ИСТИНА

Цикл работ посвящен фундаментальным разработкам технологий почвенного конструирования – инновационного направления в почвоведении и геоэкологии, позволяющего с помощью физически-обоснованных моделей природной организации почв проектировать и создавать оптимальные по своим характеристикам почвенные объекты (конструктоземы) с использованием натуральных и синтетических материалов (почвенных кондиционеров) и современных технических средств. В университетской монографии «Теория и практика конструирования почв», серии статей в рейтинговых переводных и зарубежных изданиях «К термодинамической теории водоудерживающей способности и дисперсности почв», «Physically Based Mathematical Models of the Water Vapor Sorption by Soils», «Thermogravimetric Determination of Specific Surface Area for Soil Colloids», «Creation of Soil-Like Constructions», «Ionic-electrostatic model of the wedge pressure and specific surface area of colloidal systems», «Biodegradation of Some Organic Materials in Soils and Soil Constructions: Experiments, Modeling and Prevention», «Synthetic gel structures in soils for sustainable potato farming» на основе фундаментального биогеофизического подхода к количественному описанию и моделированию структурно-функциональной организации биокосных, трехфазных, полидисперсных почвенно-физических систем в потоках веществ и энергии предложена методология технологического моделирования для выявления оптимальных параметров слоистых почвенных конструкций на стадии их проектирования. Ноу-хау методологии состоит в слоистом способе расположения функциональных слоев конструкции, включающих один или несколько корнеобитаемых слоев с природными и синтетическими материалами для удерживания влаги, элементов минерального питания и современных средств защиты растений (СЗР) в форме гелевых структур, а также специальные подпочвенные экраны с эффектом разрыва капиллярности для «подвешивания» влаги и защитой от вторичного засоления и техногенного загрязнения. Подбор оптимальных материалов, расчет числа слоев, глубин их размещения осуществляется на базе современных софтов компьютерного моделирования энергомассообмена в системе «почва-растение-атмосфера» с использованием авторской инструментальной оценки основных гидрофизических характеристик (ОГХ), а также авторских нелинейных моделей биодеструкции органических материалов в зависимости от температуры, влажности и глубины расположения в почвенном профиле. Теоретические разработки базовой для почвенного конструирования структурно-функциональной термодинамической концепции водоудерживания и физического состояния полидисперсных пористых систем почв и грунтов включают фундаментальную зависимость термодинамического потенциала и активности почвенной влаги от температуры на базе уравнения Клаузиуса-Клапейрона, положение о динамике дисперсности и водоудерживающей способности в зависимости от ранее не учитываемых мобильных факторов состава и концентрации жидкой фазы почв и температуры, альтернативные капиллярной модели представления о ведущей роли поверхностных сил и механизмов водоудерживания, устойчивости пленочной влаги с физически обоснованными моделями ОГХ и изотерм сорбции почвенной влаги на базе феномена расклинивающего давления по Дерягину, развивающая классическое уравнение Жюрена физически-обоснованная модель капиллярного подъема, с зависимостью от плотности и адсорбированной прочно-связанной влаги, феномен нелинейной зависимости осмотического потенциала жидкой фазы от влажности почв и физико-статистическая модель этого явления, альтернативные эмпирическим секущим Воронина физически-обоснованные методы оценки критических параметров физического состояния почв и грунтов по ОГХ. Наиболее важные методические разработки включают комбинацию инструментального метода центрифугирования и термодесорбции почвенной влаги впервые позволившие определять ОГХ во всем диапазоне варьирования термодинамического потенциала от 0 (насыщение водой) до 0.8-1млн Дж/кг (стандартная сушка при 105 оС) синхронно с оценкой гидравлической проводимости, дисперсности (удельной поверхности), базального дыхания и кинетики биодеструкции органических веществ в зависимости от влажности и температуры, а также разработку почвенных кондиционеров нового поколения в виде устойчивых гелевых структур с наполнением акриловой полимерной матрицы амфифильными органическими компонентами (диспергированный торф, гуматы) и СЗР на основе серебра (Патент РФ №2726561). Успешное тестирование инновационных технологий и материалов для конструирования почв в России, странах Персидского залива, Узбекистане в рамках инициативных грантов РФФИ (№№12-04-00528, 16-04-00284, 19-29-05006), РНФ (№№16-16-04014, 16-16-04014-П, 19-77-30012) и коммерческих российско-арабских проектов подтвердило их высокую эффективность с 1.5-3 кратным увеличением биопродуктивности растительных культур разных типов на фоне двукратной экономии влаги и надежной защиты корнеобитаемой толщи от вторичного засоления, загрязнения и патогенной микрофлоры, включая фитофтороз картофеля (грант Президентской программы РНФ 16-16-04014).