esoilБюллетень Почвенного института имени В.В. ДокучаеваDokuchaev Soil Bulletin0136-16942312-4202V.V. Dokuchaev Soil Science Institute10.19047/0136-1694-2023-117-5-22esoil-763Research ArticleСтатьиИспользование модели SWAT для характеристики водного режима почв агроландшафтаUsing the SWAT model to characterise the water regime of soils in agrolandscapeshttps://orcid.org/0000-0002-0101-5293ШеинЕ. В.SheinE. V.

119017, Москва, Пыжевский пер, 7, стр. 2

119991, Москва, Ленинские горы, 1, стр. 12

п. Новый, Суздальский р-н, Владимирская обл., ул. Центральная, д. 3

7 Bld. 2 Pyzhevskiy per., Moscow 119017 

1 Leninskie Gori, Moscow 119234

3 Tsentralnaya Str., Novy village 601261

 

evgeny.shein@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8264-3266БолотовА. Г.BolotovA. G.

119017, Москва, Пыжевский пер, 7, стр. 2

7 Bld. 2 Pyzhevskiy per., Moscow 119017 

agbolotov@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-8568-504XДембовецкийА. В.DembovetskiyA. V.

119991, Москва, Ленинские горы, 1, стр. 12

1 Leninskie Gori, Moscow 119234

avd26@yandex.ruУсенкоД. Ю.UsenkoD. Yu.

119991, Москва, Ленинские горы, 1, стр. 12

1 Leninskie Gori, Moscow 119234

d.usenko@hotmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-4084-4991ХархардиновН. А.KharkhardinovN. A.

170530, Тверская обл., п. Эммаусс, 27

27, Emmaus 170530, Tver Region

afkash@bk.ruВернюкЮ. И.VernyukYu. I.

119017, Москва, Пыжевский пер, 7, стр. 2

7 Bld. 2 Pyzhevskiy per., Moscow 119017

vernyuk_yui@esoil.ruФИЦ "Почвенный институт им. В.В.Докучаева"; МГУ им. М.В. Ломоносова; Верхневолжский федеральный аграрный научный центрРоссияFederal Research Centre “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”; Lomonosov Moscow State University; Verkhnevolzhsky Federal Agrarian Scientific CenterRussian FederationФИЦ "Почвенный институт им. В.В.Докучаева"РоссияFederal Research Centre “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”Russian FederationМГУ им. М.В. ЛомоносоваРоссияLomonosov Moscow State UniversityRussian FederationВсероссийский научно-исследовательский институт мелиорированных земель – филиал Почвенного института им. В.В. ДокучаеваРоссияAll-Russian Research Institute of reclaimed Lands – brunch of V.V. Dokuchaev Soil Science InstituteRussian Federation2023151220230117522Copyright © Шеин Е.В., Болотов А.Г., Дембовецкий А.В., Усенко Д.Ю., Хархардинов Н.А., Вернюк Ю.И., 20232023Шеин Е.В., Болотов А.Г., Дембовецкий А.В., Усенко Д.Ю., Хархардинов Н.А., Вернюк Ю.И.Shein E.V., Bolotov A.G., Dembovetskiy A.V., Usenko D.Y., Kharkhardinov N.A., Vernyuk Y.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://bulletin.esoil.ru/jour/article/view/763

