Статьи автора

Высокочастотный СО₂-мониторинг газообмена почвы и растительности с атмосферой для оценки локального углеродного баланса элемента зеленой инфраструктуры

Номер выпуска 5 от 15.05.2025

Актуальная в контексте зеленой повестки Environmental–Social–Governance задача оценки локального углеродного баланса элементов зеленой инфраструктуры может быть успешно решена на базе современных программируемых логгеров с NDIR-технологией детекции СО₂ в воздухе. Основная идея полностью автоматизированного непрерывного мониторинга углеродного газообмена состоит в периодической прокачке атмосферного воздуха через закрытые камеры для почвы и растительности с последующей экспозицией для оценки трендов прироста (эмиссия СО₂) или стока (фотосинтез) диоксида углерода встроенными в камеру СО₂-логгерами. Эта разработка реализована в Серебряноборском опытном лесничестве ИЛАН РАН в г. Москве на примере посадок голубой ели (Picea pungens Engelm.) на окультуренной дерново-подзолистой супесчаной почве. В качестве СО₂-логгеров использовали бюджетные газоанализаторы HT-401/5 (Китай) с регистрацией каждую минуту. Результаты мониторинга выявили сильные изменения растительной и почвенной составляющей С-газообмена с неоднократной в течение года сменой локального углеродного баланса с источника на сток. Эмиссионные углеродные потери почвой в холодный период составили 8%, а растениями – 17% от годовых потоков и не прекращались полностью даже в сильные морозы. Доля брутто-фотосинтеза вечнозеленого растения превышает 15% за счет периодических зимних оттепелей. Несмотря на положительную за год интегральную оценку порядка 100 г С/(м² год), динамика С-баланса имеет сложный колебательный характер с нелинейными реакциями С-потоков на температуру, что девальвирует распространенную оценку по редким измерениям газовых потоков с последующей температурной экстраполяцией.

70 0

Кинетическая оценка способности к биодеградации гельформирующих почвенных кондиционеров в инкубационных экспериментах с инструментальным мониторингом диоксида углерода

Номер выпуска 12 от 01.12.2023

Количественное изучение способности полимерных почвенных кондиционеров к биодеградации необходимо для обоснованного прогноза их устойчивости и функционирования в почвах. Предложен новый методологический подход на базе инструментального оборудования PASCO (США), позволяющего регистрировать непрерывные кинетические кривые эмиссии СО₂ в лабораторных экспериментах по инкубации композитных гельформирующих почвенных кондиционеров. Выявлены несколько характерных типов респирационных кривых и предложены новые физически обоснованные модели для их описания с последующим расчетом периодов полураспада композитных гидрогелей. Впервые показана возможность быстрой биодеградации почвенных кондиционеров – суперабсорбентов влаги на основе полимерной акриловой матрицы, традиционно считающихся не биодеградабельными, при введении в их жидкую фазу биологически активного компостного экстракта. При такой обработке, приближающей лабораторные эксперименты к реальным почвенным условиям, периоды полураспада как известных европейских суперабсорбентов Aquasorb, Zeba, так и российских гидрогелей Aquapastus снижались на порядок от исходных значений 2–6 лет до 0.1–0.3 года. На практике это может негативно сказываться на рентабельности применения таких материалов для кондиционирования почв из-за их быстрого разрушения и потери функциональности. Внедрение ионов серебра в инновационные композитные суперабсорбенты Aquapastus в дозе 0.1% или 10 ppm в набухших гелевых структурах эффективно снижает их биодеградцию, пролонгируя период полураспада до 10 лет и более, что вдвое превышает немецкий стандарт DüMV 05.12.12 к устойчивости полимерных мелиорантов.

36 0

Физически обоснованная термодинамическая модель основной гидрофизической характеристики почв для всего диапазона влажности

Номер выпуска 9 от 15.09.2024

Количественное описание основной гидрофизической характеристики (ОГХ) почв остается одной из наиболее актуальных задач гидрофизики в связи с ее значением для компьютерного моделирования транспорта почвенной влаги и растворенных веществ, а также для развития термодинамической концепции физического качества почвы. Представлена новая модель ОГХ как функциональная зависимость термодинамического потенциала (давления) влаги и ее содержания в почве во всем возможном диапазоне от условно нулевой влажности до полной влагоемкости. В отличие от известных эмпирических аналогов, модель базируется на фундаментальных физических механизмах водоудерживания, комбинирующих капиллярный эффект и расклинивающее давление воды (по Дерягину). Ограничения пористостью (полной влагоемкостью), высотой предельного капиллярного подъема и стандартным термодинамическим потенциалом условно нулевого содержания воды при температуре 105°С используются для обоснования области определения ОГХ, ее точки перегиба и скейлинга. Аналитическое выражение новой модели в форме комбинации экспоненциальной и гиперболической функций с аргументом влажности почвы легко дифференцируется и позволяет рассчитывать по ОГХ дифференциальную влагоемкость, переменную поверхность раздела фаз и распределение пор по размерам с максимумом в точке наименьшей (полевой) влагоемкости, оценивать удельную поверхность твердой фазы. Валидация модели с использованием среднестатистических ОГХ основных генетических типов и текстурных классов некоторых почв Евразии подтверждает ее хорошее соответствие экспериментальным данным при более адекватном описании ОГХ в окрестности условно нулевой влажности почв по сравнению со стандартной эмпирической моделью ван-Генухтена при таком же числе параметров. Фундаментальный характер новой модели и хорошая аппроксимирующая способность для всего диапазона ОГХ создают перспективу ее разнообразного использования для оценки физического качества почвы и процессного моделирования влагопереноса, особенно в тонкодисперсных и сильноиссушаемых аридных почвах, где аппроксимирующие возможности модели превышают известные эмпирические аналоги.

38 0