Российские исследователи создали новый способ анализа структуры почвы, который окажет помощь сельхозработникам, строителям и экологам.

      Российские исследователи разработали новый метод анализа структуры почвы, который окажет помощь аграриям, строителям и экологам.

      Как сообщается на сайте «наука.рф», российские ученые создали физико-математический метод анализа структуры почвы. Этот метод позволяет исследовать трехмерные изображения почвы и детально описывать ее структуру, а также отслеживать изменения в течение нескольких циклов увлажнения и высыхания. Почва представляет собой сложную экосистему, пронизанную сетью микро-пор, от которых зависит способность почвы насыщаться воздухом, удерживать воду, накапливать минералы и сохранять плодородие. Структура этих пор подвержена изменениям из-за различных внешних факторов. Специалисты из МФТИ в сотрудничестве с коллегами из Почвенного института имени Докучаева РАН отмечают, что это будет способствовать планированию безопасных режимов орошения сельскохозяйственных земель, увеличению урожайности и более точной оценке рисков обрушений при строительстве зданий, дорог и трубопроводов. Ранее ученые могли лишь приблизительно оценивать состояние почвы, основываясь на общей пористости или плотности, что не давало полной картины.

      Сначала исследователи совмещают трехмерные снимки одного и того же образца, полученные на разных этапах — с поля, после полного насыщения водой и после высыхания. Затем они сопоставляют их, чтобы запечатлеть изменения в одном и том же участке. Каждая из полученных карт обрабатывается с помощью трех математических методов. Корреляционные функции показывают общую статистику почвы, включая чередование пор и плотных частиц и расстояние между ними. Поросетевые модели иллюстрируют, как разные участки почвы взаимосвязаны и как свободно могут перемещаться в почве вода и питательные вещества. Персистентная гомология позволяет описать изменения формы и связности пор в цифровом виде. Массив чисел, полученный в результате анализа, приводится к единому знаменателю, преобразуется в векторную систему и вычисляется расстояние между различными состояниями почвы. Таким образом создается детальная карта образца, на которой видно, какие изменения произошли в почве в течение всего цикла увлажнения и высыхания.

      Впервые метод позволил количественно оценить гистерезисное поведение структуры почвы. Выяснилось, что масштаб необратимых изменений напрямую зависит от содержания органического углерода в почве и соотношения глины и песка. В сельском хозяйстве новая разработка поможет выбрать оптимальные режимы полива для поддержания плодородия почвы. В строительстве она позволит точнее оценить устойчивость грунта и риски при возведении дорог, домов и газопроводов. Для экологов и служб мониторинга это станет инструментом ранней диагностики повреждений. В конечном итоге специалисты планируют разработать практические рекомендации, которые лягут в основу новых стандартов оценки качества и устойчивости земель.