Возможности физико-теоретических методов в экологии почв (на примере моделирования структуры почвенно-климатических ареалов)

Аннотация

Цель исследования. Рассмотреть новые возможности современных физико-теоретических методов решения задач экологии почв, связанных с количественным описанием закономерностей системной организации почвенно-климатических ареалов в зависимости от совместного учёта гидротермических факторов внешней среды и свойств почвенного субстрата.

Методы. Методологический и физико-теоретический анализ экспериментальных и теоретических познавательных процедур, принятых в экологии почв, в частности – используемых понятий, гипотез и идеализаций. Математическое моделирование структуры взаимосвязей между факторами почвообразования.

Основные результаты. Методологический анализ предположений, лежащих в основе количественного определения двух традиционных гидротермических коэффициентов – радиационного индекса сухости (R/LP) и коэффициента увлажнения (P/E₀) даёт основание относить их к краевым (граничным) условиям почвы, определяемым, главным образом, климатическими характеристиками. Это является одной из причин их ограниченной применимости при рассмотрении почвенно-экологических задач, связанных с необходимостью количественного описания взаимосвязей между типами теплового и водного режимов почв и общими климатическими закономерностями их распространения на земной поверхности.

На основе фундаментального принципа аффинного подобия (разновидности общего принципа симметрии) предложены новые, обобщенные переменные R/E^α и P/E^β, в которых испарение почвенной влаги E(R,P), определенное на всем диапазоне изменения средних многолетних климатических характеристик R (радиационного баланса) и Р (осадков), выступает в роли общей системы отсчёта. Специфика гидротермического отклика почвенного субстрата определяется соответствующими структурно-функциональными индексами подобия α и β. Физический смысл новых переменных состоит в том, что они характеризуют полноту использования конкретным почвообразовательным процессом радиационной энергии (α) и осадков (β).  

Заключение. Математическая модель, построенная на функциональной зависимости между обобщенными переменными, позволяет предсказать новые структурно-функциональные закономерности (радиальные и тангенциальные) в системной организации почвенно-климатических ареалов.  По сравнению с климатическими гидро- и терморядами, предложенными В.Р. Волобуевым, структурно-функциональные закономерности лучше описывают экспериментальные данные.