Применение технологии автоматизированного мониторинга режимов почв для интеллектуальных цифровых платформ

Теоретически обоснована и разработана стационарная система автоматизированного измерения гидротермических режимов почв, с помощью которой экспериментально проведены регулярные исследования профильного распределения влажности и температуры почв, а также глубины залегания грунтовых вод в условиях Тверской области (опытное поле ВНИИМЗ) на агродерново-подзолистых оглеенных легкосуглинистых почвах. На основе этих данных построены карты хроноизоплет влажности и температуры почвы. Используя послойные значения почвенно-гидрологических констант (ПГК), определенных из основных гидрофизических характеристик, проанализирован водный режим почв с выделением периодов гравитационного стока, переувлажнения и почвенной засухи в годовом цикле. В течение года в исследуемой толще почвы наблюдаются периоды избытка и недостатка влаги для растений, а также периоды быстрого изменения профилей влажности и температуры, обусловленные метеоусловиями, в частности, в конце октября – начале ноября и в конце апреля. Это требует проведения соответствующих агротехнических и мелиоративных мероприятий на исследованных почвах. Получение, накопление и обработка количественных цифровых данных о водном и температурном режимах почв позволяет применять современные методы анализа динамических свойств почв в составе интеллектуальных цифровых платформ, устанавливать строгое количественное соответствие с метеоданными, определять и прогнозировать время наступления критических периодов и научно обоснованно управлять почвенно-мелиоративными процессами. 

1. Архангельская Т.А. Параметры зависимости температуропроводности минеральных почв от влажности для различных текстурных классов // Почвоведение. 2020. № 1. С. 44–55.

2. Болдырев А.Г. Физические свойства почв как теоретическая основа прогноза их уплотнения // Влияние сельскохозяйственной техники на почву. М: Наука, 1981. С. 80–85.

3. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв. М.: Агропромиздат, 1986. 416 с.

4. Воронин А.Д. Основы физики почв. М.: Изд-во Моск.ун-та, 1986. 244 с.

5. Выржиковский Л.В., Кузьмичев Д.С. Определение влажности торфа емкостным влагомером // Мелиорация и использование осушенных земель. Минск: Урожай, 1968. Т. XVI.

6. Димо В.Н. Тепловой режим почв СССР. М., 1972. 359 с.

7. Дмитриев Е.А. Математическая статистика в почвоведении. М.: Издво Моск. ун-та, 1972. 292 с.

8. Добровольский Г.В., Никитин Е.Д. Функции почв в биосфере и экосистемах. М.: Наука, 1990. 259 с.

9. Емельянов В.А., Маслов В.П. Пространственно-временная изменчивость плотности почвы на орошаемых землях // Докл. ВАСХНИЛ. 1985. № 5. С. 8–10.

10. Зайдельман Ф.Р. Гидрологический режим почв Нечерноземной зоны. Генетические, агрономические и мелиоративные аспекты. Л.: Гидрометеоиздат, 1985. 328 с.

11. Зайдельман Ф.Р. Мелиорация почв. М.: Изд-во МГУ, 1996. 382 с.

12. Иванов А.Л., Болотов А.Г., Козлов Д.Н. и др. Цифровые двойники почв как новый технологический уклад генетического и прикладного почвоведения // Почвоведение. 2025. № 6. С. 757–770.

13. Кирюшин В.И. Теория адаптивно-ландшафтного земледелия и проектирования агроландшафтов. М.: Колос, 2011. 443 с.

14. Козловский Ф.И. Современные естественные и антропогенные процессы эволюции почв. М.: Наука, 1991. 196 с.

15. Полуэктов Р.А., Опарина И.В., Терлеев В.В. Оперативный расчет и прогноз динамики почвенной влаги // Фундаментальные физические исследования в почвоведении и мелиорации. 2003. С. 241–244.

16. Роде А.А. К вопросу о “водно-физических константах” почвы // Почвоведение. 1961. № 6. С. 20.

17. Роде А.А. Методы изучения водного режима почв. М.: Изд-во АН СССР, 1960. 244 с.

18. Роде А.А. Почвенная влага. М.: Изд-во АН СССР, 1952. 445 с.