Классификация водных режимов почв имеет базовую научную основу в виде взаимообусловленной связи движения воды и формирования почвенного профиля, т. е. является почвенно-генетической. Именно такого рода классификация представляет научно-методическую платформу для изучения как водных режимов почв в ландшафте, так и распределения почв в почвенном покрове ландшафта. Численные методы представления гидрологических режимов почв в агроландшафте основываются на физически обоснованных математических моделях движения влаги в почве и пространственной ГИС-информации, совместно позволяющими рассчитывать, анализировать и предсказывать водный режим почвы, сток в масштабе водосбора, перенос вещества в профиле почвы, процессы выщелачивания, и что важно с практической точки зрения – содержание доступных почвенных влагозапасов в структуре агроландшафта. Представлена пространственно-динамическая модель SWAT (Soil-Water-Atmosphere-Tool) для описания водных режимов почв в агроландшафте конечно-моренной гряды Верхневолжского постледникового района (Восточно-Европейская равнина, Тверская область), как пример ландшафтных численных гидрологических моделей. Приведены примеры соответствия модельных и экспериментальных данных динамики влажности почвы в нескольких точках агроландшафта для 3-х глубин, отражающих поверхностные, глубинные (на уровне грунтовых вод) и срединные слои профиля почв: 10–20, 50–60 и 90–100 см, полученные расчетным методом с помощью рассмотренной ландшафтно-динамической модели и классическим методом бурения с термостатно-весовым определением влажности почвы. Показано, что адаптированная для конкретных условий ландшафтная модель с использованием цифровой модели рельефа с разрешением 1 × 1 м на пиксель для расчета водного режима почв в различных точках агроландшафта удовлетворительно описывает пространственно-динамические профильные данные по влажности почвы.

The classification of soils water regimes a basic scientific basis in the form of an interdependent relationship between the movement of water and the formation of a soil profile, i. e. it is soil-genetic classification. This kind of classification provides a scientific and methodological platform for studying both the water regimes of soils in the landscape and the distribution of soils in the soil cover of the landscape. Numerical methods for representing the hydrological regimes of soils in the agricultural landscape are based on physically validated mathematical models of the soil water movement and spatial GIS information, which together allow to calculate, analyze and predict soil water regime, runoff in the scale of watersheds, substance transport in the soil profile, leaching processes, as well as the content of available soil moisture reserves in the agrolandscape structure – which is important for practice. A spatial-dynamic SWAT (Soil-Water-Atmosphere-Tool) model is presented to describe the water regimes of soils in the agro-landscape of the finite moraine ridge of the Upper Volga postglacial region (East European Plain, Tver region), as an example of landscape numerical hydrological models. Some examples are given in the article, which demonstrate that modeled data correspond well with experimental data on soil moisture dynamics in several points of agrolandscape for 3 depth levels, reflecting surface, deep (at groundwater level) and middle layers of soil profile, i. e. 10–20, 50–60 and 90–100 cm. On the one hand, the data were obtained by calculations with the help of the considered landscape-dynamic model; and on the other hand, – by classical soil drilling, sampling and gravimetric method for soil moisture content determination. It has been shown that the landscape model, adapted for specific conditions, using a digital elevation model with a resolution of 1×1 m per pixel, to calculate the soil water regime at different points of the agrolandscape satisfactorily describes the spatial-dynamic profile data on soil moisture.

