Основные подходы к моделированию устойчивости почв (обзор)

Об авторах:

Цибульский Владимир Романович, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник, Институт проблем освоения Севера, Тюменский научный центр СО РАН; v-tsib@yandex.ru

Соловьёв Илья Георгиевич, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник, Институт проблем освоения Севера, Тюменский научный центр, Сибирское отделение РАН; solovyev@ikz.ru

Говорков Денис Александрович, кандидат технических наук, старший научный сотрудник, Институт проблем освоения Севера, Тюменский научный центр, Сибирское отделение РАН; dagovorkov@mail.ru

Аннотация:

В статье приведен обзор методов оценки почвенной устойчивости на основе математических моделей системы «почва-фитоценоз». В качестве примера важности таких оценок приведено фрагмент карты почвенной устойчивости из «Национального атласа почв РФ». Под устойчивостью в данном случае понимается способность сохранять свое состояние: состав, структуру при естественном антропогенном воздействии. Даны примеры наиболее распространенных методов и моделей: балльный, индексный, биофизический, термодинамический и физико-химический. В последнем случае рассматривается метод и модель, основанные на теории встреч, на которую в последнее время вновь обратили внимание исследователи, занимающиеся логистическими моделями, сигмоидами. Приведены модели и критерии устойчивости почвенных процессов как в отрыве от биоценозов, так и в комплексе с ними.

Обзор будет интересен и полезен научным сотрудникам, аспирантам и магистрантам соответствующих специальностей. Для специалистов, интересующихся соответствующим программным обеспечением, дана ссылка на обзор по связанной тематике и пакетам программ доступных для применения в исследовательской практике. Обзор в большей степени ориентирован на экосистемную оценку.

Список литературы:

