27
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 430 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. КОНЦЕПТУАЛЬНОМЕТОДОЛОГИЧЕСКАЯ БАЗА, ОБЪЕКТЫ И

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1.Понятие, структура и специфика динамических биокосных систем биогсофизичсскос направление предмет, задачи, исторические основы.

1.2. Принципы количественного описания физических систем

1.2.1. Показатели состояния и динамики бнокосиых систем термодинамический и кинетический подходы к их описанию.
1.2.2. Базовая кинетическая модель, устойчивость и потенциальные режимы функционирования динамических биокосных систем.

1.3. Характеристика объектов и методов исследования.

1.3.1.Стационарные и мониторинговые полевые объекты исследования

1.3.2. Лабораторные объекты исследования

1.3.3. Методы исследования и методические разработки
2. ДИНАМИКА ОРГАНИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА И ПРОЦЕССЫ ОРГАНИЗАЦИИ В БИОКОСНЫХ СИСТЕМАХ.
2.1. Значение органического вещества в структурнофункциональной организации почв
2.2 .Исследование биогенной организации почв долинных сосновых БГЦ
2.3. Экспериментальные исследования поступления и трансформации органического вещества в биокосных
системах
2.3.1. Количественные показатели и методические аспекты изучения трансформации почвенного органического вещества
2.3.2. Экспериментальные исследования трансформации органического вещества в лесных, степных и болотных экосистемах.
2.4. Моделирование динамики органического вещества и структурнофункциональной организации биокосных систем.
2.4.1 Линейные кинетические модели, стационарные квазиравновссныс режимы функционирования и внешняя организация динамических биокосных систем.
2.4.3. Нелинейные кинетические модели, триггерные и колебательные режимы
функционирования, самоорганизация динамических биокосных систем
3. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ГАЗОВАЯ ФУНКЦИЯ ПОЧВ
3.1. Глобальная роль почв в регуляции состава и состояния атмосферы и ее количественное изучение аналитический обзор проблемы .
3.2. Инструментальные методы исследования газовой фазы почв
3.2.1. Анализ содержания макрокомпонентов почвенного воздуха с помошыо
портативного газоанализатора ПГА7.
3.2.2.Определение дыхания почвы методом закрытых камер с помощью портативного газоанализатора ПГА
3.2.3. Лабораторный метод определения эффективного коэффициента диффузии газов в почве.
3.2.4. Полевой метод определения эффективного коэффициента диффузии газов в почве.
3.2.5. Методы оценки генерирования поглощения газов почвой в закрытых сосудах.
3.3. Физическое состояние и динамика газообразных веществ в почвах как биокосных трехфазных системах.
3.3.1. Основные показатели состояния газовой фазы почв
3.3.2. Абиогенные источники и стоки газообразных веществ, модели межфазных взаимодействий в почвах
3.3.3. Биогенные источники и стоки газообразных веществ, связь газовой функции с динамикой органического вещества почв
3.3.4. Распределение, физические механизмы и модели массопсрсноса газов и паров в почвах.
3.3.5. Кинетические модели динамики макро и микрокомпонентов газовой фазы почв.
3.4. Экспериментальные исследования и моделирование газовой функции почв
как динамических биокосных систем
4. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ, КРИТЕРИИ И МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ФИЗИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ПОЧВ КАК ДИНАМИЧЕСКИХ БИОКОСНЫХ СИСТЕМ.
4.1. Понятие, количественные показатели физического состояния почв и методические подходы к его изучению.
4.2. Инструментальные методы оценки физического состояния почв
4.2.1. Газохроматографический метод определения изотерм сорбции и эффективной удельной поверхности в почвах.
4.2.2. Метод равновесного центрифугирования для определения основной гидрофизической характеристики и функции влагопроводности почв.0.
4.3. Современная термодинамическая концепция физического состояния почв. .1.
4.4. Теоретический анализ межфазных взаимодействий, роль энергетических барьеров и сил молекулярной природы в формировании структуры и водоудерживающей способности почв5.
4.5. Экспериментальные исследования роли органического вещества в
формировании и поддержании физического состояния и водоудерживающей способности почв.0.