водные режимы почвдвижение влаги в почвемоделированиепространственное гидродинамическое моделированиеадаптивно-ландшафтное земледелиеSWATwater regime of soilmovement of moisture in the soilspatial hydrological modelingadaptive landscape agricultureSWATИсследования проведены по теме госзадания FGUR-2022-0015 “Инструментарий структурно-функционального анализа ландшафтов и регулирования функций почв для целей территориального планирования” – 50% и по теме госзадания: “Физические основы экологических функций почв: технологии мониторинга, прогноза и управления” – 50% ЦИТИС: 121040800146-3.The studies were carried out within the framework of State assignment No. FGUR-2022-0015 “Tools for structural and functional analysis of landscapes and regulation of soil functions for the purposes of territorial planning” – 50% and State assignment: “Physical bases of ecological functions of soils: monitoring, forecasting and management technologies” – 50% CITIS: 121040800146-3.ReferencesЗайдельман Ф.Р. Гидрологический режим почв Нечерноземной зоны. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 314 с.Zaidel'man F.R., Gidrologicheskii rezhim pochv Nechernozemnoi zony (Hydrological regime of soils), Leningrad: Gidrometeoizdat, 1985, 314 p.Зайдельман Ф.Р. Генезис и экологические основы мелиорации почв и ландшафтов. М.: КДУ, 2009. 720 с.Zaidel'man F.R., Genezis i ekologicheskie osnovy melioratsii pochv i landshaftov (Genesis and ecological bases of soil and landscape reclamation), Moscow: KDU, 2009, 720 p.Иванов Д.А. и др. Разработать теоретические основы ландшафтно-мелиоративного природообустройства агрогеосистем гумидной зоны на основе результатов мониторинга состояния их природной среды и дистанционного зондирования Земли. Тема 0651-2019-0005 (руководитель темы: Иванов Д.А.). Отчет о научно-исследовательской работе ФГБНУ ВНИИМЗ, 2021.Ivanov D.A. et al., Razrabotat' teoreticheskie osnovy landshaftno-meliorativnogo prirodoobustroistva agrogeosistem gumidnoi zony na osnove rezul'tatov monitoringa sostoyaniya ikh prirodnoi sredy i distantsionnogo zondirovaniya Zemli (To develop theoretical bases of landscape and ameliorative nature management of agro-geosystems of the humid zone on the basis of the results of monitoring of the state of their natural environment and remote sensing of the Earth), Project 0651-2019-0005, Report on research work FGBNU VNIIMZ, 2021.Кирюшин В.И. Экологические основы земледелия. М.: Колос, 1996. 366 с.Kiryushin V.I., Ekologicheskie osnovy zemledeliya (Ecological bases of farming), Moscow: Kolos, 1996, 366 p.Кирюшин В.И., Лукин С.В., Дубачинская Н.Н., Минаев Н.В. Почвенно-экологические проблемы адаптивно-ландшафтного земледелия. “Почвы – стратегический ресурс России” // VIII съезд Общества почвоведов. Ч. 1. Сыктывкар, 2022. С. 41–47.Kiryushin V.I., Lukin S.V., Dubachinskaya N.N., Minaev N.V., Pochvenno-ekologicheskie problemy adaptivno-landshaftnogo zemledeliya, In: “Pochvy – strategicheskii resurs Rossii” (“Soils – a strategic resource of Russia”), Proc. VIII Congress of the Society of Soil Scientist, Syktyvkar, 2022, Ch. 1, pp. 41–47.Природообустройство Полесья. Полесья севера и северо-востока Европейской части России. Т. 2. / под общ. ред. Ю.А. Мажайского, А.Н. Рокочинского, Ф.Р. Зайдельмана и др. Рязань: Мещерский ф-л ФГБНУ “ВНИИГиМ имени А.Н. Костякова”, 2019. 340 с.Mazhaiskiy Yu.A., Rokochinskiy A.N., Zaidel'man F.R. et al., Prirodoobustroistvo Poles'ya (Nature management of the Polesie), In: Poles'ya severa i severo-vostoka Evropeiskoi chasti Rossii (Polesie of the North and North-East of the European part of Russia), Vol. 2, Ryazan': Meshcherskii f-l FGBNU “VNIIGiM imeni A.N. Kostyakova”, 2019, 340 p.Роде А.