Математическая модель сорбции паров воды почвами с линейным источником-стоком

Рассмотрено  обобщение  математической  модели  сорбции  паров  воды  почвами  агроландшафта в случае нестационарного линейного источника-стока, присутствующего в почвенной системе. Проблема изучения динамики сорбционного процесса – объемной влажности почвы агроландшафта – формализована задачей с начальным условием для неоднородного уравнения  Риккати  с  линейной  правой  частью,  интегрирование  которого  не  является  тривиальной задачей. В отличие от классической модели М. Гризмера сорбции водяных паров почвами и рассмотренной ранее авторами сорбционной модели со стационарным источником введение в модель нестационарной функции источника-стока существенно усложнило задачу интегрирования уравнения модели и исследования сорбционной модели, потребовало привлечения методов аналитической теории дифференциальных уравнений, но увеличило многообразие режимов течения моделируемого процесса и расширило возможности управления этим процессом. Методами аналитической теории дифференциальных уравнений найдено решение модельной задачи, с помощью которого была произведена оценка динамики основного показателя сорбционного процесса – объемной влажности почвы. В результате математического анализа динамики процесса сорбции установлено, что все многообразие теоретически возможных режимов течения моделируемого сорбционного процесса формируется в зависимости от значений двух основных регулируемых параметров модели – коэффициента отношения постоянной начальной влажности к постоянной равновесной влажности и углового коэффициента линейной функции источника-стока. С помощью варьирования этих параметров появляется возможность управлять  изучаемым  процессом:  моделировать  сорбционный  процесс  в  режиме  интенсивного увлажнения почвы, в режиме критического иссушения почвы, в стационарном режиме и др. Результаты исследований могут быть применены для дальнейших исследований динамики влажности в профиле текстурно-дифференцированных мелиорируемых почв.

1. Федоров Ю.И., Павлидис В.Д. Пограничные случаи модели сорбции паров воды почвами с функцией источника-стока // Сибирский вестник сельскохозяйственной науки. 2024. Т. 54. № 10 (311). С. 5–12. DOI: 10.26898/0370-8799-2024-10-1.

2. Федоров Ю.И., Павлидис В.Д., Чкалова М.В. Неклассическая кинетическая математическая модель адсорбции паров воды почвами // Агрофизика. 2023. № 1. С. 57–63. DOI: 10.25695/AGRPH.2023.01.08.

3. Смагин А.В., Садовникова Н.Б. Температурный фактор водоудерживающей способности почв // Почвоведение. 2022. № 11. С. 1378– 1390. DOI: 10.31857/S0032180X22110120.

4. Кононенко О.В. Оценка динамики изменений температурных и влажностных факторов продуктивности, роста и развития полевых культур по земледельческой территории РФ // Агрофизика. 2021. № 4. С. 19–27. DOI: 10.25695/AGRPH.2021.04.04.

5. Любимова И.Н. Возможные изменения почв сухостепной зоны в связи с глобальным изменением климата // Почвоведение. 2022. № 10. С. 1301–1309. DOI: 10.31857/S0032180X22100112.

6. Шеин Е.В., Болотов А.Г., Дембовецкий А.В. Гидрология почв агроландшафтов: количественное описание, методы исследования, обеспеченность почвенных запасов влаги // Почвоведение. 2021. Т. 55. № 9. С. 1076– 1084. DOI: 10.31857/S0032180X21090070.

7. Доброхотов А.В., Романов Г.П., Козырева Л.В. Исследование взаимосвязи гидротермических условий почвы с комплексными характеристиками энергомассообмена в системе «почва – растение – приземный слой воздуха» // Агрофизика. 2020. № 1. С. 45–51. DOI: 10.25695/AGRPH.2020.01.07.

8. Терлеев В.В., Гиневский Р.С., Лазарев В.А. Функциональное представление водоудерживающей способности и относительной гидравлической проводимости почвы с учетом гистерезиса // Почвоведение. 2021. № 6. С. 715–724. DOI: 10.31857/S0032180X21060149.

9. Смирнова М.А., Козлов Д.Н. Почвенные свойства как индикаторы параметров вод ного режима почв (обзор) // Почвоведение. 2023. № 3. С. 353–369. DOI: 10.31857/S0032180X22601037.

10. Кудеяров В.Н. Почвенное дыхание и секвестрация углерода (обзор) // Почвоведение. 2023. № 9. С. 1011–1022. DOI: 10.31857/S0032180X23990017.

11. Lopez-Canfin C., Sánchez-Cañete E.P., Lázaro R. Water vapor adsorption by dry soils: A potential link between the water and carbon cycles // Science of the Total Environment. 2022. Vol. 824. P. 153746. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2022.153746.