4.5.1. Исследование воздействия органического вещества на структурную организацию лесных почв легкого гранулометрического состава.
4.5.2. Исследование воздействия органического вещества на водоудерживающую
способность почв
4.6. Разработка почвенных конструкций
озеленяемых городских территорий на примере эмирата Дубай
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Например, для компонентов газовой фазы почвенной физической системы уравнение 1. Выражение 1. Другой пример касается межфазных взаимодействий. С,2 концентрации в фазах 1,2, Кг константа межфазного равновесия. Уравнение 1. Так, в жидкой фазе потенциал растворенного компонента выражается через его активность уравнение 1. С, К. С,аС8, 1. Величина аК,КТМ постоянна при данной температуре и носит название растворимости газа. В качестве третьего примера рассмотрим химическое равновесие. Л.2 исходный реагент и продукт реакции, У стехиометрические коэффициенты. Определим но уравнению 1. Величина К постоянна в данных термодинамических условиях и носит название константы равновесия химической реакции. Для более сложных реакций с участием нескольких веществ С активностями И стехиометрическими коэффициентами V справедливо следующее общее уравнение термодинамического равновесного состояния
К V, 1. П оператор произведения. Переходя от активностей к равновесным концентрациям, можно оценить по аналогии с межфазным равновесием распределение веществ в процессе химической реакции. Лр0ДСКТ1пК 1. Поскольку для многих веществ величина Дв0 известна и приводится в специальных термодинамических справочниках, ее удобно использовать для расчетов констант равновесии и термодинамической устойчивости. Дв0 ДОV . Джмоль, воды 7,1 кДжмоль, Н4БЮ4 ,0 кД жм о ль, гнббсита ,9 кДжмоль. Общее изменение свободной энергии ДО2,0 2,9 1 ,4 ,1,1 кДжмоль. Так как ДС0 реакция в стандартных условиях термодинамически невыгодна, поскольку требует затрат энергии, и смесь каолинита с водой устойчива. То же следует из анализа константы равновесия реакции. Подставляя величину ДО0 в уравнение 1. К2,ЗК, получаем КЮ. Отсюда следует, что равновесие сильно сдвинуто влево и равновесные концентрации исходных веществ на порядков превышают таковые для продуктов реакции. Осуществление такой реакции требует либо смены термодинамических условий Т, Р, либо затрат энергии, поступающей извне, например, из биоценоза микробоценоза при биогеохимическом выветривании. Количественный аппарат равновесной термодинамики активно исследуется в физике и химии почв при описании сорбционных процессов, других вариантов межфазных взаимодействий, оценки химических равновесий. Он хорошо удовлетворяет результатам лабораторных экспериментов над изолированными мертвыми органоминеральными телами. Однако, для описания функционирования живой открытой биокосной системы в целом равновесные подходы не применимы, поскольку состояние термодинамического равновесия означает смерть для живого. Биокосные системы суть неравновесные открытые системы. Их существование поддерживается благодаря постоянному обмену веществом и энергией с окружающей средой. Сама но себе система, как любой физический объект, стремится спонтанно занять состояние термодинамического равновесия, и лишь деятельность живых организмов целенаправленно препятствует этому, борясь с повышением энтропии как внутри себя, так и в ближайшем окружении. Например, для многих организмов свойственна терморегуляция поддержание температуры тела на определенном постоянном уровне. Такие живые вещества неравновесны по отношению к окружающей среде по критерию теплообмена их температура практически всегда не совпадает с температурой окружающей среды. Неравновесность по отношению к веществу заложена самой структурой организмов, в которых концентрируются жизненно важные элементы и их соединения и удерживаются в телах, пока они существуют. Аналогичным образом поддерживается нсравновесность и упорядоченность в ближайшем окружении организмов в биокоенмх системах. Концентрация веществ и энергии здесь осуществляется трудами не одного, а множества поколений организмов, и не исчезает при отмирании сиюминутных владельцев этого достояния, дома. Подобно социальным богатствам, природные дома почвы, биогеоценозы наследуются из поколения в поколение, приумножаются и обеспечивают жизнь на планете. Их количественное описание требует иных, не равновесных подходов, речь о которых будет идти далее.