Изучение зависимостей гидрологических свойств почвы (ГСП) от её структуры обусловлено постоянно растущей потребностью в пространственно-разрешенных параметрах почвы и ограничениями используемых в настоящее время педотрансферных функциях (ПТФ), которые не учитывают структуру почвы и не имеют информации о масштабе модификаций ГСП. Целью исследований является оценка характеристики структуры почвы и её гидрологических свойств с помощью вегетационных индексов. В первую очередь определяются функциональные взаимосвязи между ГСП и растительным покровом в различных типах почв и биомах, что позволяет охарактеризовать влияние структуры почвы на ГСП с использованием показателей растительности в качестве аналогов. Данные взаимосвязи могут быть непосредственно использованы для коррекции почвенных гидрологических свойств из традиционных функций педотрансфера (ПТФ). Влияние структуры почвы на гидрологическую реакцию (с точки зрения разделения стока-инфильтрации) количественно оценивается от точки до масштаба ячейки для оценки соответствующих масштабу модификаций ГСП с учетом влияния пространственных неоднородностей на усредненную по площади гидрологическую реакцию. В исследованиях анализируется эффективная скорость инфильтрации (i) в зависимости от количества осадков для различных уровней растительного покрова, для чего применяются карты почвенного и растительного покрова с высоким разрешением. Это обеспечивает устранение ограничений ПТФ и предложение в качестве основы для включения эффектов структуры почвы, основанных на растительности и почвенных структурах в различных масштабах. В то же время осуществляется игнорирование относительно ограниченных эффектов абиотических процессов (сокращение трещин и замерзание-оттаивание). Далее проводится оценка биологической активности, стимулируемой растительностью, как основного фактора структуры почвы. В ходе работ систематизированы связи между растительностью и структурой почвы и оценено их потенциальное влияние на поверхностную гидрологию. Определено первичное влияние биологически индуцированной макропористости почвы (наличие корней) на изменение гидравлической проводимости почвы в условиях, близких к насыщенным, в то время как влияние на другие параметры кривой удержания грунта считается относительно незначительным. Это позволяет сосредоточиться на изменении структуры почвы, насыщенной гидравлической проводимости почвы и связанных с этим гидрологических реакциях ландшафта, таких как распределение осадков на инфильтрацию и сток. Для практической реализации без полного механистического моделирования влияния растительности на структуру почвы предложена математическая модель для аппроксимации влияния структуры на насыщенную гидравлическую проводимость почвы. Для количественной оценки усредненной по площади реакции более крупных областей с учетом неоднородности растительности и почвы и оценки влияния пространственного расположения подсетки получено выражение для усредненной по площади скорости инфильтрации «iss», когда капиллярное влияние уменьшается и скорость инфильтрации достигает состояния, близкого к установившемуся. Предложенная модель позволяет напрямую использовать информацию о почве и растительности для модификации ГСП, полученных с помощью ПТФ, а также давать рекомендации по параметризации, учитывающей статистическое описание изменчивости подсетки исходных параметров почвы и атрибутов растительности. Исследование может стать первым шагом на пути к созданию будущих пространственно информированных и соответствующих масштабу малых и средних предприятий, которые интегрируют свойства почвы с растительностью и другими атрибутами ландшафта, включая их пространственную организацию в виде подсетки. Полученные результаты являются основой для включения эффектов структуры почвы, учитывающих растительность, в параметризацию ГСП. В то же время необходим анализ других функциональных характеристик (например, топографии, пространственной изменчивости осадков) для установления более полных причинно-следственных связей между атрибутами ландшафта и неоднородностями в физических свойствах почвы.
Источник финансирования: Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (соглашение № 075-15-2024-545 от 24.04.2024 г.).