1. Аллэр М. Эффективный потенциал воды при высыхании почвы. Термодинамика почвенной влаги / М. Аллэр; пер. с англ.; под ред. А. М. Глобуса. Л.: Гидромет, 1966. С. 325-358.
2. Афонасьева И. С. Некоторые показатели устойчивости экосистем и их связь с почвенным плодородием на примере сельговых ландшафтов Северо-Западного Приладожья / И. С. Афонасьева, А. С. Федоров // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. М.: Почв. ин-т РАСХН, 2002. С. 341.
3. Белобров В. П. К вопросу об устойчивости структур почвенного покрова / В. П. Белобров // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. М.: Почв. ин-т РАСХН, 2002. С. 13.
4. Болт Г. Термодинамика воды в почве. Термодинамика почвенной влаги / Г. Болт, М. Фрисов; пер. с англ.; под ред. А. М. Глобуса. Л.: Гидромет, 1966. С. 274-301.
5. Бровка Г. П. Тепло- и массоперенос в природных дисперсных системах при промерзании / Г. П. Бровка. Мн.: НавукаIтэхнiка, 1991. 191 с.
6. Вавилевская В. Д. Оценка устойчивости функционирования почв России / В. Д. Вавилевская // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. М.: Почв. ин-т РАСХН, 2002. С. 346.
7. Герасимова М. И. География почв России / М. И. Герасимова. М.: Изд-во МГУ, 2007. 314 с.
8. Глазовская М. А. Геохимия природных и техногенных ландшафтов СССР / М. А. Глазовская. М.: Высш. Шк., 1988. 328 с.
9. Глобус А. М. Физика неизотермического внутрипочвенного влагообмена / А. М. Глобус. Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 176 с.
10. Гречищев С. Е. Основы моделирования криогенных физико-геологических процессов / С. Е. Гречищев, Л. В. Чистотинов, Ю. Л. Шур. М.: Наука, 1984. 232 с.
11. Давлетшина М. Ф. Анализ устойчивости почв методами математического моделирования: автореф. дис. … канд. с.-х. наук / М. Ф. Давлетшина. Уфа, 2003. 24 с.
12. Дерягин Б. В. Смачивающие пленки / Б. В. Дерягин, Н. В. Чураев. М.: Наука, 1984. 160 с.
13. Золотаев И. В. Химическое загрязнение и трансформация почв в районах добычи углеводородного сырья (обзор литературы) / И. В. Золотаев, И. В. Иванов, П. В. Михеев, А. Н. Никонова // Почвоведение. 2015. № 12. С. 1505-1518.
14. Каппер О. Г. Хвойные породы / О. Г. Каппер. М.-Л.: Гослесбумиздат, 1954. 304 с.
15. Керженцев А. С. Механизм функционирования почвы и устойчивость экосистем / А. С. Керженцев. Вестник Российской Академии Наук. Т. 80. № 8. 2010. С. 704-709.
16. Ковда В. А. Биохимия почвенного покрова / В. А. Ковда. М.: Наука, 1985. 264 с.
17. Коломыц Э. Г. Количественная оценка функциональной устойчивости лесных экосистем / Э. Г. Коломыц, Л. С. Шарая // Экология. 2015. № 2. С. 83-94. DOI: 10.7868/S0367059715020067
18. Кондепуди Д. Современная термодинамика. От тепловых двигателей до диссипативных структур / Д. Кондепуди; пер. с англ. И. Пригожин. М.: Мир, 2002. 461 с.
19. Кузнецов В. И. Динамические системы в задачах вычислительной экологии леса / В. И. Кузнецов, Н. И. Козлов, Д. В. Кирьяков, Е. Н. Кирьякова. М.: ПолитбукМультимедиа, 2006. 111 с.
20. Лир X. Физиология древесных растений / X. Лир, Г. Польстер, Г. И. Фидлер. М.: Лесная промышленность, 1974.
21. Накаряков А. В. Концептуальная модель развития профиля почвы / А. В. Накаряков, А. С. Смирнов // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. М.: Почв. ин-т РАСХН, 2002. С. 326.
22. Наумов В. Д. Причины нарушения устойчивости почвообразовательных процессов в таежно-лесной зоне при антропогенных воздействиях / В. Д. Наумов, В. И. Савич, Х. А. Амергужин, Ю. А. Юркина // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. М.: Почв. ин-т РАСХН, 2002. С. 324.
23. Полынов Б. Б. Избранные труды / Б. Б. Полынов. М.: Изд-во АН СССР, 1956. 752 с.
24. Росновский И. Н. Внешние воздействия и типы устойчивости почв / И. Н. Росновский, С. Г. Конысов // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. М.: Почв. ин-т РАСХН, 2002. С. 11-12.
25. Рыжова И. М. Анализ устойчивости почв на основе теории нелинейных динамических систем / И. М. Рыжова // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. М.: Почв. ин-т РАСХН, 2002. С. 79.
26. Сапожников А. П. О диагностике устойчивости лесных почв / А. П. Сапожников // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. М.: Почв. ин-т РАСХН, 2002. С. 95–96.
27. Свирежев Ю. М. Нелинейные волны, диссипативные структуры и катастрофы в экологии / Ю. М. Свирежев. М.: Наука, 1987. 368 с.
28. Свирежев Ю. М. Устойчивость биологических сообществ / Ю. М. Свирежев, Д. О. Логофет. М.: Наука, 1978. 352 с.
29. Свирежев Ю. М. Устойчивость и сложность математической экологии / Ю. М. Свирежев // Устойчивость геосистем. М.: Наука, 1983. С. 41–50.
30. Смагин А. В. Моделирование динамики органического вещества почв / А. В. Смагин, Н. Б. Садовникова, М. В. Смагина и др. М.: Изд-во МГУ, 2001. 120 с.
31. Смагин А. В. Триггерные режимы функционирования и устойчивость динамических биокосных систем / А. В. Смагин // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. М.: Почв. ин-т РАСХН, 2002. С. 78.
32. Спозито Г. Термодинамика почвенных растворов / Г. Спозито. Л.: Гидрометеоиздат, 1984. 240 с.
33. Теория активных столкновений // УТТП — инженерный ресурс. URL: http://corrosion.su/the_theory_of_active_collision/php/
34. Термодинамические аспекты механики мерзлых грунтов: сб. науч. тр. / под ред. С. С. Вялова. М.: Наука, 1988. 104 с.
35. Углов В. А. Нелинейная биодинамика (к постановке нового направления в изучении динамики и устойчивости процессов массо-энергопереноса в системах «почва — биоценоз») / В. А. Углов // Устойчивость почв к естественным и антропогенным воздействиям. М.: Почв. ин-т РАСХН, 2002. С. 80.
36. Цибульский В. Р. Восстановление возраста и кривых прироста в древесно-кольцевых хронологиях хвойных пород севера Западной Сибири / В. Р. Цибульский, А. А. Коновалов, С. П. Арефьев // Вестник Тюменского государственного университета. Экология и природопользование. 2016. Т. 2. № 3. С. 59-70. DOI: 10.21684/2411-7927-2016-2-3-59-70
37. Цибульский В. Р. Природная среда Ямала / В. Р. Цибульский, Э. И. Валеева, С. П. Арефьев и др. Т. 1. Тюмень: Институт проблем освоения Севера СО РАН, 1995. 168 с.
38. Цибульский В. Р. Сравнительный анализ динамики древесно-кольцевых хронологий из разных пунктов на севере Западной Сибири / В. Р. Цибульский, С. П. Арефьев // Вестник кибернетики. 2015. № 1. С. 30-37.
39. Цибульский В. Р. Термодинамические основы саморегуляции и управления состоянием массива мерзлого грунта / В. Р. Цибульский // Труды междунар. симп. «Геокриологические исследования в Арктических районах». Ямбург, 1989 г. Тюмень: Ротапринт НИПИ КБС, 1990. Вып. III и II. С. 3-12.
40. Черкашин А. К. Теория и методы моделирования естественной и антропогенной динамики геосистем: автореф. дис. … д-р геогр. наук / А. К. Черкашин. Иркутск, 1993. 36 с.
41. Швецов П. Ф. Физическая геокриология / П. Ф. Швецов, В. П. Ковальков. М.: Наука, 1986. 176 с.
42. Шеин Е. В. Курс физики почв / Е. В. Шеин. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с.
43. Шеин Е. В. Математические физически обоснованные модели в почвоведении: история развития, современное состояние, проблемы и перспективы (аналитический обзор) / Е. В. Шеин // Почвоведение. 2015. № 7. С. 816-823. DOI: 10.7868/S0032180X15070096
44. Шоба С. А. Национальный атлас Российской Федерации / С. А. Шоба, Г. В. Добровольский и др. М.: Астрель, 2011. 632 с.
45. Шугалей Л. С. Устойчивость почв лесостепи и южной тайги Средней Сибири к экзогенным воздействиям / Л. С. Шугалей // Почвоведение. Вестник КрасГУ. 2009. № 9. С. 66-77.