Термодинамическая концепция физического качества почв

Физическое качество почвы во многом определяется ее межфазными взаимодействиями при переменном содержании воды. Это обстоятельство позволяет считать кривые водоудерживания почв в виде функций содержания воды и ее термодинамических потенциалов индикаторами физического качества почвы и его динамики. Диаграммы физического качества почв в виде кривых водоудерживания с областями доминирования определенных физических механизмов и сил, отвечающих за взаимодействие физических фаз, получены для горизонтов, сгруппированных по пяти текстурным классам FAO/USDA, на основе базы данных (более 400 образцов) основных типов евразийских почв. Оригинальные инструментальные методы, использующие для удаления воды центробежное, гравитационное и температурное физические поля впервые дали возможность получать термодинамические характеристики водоудерживания во всем диапазоне возможного варьирования потенциала почвенной влаги от 0 до 1 млн Дж/кг. Основным фундаментальным результатом является физически обоснованная методология диагностики предельных (критических) значений содержания почвенной влаги и ее термодинамических потенциалов, разделяющих на диаграммах физического качества почв области доминирования различных форм почвенной влаги, физических сил и механизмов межфазных взаимодействий. Показано значение не капиллярных, поверхностных сил и механизмов, контролирующих водоудерживание и физическое качество почв. Практический интерес представляют результаты определения оптимальных диапазонов содержания влаги для различных по дисперсности и генезису почв Евразии в связи с их почвенно-экологическими и технологическими функциями и сервисами.

The physical quality of the soil is determined by interactions among soil phases at variable moisture content. This phenomenon allows us to consider the water retention curves as functions of water content and its thermodynamic potentials as indicators of the soil physical quality and its dynamics. Diagrams of the physical quality of soils represented by water retention curves with areas of dominance of certain physical mechanisms and forces responsible for the interaction of physical phases were obtained for Eurasian soils database (more than 400 samples) grouped by five FAO/USDA textural classes. Original instrumental methods using centrifugal, gravitational, and temperature physical fields for water removal made it possible for the first time to obtain the thermodynamic characteristics of water retention in the entire range of soil water potential from 0 to 1 million J/kg. The main fundamental result is a physically based methodology for diagnosing the limiting (critical) values of the soil water content and its thermodynamic potentials, which divide the areas of dominance of various forms of soil moisture, physical forces and mechanisms of interphase interactions on the diagrams of the physical quality of soils. The significance of non-capillary, surface forces and mechanisms controlling water retention and physical quality of soils is shown. The results of determining the optimal ranges of water content for Eurasian soils of different texture and genesis in connection with their soil-ecological and technological functions and services are the main practical significance of the study.