ИСТИНА

Фундаментальные гидрологические характеристики почв являются центральными свойствами в почвенной гидрофизике, определяющими поведение влаги в почве и в почвенном покрове. Большинство из них, такие как основная гидрофизическая характеристика почв и почвенно-гидрологические константы, определяются методами равновесной термодинамики, однако их использование при исследовании переноса влаги и веществ, в том числе и при применении методов математического моделирования, сопряжено со сложностями, обусловленными такими свойствами почв, как пространственно-временная неоднородность почв, вертикальная текстурная дифференцированность почв, наличие макропористости, приводящих к формированию преимущественных потоков почвенной влаги латеральной и вертикальной направленности. В настоящее время в условиях роста площадей антропогенно-измененных почв, зачастую имеющих выраженную слоистость почвенного профиля, содержащих загрязняющие вещества в своем составе, ведет к необходимости обоснования использования фундаментальных гидрологических характеристик почв. Наряду с классическими методами равновесной термодинамики активно развиваются новые подходы и методы по изучению удержания и переноса влаги в почвах, которые также будут применены в данном проекте: методы получения параметров массопереноса на основе выходных кривых различных веществ, методы меток в полевых и лабораторных исследованиях. Одной из фундаментальных задач исследования будет нахождение функциональной взаимосвязи между основной гидрофизической характеристикой почв являющейся равновесной кривой водоудерживания, и выходными кривыми ионов, определяемых в динамических условиях передвижения влаги. В работе также будут проведены исследования влияния загрязняющих веществ на сорбционную и транспортную способность почв. Объектами исследования послужат почвы разных почвенно-климатических зон, будут применены методы математического моделирования прогноза водного режима почв.

Важными научными результатами проекты должно явиться следующее: 1) Определение фундаментальных гидрологических характеристик (основные гидрофизические характеристики, почвенно-гидрологические константы, водопроницаемость, выходные кривые ионов) для текстурно-дифференцированных, макропористых и антропогенно-измененных почв. Научное обоснование особенностей экспериментальных гидрологических характеристик почв. 2) Определение взаимосвязи гидрологических свойств почв: динамических характеристик (выходных кривых ионов и веществ и параметров их аппроксимации) и статических равновесных (кривых водоудерживания – основных гидрофизических характеристик и почвенно-гидрологических констант). 3) Обнаружение влияния особенностей строения почв (слоистость, макропористость), загрязнение почв нефтепродуктами на водный режим почв методом прогнозного математического моделирования. 4) Методические разработки и рекомендации по определению гидрологических и гидрохимических свойств почв для различных условий (полевых и лабораторных), размеров образца/объекта, нарушенности или целостности почвенной архитектуры и структуры (насыпные образцы и монолиты), влияние начальных условий и условий на границах почвенного профиля. В 2016 году предполагается получить следующие данные и результаты. 1) В 2016 году будут подобраны и смоделированы почвенные объекты. Подбор объектов будет осуществлен с учетом поставленных задач и особенностями почвенно-климатической зоны. При выборе объектов, в том числе, планируется руководствоваться и близостью расположения метеорологических станций и обсерваторий. На выбранных объектах будут проведены определения базовых характеристик почв. Это явится основой для дальнейших экспериментальных работ и позволит учесть особенности функционирования почв при построении прогнозных моделей водного режима. 2) В полевых условиях в 2012 году были созданы оригинальные почвенные конструкции разного строения, состоящие из трех горизонтов: Апах урбанозема, песок и торф низинный обогащенный. Каждый почвенный горизонт перед созданием площадок тщательно гомогенизировался (перемешивался) для максимального снижения пространственной неоднородности почвенных свойств. Экспериментальные площадки, площадью 50х50 см находятся в абсолютно идентичных климатических и погодных условиях, имеют одинаковые условия на верхней и нижней границах профиля, подвергаются одинаковым агротехническим мероприятиям. Разница между вариантами в водном режиме почв обусловлена только строением почвенных профилей. Кроме того, в 2015 году были созданы дополнительные почвенные конструкции большего размера. На данных площадках предполагается изучение влияния слоистости почв на гидрологические параметры почв, для чего на них будут установлены ртутные тензиометры, отличающиеся высокой надежностью и точностью измерений для получения нижней части ОГХ. На данных площадках планируется и исследование влияния нефтепродуктов на гидрофизические свойства почв. Рабочей гипотезой является получение данных о снижении водоудерживающей способности при увеличении гидрофобности твердой фазы почв, изменении значений почвенно-гидрологических констант, уменьшение доступности почвенной влаги. 3) В лабораторных условиях будут смоделированы оригинальные почвенные модели (почвенные колонки) (1) разной степени дифференцированности и последовательности расположения почвенных горизонтов, (2) насыпные варианты почвенных колонок и монолиты с разной макропористостью; (3) почвенные колонки, загрязненные углеводородами нефтепродуктов. Почвенные колонки будут использованы для получения выходных кривых ионов, некоторых почвенно-гидрологических констант, коэффициентов фильтрации и параметров массопереноса (гидродинамической дисперсии и шага смешения). 4) Также в лабораторных условиях в первый год исследования будут начаты работы по изучению влияния загрязнения углеводородами нефтепродуктов на основную гидрофизическую характеристику почв и значения почвенно-гидрологических констант.

