ФУНДАМЕНТАЛЬНАЯ ЗАВИСИМОСТЬ КОНЦЕНТРАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОЧВЕННОГО РАСТВОРА ОТ ВЛАЖНОСТИ И ЕЕ МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Концентрационные характеристики почвенного раствора (активность, осмотическое давление, электропроводность) не являются постоянными величинами и связаны универсальной фундаментальной зависимостью с массовой долей жидкой фазы (влажностью) почвы. Эта зависимость имеет сложный нелинейный вид и характеризуется одновершинным экстремумом (пиком), приходящимся на область среднего содержания влаги (условно максимальную молекулярную влагоемкость). Повышение влажности сопровождается уменьшением значений концентрационных характеристик, что в основном связано с эффектом разбавления почвенного раствора. Соответствующая правая ветвь зависимости в большом диапазоне варьирования влажности представляет собою обратную пропорциональность от содержания влаги, подтверждающую механизм разбавления. Понижение влажности относительно максимальной молекулярной влагоемкости (левая ветвь зависимости) приводит к резкому спаду концентрационных характеристик вплоть до условно нулевых (не детектируемых приборами среднего класса точности) значений в области низкой влажности (условно нерастворяющий объем). Этот эффект объясняется конкурентными молекулярными взаимодействиями между поверхностью коллоидно-дисперсного комплекса твердой фазы почвы и свободными ионами раствора за молекулярную гидратацию. Оригинальные физико-математические модели, основанные на логнормальном распределении исследуемых характеристик, позволяют адекватно описывать фундаментальную зависимость от влажности почвы и автоматически определять значения входящих в нее параметров максимальной молекулярной влагоемкости и нерастворяющего объема.

FUNDAMENTAL DEPENDENCE OF CONCENTRATION CHARACTERISTICS OF SOIL SOLUTION FROM WATER CONTENT AND ITS MATHEMATICAL MODELING

The concentration characteristics of the soil solution (activity, osmotic pressure, electrical conductivity) are not constant values and are associated with a universal fundamental dependence on the mass fraction of the liquid phase (moisture content) of the soil. This dependence has a complicated nonlinear form and is characterized by a single-peak extremum in the region of average moisture content (conditionally the maximum molecular moisture capacity). The increase in water content is accompanied by a decrease in the concentration characteristics, which is mainly due to the effect of dilution of the soil solution. The corresponding right branch of the dependence in a large range of variation in humidity is inversely proportional to the moisture content, which confirms the dilution mechanism. The decrease in humidity relative to the maximum molecular moisture capacity (left branch of the dependence) leads to a sharp decrease in the concentration characteristics up to conditionally zero values (not detected by the instruments of the middle class of accuracy) in the low humidity region (conditionally non-dissolving volume). This effect is explained by competitive molecular interactions between the surface of the colloid-dispersed complex of the solid phase of the soil and the free ions of the solution for molecular hydration. The original physico-mathematical models based on the lognormal distribution of the studied characteristics make it possible to adequately describe their fundamental dependence on soil moisture and automatically determine the values of its parameters of maximum molecular moisture capacity and non-dissolving volume.