Российские исследователи создали новый метод исследования структуры почвы, который окажет помощь аграриям, строителям и экологам.

      Российские ученые разработали новый физико-математический метод анализа структуры почвы, который будет полезен аграриям, строителям и экологам.

      Как сообщает сайт «наука.рф», метод позволяет анализировать трехмерные изображения почвы и детально описывать ее структуру. С его помощью можно отслеживать изменения почвы на протяжении различных циклов намокания и высыхания. Почва представляет собой сложную экосистему с сетью мелких пор, от которых зависит ее способность насыщаться воздухом, удерживать воду, накапливать минералы и быть плодородной. При этом структура пор может изменяться под влиянием внешних факторов.

      Специалисты из МФТИ в сотрудничестве с коллегами из Почвенного института имени Докучаева отмечают, что данное исследование поможет разработать безопасные режимы орошения сельскохозяйственных угодий, увеличить урожайность и более точно оценивать риски обрушений при строительстве зданий, дорог и трубопроводов. Ранее ученые могли лишь приблизительно определять здоровье почвы, опираясь на общую пористость или плотность, чего было недостаточно для полноценного анализа.

      Для работы исследователи совмещают трехмерные снимки одного и того же образца, сделанные на разных стадиях — с поля, полностью напитанного водой, и высохшего. Они сопоставляют данные, чтобы фиксировать изменения одного и того же участка. Каждый снимок подвергается обработке с использованием трех математических методов. Корреляционные функции показывают общую статистику почвы, поросетевые модели иллюстрируют связи между участками почвы и движение воды и питательных веществ, а персистентная гомология описывает изменения формы и связности пор в цифровом формате.

      Полученные данные преобразуются в векторную систему, что позволяет вычислить расстояние между различными состояниями почвы. В результате создается детальная карта образца, на которой видно, какие изменения произошли с почвой в ходе цикла увлажнения и высыхания.

      Метод впервые позволяет численно оценить гистерезисное поведение структуры почвы, и результаты показали, что масштаб необратимых изменений зависит от содержимого органического углерода и соотношения глины и песка.

      В сельском хозяйстве эта разработка поможет определить оптимальные режимы полива для поддержания плодородия почвы. В строительстве она позволит точнее оценивать устойчивость грунта и риски при возведении дорог, зданий и газопроводов. Для экологов и служб мониторинга это станет инструментом ранней диагностики разрушений.

      В конечном итоге специалисты намерены разработать практические рекомендации, которые станут основой для новых стандартов оценки качества и устойчивости земель.