19. Теории и методы физики почв / Под ред. Е.В. Шеина и Л.О. Карпачевского. М.: Гриф и К, 2007. 616 с.

20. Шеин Е.В., Болотов А.Г., Умарова А.Б., Дембовецкий А.В., Гончаров В.М., Фаустова Е.В., Шнырев Н.А., Кокорева А.А. Руководство по использованию цифровых датчиков в режимных наблюдениях на полевой практике по физике почв. М.: ООО “Книжный дом университет”, 2019. 52 с.

21. Шеин Е.В., Иванов Д.А., Болотов А.Г., Дембовецкий А.В. Гранулометрический состав почв конечно-моренной гряды Верхневолжского постледникового района (Восточно-Европейская равнина, Тверская область) // Бюллетень Почвенного института имени В.В. Докучаева. 2022. Вып. 110. С. 5–21. DOI: https://doi.org/10.19047/0136-1694-2022-110-5-21.

22. Шестаков В.М., Поздняков С.П. Геогидрология. М.: ИКЦ “Академкнига”, 2003. 176 с.

23. Abdelal Q., Al-Kilani M.R., Al-Shishani G. Impact of soil particle size on soil moisture measurements through dielectric and electrical resistance properties // Eurasian Soil Science. 2025. Vol. 58(3). P. 32. DOI: https://doi.org/10.1134/S1064229324602270.

24. Bogena H.R., Huisman J.A., Schilling B., Weuthen A., Vereecken H. Effective calibration of low-cost soil water content sensors // Sensors in Agriculture and Forestry. 2017. Vol. 17. P. 208. DOI: https://doi.org/10.3390/s17010208.

25. Calamita G., Brocca L., Perrone A., Piscitelli S., Lapenna V., Melone F., Moramarco T. Electrical resistivity and TDR methods for soil moisture estimation in central Italy test-sites // Journal of Hydrology. 2012. Vol. 454. P. 101–112. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhydrol.2012.06.001.

26. Evet S.R., Hang L.K., Motonet P., Nguyen M.L. Field estimation of soil water content: A practical guide to methods, instrumentation, and sensor technology, In: IAEA. Vienna, 2008. URL: https://wwwpub.iaea.org/MTCD/publications/PDF/TCS-30_web.pdf.

27. Gerke H.H., Vogel H.-J., Weber T.K.D., van der Meij W.M., Scholten T. 3– 4D soil model as challenge for future soil research: Quantitative soil modeling based on the solid phase // Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 2022. Vol. 185. P. 720–744. DOI: https://doi.org/10.1002/jpln.202200239.

28. Ramos Hernández J.G., Gracia-Sánchez J., Rodríguez-Martínez T.P., Zuñiga-Morales J.A. Correlation between TDR and FDR soil moisture measurements at different scales to establish water availability at the south of the Yucatan Peninsula. Chapter 4. 2018. DOI: http://dx.doi.org/10.5772/intechopen.81477.

29. Kodikara J., Rajeev P., Chan D., Gallage C. Soil moisture monitoring at the field scale using neutron probe // Canadian Geotechnical Journal. 2014. Vol. 51(3). P. 332–345. DOI: https://doi.org/10.1139/cgj-2012-0113.

30. Nieberding F., Huisman J.A., Huebner C., Schilling B., Weuthen A., Bogena H.R. Evaluation of three soil moisture profile sensors using laboratory and field experiments // Sensors. 2023. Vol. 23(14). P. 6581. DOI: https://doi.org/10.3390/s23146581.

31. Singh J., Heeren D.M., Rudnick D.R., Woldt W.E., Bai G., Ge Y., Luck J.D. Soil structure and texture effects on the precision of soil water content measurements with a capacitance-based electromagnetic sensor // Transactions of the ASABE. 2020. Vol. 63(1). P. 141–152. DOI: https://doi.org/10.13031/trans.13496.

32. Zhu Y., Irmak S., Jhala A.J., Vuran M.C., Diotto A. Time-domain and frequency-domain reflectometry type soil moisture sensor performance and soil temperature effects in fine-and coarse-textured soils // Applied Engineering in Agriculture. 2019. Vol. 35(2). P. 117–134. DOI: https://doi.org/10.13031/aea.12908.