А. Методы изучения водного режима почв. М.: Изд-во АН СССР, 1960.Rode A.A., Metody izucheniya vodnogo rezhima pochv (Methods of studying the water regime of soils), Moscow: Izd-vo AN SSSR, 1960.Роде А.А. Основы учения о почвенной влаге. Т.2. Л.: Гидрометеоиздат, 1969.Rode A.A., Osnovy ucheniya o pochvennoi vlage (Fundamentals of the doctrine of soil moisture), Vol. 2, Leningrad: Gidrometeoizdat, 1969.Шеин Е.В., Рыжова И.М. Математическое моделирование в почвоведении. М.: “ИП Маракушев И.П.”, 2016. 318 с.Shein E.V., Ryzhova I.M., Matematicheskoe modelirovanie v pochvovedenii (Mathematical Modelling in Soil Science), Moscow: “IP Marakushev I.P.”, 2016, 318 p.Шеин Е.В., Иванов Д.А., Болотов А.Г., Дембовецкий А.В. Гранулометрический состав почв конечно-моренной гряды Верхневолжкого постледникового района (Восточно-Европейская равнина, Тверская область) // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2019. Вып. 110. С. 5–21. DOI: 10.19047/0136-1694-2022-110-5-21.Shein E.V., Ivanov D.A., Bolotov A.G., Dembovetskiy A.V., Granulometric composition of the finite moraine ridge soils of the Upper Volga postglacial region (East European plain, Tver region), Dokuchaev Soil Bulletin, 2022, Vol. 110, pp. 5–21, DOI: 10.19047/0136-1694-2022-110-5-21.Abrams M., Crippen R., Fujisada H. ASTER Global Digital Elevation Model (GDEM) and ASTER Global Water Body Dataset (ASTWBD) // Remote Sensing. 2020. Vol. 12. No. 7. P.1156–1168.Abrams M., Crippen R., Fujisada H., ASTER Global Digital Elevation Model (GDEM) and ASTER Global Water Body Dataset (ASTWBD), Remote Sensing, 2020, Vol. 12, No. 7, pp. 1156–1168.Arnold J.G. et al. Chapter 22 SWAT Input Data: SOL // SWAT Input/Output File Documentation, Version 2012. 2012.Arnold J.G. et al., Chapter 22 SWAT Input Data: SOL. SWAT Input/Output File Documentation, Version 2012, 2012, pp. 89–124.Dutta S., Sen D. Application of SWAT model for predicting soil erosion and sediment yield // Sustainable Water Resources Management. 2018. Vol. 4. No. 3. P. 447–468.Dutta S., Sen D., Application of SWAT model for predicting soil erosion and sediment yield, Sustainable Water Resources Management, 2018, Vol. 4, No. 3, pp. 447–468.Frederiksen R., Molina-Navarro E. The importance of subsurface drainage on model performance and water balance in an agricultural catchment using SWAT and SWAT-MODFLOW // Agricultural Water Management. 2021. Vol. 255. P. 107058. DOI: 10.1016/j.agwat.2021.107058.Frederiksen R., Molina-Navarro E., The importance of subsurface drainage on model performance and water balance in an agricultural catchment using SWAT and SWAT-MODFLOW, Agricultural Water Management, 2021, Vol. 255, pp. 107058, DOI: 10.1016/j.agwat.2021.107058.Neitsch S.L. et al. SWAT Theoretical Documentation Version 2009 // Texas Water Resources Institute. 2011. 618 p.Neitsch S.L. et al., SWAT Theoretical Documentation Version 2009, Texas Water Resources Institute, 2011, 618 p.Radcliffe D.E., Šimůnek J. Soil physics with HYDRUS: Modeling and applications, 2010. P. 1338–1339.Radcliffe D.E., Šimůnek J., Soil physics with HYDRUS: Modeling and applications, 2010, pp. 1338–1339.Šimůnek J., Genuchten M. Th., Šejna M. Development and Applications of the HYDRUS and STANMOD Software Packages and Related Codes // Vadose Zone Journal. 2008. Vol. 7. No. 2. P. 587–600.Šimůnek J., Genuchten M. Th., Šejna M., Development and Applications of the HYDRUS and STANMOD Software Packages and Related Codes, Vadose Zone Journal, 2008, Vol. 7, No. 2, pp. 587–600.Zare M., Azam S., Sauchyn D. Evaluation of Soil Water Content Using SWAT for Southern Saskatchewan, Canada // Water (Switzerland). 2022. Vol. 14. No. 2. P. 249–261.Zare M., Azam S., Sauchyn D., Evaluation of Soil Water Content Using SWAT for Southern Saskatchewan, Canada, Water (Switzerland), 2022, Vol. 14, No. 2, pp. 249–261.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.