В настоящем исследовании рассматривается структура порового пространства (СПП) агросерых почв (Phaeozem albic) Владимирского ополья на основе трехмерных микротомографических данных. Целью работы являлось выявление закономерностей изменения топологических и морфометрических характеристик СПП в условиях изменения влажностного состояния почвы, а также оценка диагностической значимости чисел Бетти как индикаторов агрофизического состояния почв.
Объектом исследования служили тяжелосуглинистые агропочвы с выраженным уплотненным подпахотным слоем, формирующимся вследствие длительного сельскохозяйственного использования. Методологической основой послужил рентгеновский микротомографический анализ в двух состояниях почвы: воздушно-сухом и увлажненном до состояния наименьшей влагоемкости. Томографические данные были обработаны с использованием программного обеспечения Bruker SkyScan и библиотеки skimage (Python), что позволило вычислить морфологические и топологические характеристики СПП: объем пор, площадь поверхности, интегральную кривизну и характеристику Эйлера-Пуанкаре.
Анализ показал, что увлажнение вызывает уменьшение объема видимых макропор и существенные изменения в топологической организации СПП. Использование чисел Бетти позволило количественно охарактеризовать степень связности порового пространства. Так, при переходе от сухого к влажному состоянию Первое число Бетти (b₁), отражающее число замкнутых каналов (разветвлений), в среднем уменьшалось на 38 % в пахотных горизонтах и на 57 % в уплотненных подпахотных слоях. В то же время Нулевое число Бетти (b₀), связанное с количеством изолированных пор, увеличивалось в агрофизически благоприятных горизонтах и снижалось в переуплотненных слоях, что свидетельствует о различной реакции структуры почвы на увлажнение в зависимости от её физического состояния.
Впервые предложено использовать соотношение чисел Бетти (b₀ в увлажненном состоянии / b₀ в сухом) как томографический диагностический показатель, отражающий уровень физической деградации почвы. Этот показатель демонстрирует сильную корреляцию с плотностью почвы (r = -0.88) и коэффициентом фильтрации (r = 0.94), что подтверждает его агрофизическую значимость.
Таким образом, работа показала, что структура порового пространства агропочв является динамичной и подверженной трансформациям при изменении влажности. Введение топологических характеристик, в частности чисел Бетти, в анализ СПП позволяет более точно оценивать состояние и функциональные свойства почв. Представленные подходы могут быть использованы для диагностики уплотненных слоев, прогнозирования агрофизических изменений и оптимизации агротехники в зонах интенсивного земледелия.