ДИЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ОБЛИК ПОЧВ КАК ОСНОВА ИХ АГРОЭКОЛОГИЧЕСКОГО МОНИТОРИНГА

Поиск интегрального показателя плодородия почв - важная задача, решение которой позволит создать более точные методы мониторинга почв, а также сократить время полевых работ и затраты на лабораторные анализы почвенных образцов. Предложено в качестве такого интегрального показателя использовать диэлектрический облик почв. Решение этой задачи основано на использовании статистического метода спектрального преобразования бинарных данных амплитуды отраженного электромагнитного импульса по всей глубине его длительности в почвенной толще. Работу проводили на примере трех почв пахотных и залежных земельных участков ВНИИМЗ (Тверская область). Среди атрибутов спектрального преобразования использовали параметр спектральной плотности георадарного сигнала, его распределение в частотной области, состоящей из многих близких частот, которые вносят наибольший вклад в периодическое поведение импульса в подповерхностной почвенной среде. Георадарное профилирование проводили в течении 2021 г. ежемесячно. Изменчивость мощности горизонтов и слоев рассчитывали через модули амплитудных максимумов с учетом проводимости горизонта (диэлектрическая проницаемость и скорость прохождения сигнала в этой среде). Предложено представлять диэлектрический облик почвы в виде абстрактных моделей-матрешек. Своеобразие матрешки в ее внутренней структуре, основанной на подобии: каждая последующая вложенная фигурка подобна внешней по форме, свойству открываться (за исключением последней неразборной, представляющей каркас георадарного облика почвы), отличия лишь в размере. В диэлектрическом облике почвы выделяется его коровая (квазинеизменная) часть, а также динамичная часть, меняющаяся в различных по времени циклах. Создание модели облика почвенных тел и ее наглядное представление открывает новые возможности для комплексной оценки состояния почв и оперативного и низкозатратного мониторинга их плодородия.

The search for an integral indicator of soil fertility is an important task, the solution of which will allow to create more accurate methods of soil monitoring, reduce time of field works, and cost of soil samples analysis. It was proposed to use dielectric vision of soils as such an integral indicator. The solution of this problem was based on the application of a statistical method of spectral transformation of binary data of the amplitude of the reflected electromagnetic pulse along the entire depth of its duration in the soil strata. The research was carried out on the example of three soils of arable and fallow land plots of VNIIMZ (Tver region). Among the attributes of spectral transformation we used the parameter of spectral density of GPR signal, its distribution in the frequency domain consisting of many close frequencies that make the greatest contribution to periodic pulse behavior in the subsurface of soils. GPR profiling was carried out during 2021 on a monthly basis. Variability of horizons and layers thickness was calculated through modules of amplitude maxima taking into account conductivity of horizon (dielectric permittivity and signal transmission rate in this medium). It was proposed to represent the dielectric vision of soil in the form of abstract matryoshka models. The peculiarity of matryoshka is in its internal structure based on similarity: each next inserted figure is similar to the external one in vision and opening property (except for the last non-dismountable one, which represents the frame of the dielectric soil image), the only difference is in size. The dielectric vision of the soil is distinguished by its core (quasi-invariant) part, as well as the dynamic part changing in different time cycles. The creation of the model of soil bodies’ appearance and its visual representation opens up new possibilities for the integrated assessment of soil status and for the operative and low-cost monitoring of their fertility.