Моделирование режима калия в системе "почва-растение"

• Автор: Карпинец, Татьяна Викторовна
• Шифр специальности: 06.01.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Курск
• Количество страниц: 316 с.

СОДЕРЖАНИЕ
Содержание
Введение
I. Теоретические и методологические предпосылки использования теории самоорганизации для моделирования калийного режима в системе «почва-растение»
1.1. Теория самоорганизации как возможный
методологический подход к созданию моделей природных систем
1.2. Самоорганизация режима калия в системе
«почва-растение»
II. Методика проведения исследований и обобщения экспериментальных данных для калибровки и апробации моделей
III. Концепция самоорганизации калийного режима почвы и ее и практическое использование
3.1. Модель трансформации форм калия в почве и
ее качественный анализ
3.2. Устойчивые стационарные содержания форм калия в почве и их количественная оценка на примере черноземов
3.3. Прогноз многолетних изменений подвижных форм калия в почвах
3.4. Способ снижения перехода радиоцезия в продукцию растениеводства на основе использования эффекта блокирования
3.5. Количественная оценка процессов фиксации и высвобождения калия при вегетации сельскохозяйственных культур
IV. Моделирование влияния калийных удобрений на рост
сельскохозяйственных культур и изменение форм почвенного калия
4.1. Модель калийного режима в системе «почва-
растение»
4.2. Апробация модели по данным многолетних полевых экспериментов
4.3. Компьютерная программа для моделирования влияния калийных удобрений на рост сельскохозяйственных культур и изменение форм почвенного калия в агроландшафте
.V. Научно-методические подходы к регулированию
плодородия почв по соотношению между
подвижными формами фосфора и калия
5.1. Модель взаимодействия доступных форм фосфора и калия при формировании урожая сельскохозяйственных культур
5.2. Оценка оптимального соотношения подвижных фосфора и калия по результатам многолетних полевых опытов (на примере черноземов)
5.3. Способ регулирования плодородия почв по соотношению между подвижными формами фосфора и калия
5.4. Система агрохимических приемов управления
плодородием почв по содержанию подвижных форм фосфора и калия
5.5. Группировка почв Курской области по соотношению подвижных форм фосфора и калия
VI. Моделирование системы удобрения на ландшафтной
основе
6.1. Принципы и методические подходы построения систем удобрения в севообороте на ландшафтной основе
6.2. Модель систем удобрения в агроландшафте
6.3. Автоматизированная система управления плодородием почв и продуктивностью сельскохозяйственных культур (АСУ 1III) для персональных компьютеров
Выводы
Литература
Приложения

ВВЕДЕНИЕ
Важным условием эффективного управления агроэкосистемой на ландшафтно-экологической основе является использование ее адекватной математической модели, составными частями которой являются модели режимов основных питательных элементов, в том числе режим калия. Роль этого режима в оптимизации минерального питания культур проявляется все более отчетливо по мере интенсификации сельскохозяйственного производства, причем даже на таких богатых в отношении калия почвах, какими являются черноземы (Лигум С.Т., 1978, Прокошев В.В., 1984, Ми-неев В.Г., 1986, Державин Л.М., 1987).
Усилиями наших и зарубежных ученых (Пчелкин В.У., 1966, Горбунов Н.И., 1978, Ониани О.Г., 1981, Соколова Т.А., 1980, Прокошев В.В., 1984, Шафран С.А., 1984 и др.,Arnold P.W., 1962, 1970, Diest А., 1978, Sparks D.L., 1980, 1987, Tributh H., 1981, 1987, Mengel К., Kirkby E.A., 1985 и др.) накоплен значительный экспериментальный и теоретический материал в отношении трансформации калия в системе «почва-растение». Это делает особенно актуальным разработку моделей, которые позволяют представить эту информацию в форме математических уравнений и создать на их основе вычислительные алгоритмы и программы по прогнозированию изменений режима калия в агроэкосистеме в различных внешних условиях. Современные информационные технологии делают такие программы доступными для широкого научного и практического использования. С их помощью появляется возможность заменить дорогостоящие натурные эксперименты проведением вычислительных экспериментов и существенно упростить управление режимом калия в агроэкосистемах. Посредством моделирования можно не только математически описывать уже известные положения, но также устанавливать новые теоретические зако-

представить, как происходит его саморегуляция. Схема модели изображена на рисунка 1.2.7. Каждый из основных резервов почвенного калия на этом рисунке представлен сосудом соответствующего размера (пропорционально резерву), сделанного из материала, эластичность которого характеризует способность сосуда к увеличению размера, то есть к увеличению резерва калия, а также темпы этого увеличения. Чем толще стенка сосуда на рисунке, тем меньше ее эластичность, а, следовательно, меньше способность к увеличению этого резерва калия и ниже темпы его изменения. Наибольшей эластичностью обладает стенка сосуда непосредственного резерва калия (сосуд 1). Размер его может легко увеличиваться или уменьшаться при поступлении и выносе калия извне и изменения эти происходят очень быстро. Менее эластична стенка сосуда ближнего резерва (фиксированные формы - сосуд 2). Темпы изменения этого резерва калия значительно ниже. Стенка сосуда потенциального резерва (минеральные формы - сосуд 3) очень жесткая. Этот резерв калия практически не увеличивается в размере, а только уменьшается, поэтому возможен поток калия только из этого резерва, но не обратно.
Сосуды соединяются между собой трубами разного диаметра, образуя единую сообщающуюся систему, что обеспечивает потоки элемента между ними, соответствующие диаметрам труб. Наиболее интенсивные потоки (в обе стороны) имеют место между непосредственным резервом калия и его фиксированными формами. Очень медленные потоки характеризуют высвобождения минерального калия в фиксированные формы или почвенный раствор. Вынос калия и процесс выщелачивания обозначены на схеме фонтанами соответствующих размеров из отверстий сосуда непосредственного резерва.
Рассмотрим, как реагирует предлагаемая физическая модель системы на внесение калийных удобрений. Поступление калия с удобрениями происходит в почвенный раствор, что значительно и достаточно быстро изменяет размеры сосуда 1 непосредственного резерва. Вместе с тем, это