Гидрологические характеристики почв являются важнейшими показателями особенностей функционирования почв и обеспечивают оценку водоудерживающей, влагопроводящей, сорбционной, миграционной, теплопроводящей способностей почв. Они во многом определяются особенностями строения почв и характеристиками порового пространства. Было уделено особое внимание подбору объектов, которые включили: почвы зонального ряда, имеющие свои особенности свойств и режимов, обусловленные природно-климатической зоной, почвы с выраженной естественной и антропогенно-созданной дифференцированностью почвенного профиля и загрязненные почвы. Были выбраны следующие варианты почв: (1) Тундрово-глеевые почв республики Коми, подвергнувшихся разным методам рекультивации после разлива нефти. Обоснование выбора: данный вариант интересен с двух позиций – как почва, имеющая естественную высокую степень текстурной дифференцированности профиля и содержащая остаточные количества нефтепродуктов. (2) Дерново-подзолистые почвы Московской области (Пушкинский район, с. Ельдигино). Обоснование: зональный тип почв с выраженной естественной дифференцированностью почвенного профиля. Выбраны варианты пахотной почвы и старопахотной под лесом. (3) Урбаноземы и конструктоземы г. Москвы. Они представлены вариантами с высокой и слабой выраженностью текстурной дифференциации и почвами, загрязненными городской пылью. (4) Черноземы выщелоченные слитые сверхмощные глинистые на делювиальных глинах республики Адыгея. Обоснование: данные почвы имеют выраженную трещиноватость в летние периоды, также представлены вариантами под пашней и лесом.(5) Бурые леcные кислые суглинистые на щебнистых элювиально-деллювиальных суглинках Черноморского побережья Краснодарского края, имеющие различную водопроницаемость и степень выраженности вертикальных и латеральных потоков влаги. Данные почвы также исследовались в двух вариантах землепользования. (6). Желтоземы Краснодарского края. Обоснование: почвы, приуроченные к локальным понижениям и имеющие слабо выраженную дифференцированность профиля. В 2016 г был разработан алгоритм полевых и лабораторных исследований, подобраны методы исследования, разработан, модифицированы и апробированы и предложены некоторые оригинальные методы исследования переноса влаги и веществ в лабораторных условиях, по экспериментальному определению влагозавядания растений, исследованию влияния загрязнения на водоудерживание и влагопроводность почв. В 2016 г. были проведены исследования ряда физических свойств подобранных почвенных объектов – для тундрово-глеевых почв, конструктоземов Москвы, дерново-подзолистых почв Московской области, слитых черноземов республики Адыгея, бурых лесных и желтоземов Краснодарского края определены профильные распределения плотности почв, коэффициента фильтрации, отобраны почвенные насыпные образцы и монолиты. Ведется съемка основной гидрофизический функции и выходных кривых. Было проведено исследование массопереноса в тундрово-глеевых почвах методом получения выходных кривых, показавших о взаимосвязь динамических (выходные кривые) и статических (кривые водоудерживания) характеристик порового пространства для почв легкого гранулометрического состава. На почвах разного генезиса (песок, низинный торф, горизонт Апах урбанозема г. Москвы) были получены кривые водоудерживания, выявившие снижение доступности влаги для растений при загрязнении городской пылью за счет гидрофобизации поверхности почв. Это может привести к формированию латеральных потоков влаги без увлажнения корнеобитаемого слоя и, вследствие этого, к угнетению растительного покрова, образованию открытых участков поверхности загрязненных почв и ухудшению экологической обстановке в городе Экспериментальное определение влагозавядания показало закономерно низкие величины, характерные для песка, и высокие - для торфа . Наиболее чувствительными к недостатку влаги являются проростки овса, а наиболее засухоустойчивыми – подсолнечника, наименее устойчива к токсическому воздействию городской пыли горчица.