Energy entropy analysis of light chestnut soils

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

Entropy as a process studied in natural phenomena is related to thermodynamics. In particular, when studying the state of the soil, its change is observed, passing through a state of equilibrium. Equilibrium states in the environment are associated with a maximum of total entropy.

The purpose of the research is to determine the energy contained in the soil at various levels depending on the fractional composition of soil particles based on empirical and calculated data.

Novelty. For the first time, an energy entropy analysis was performed for irrigated light chestnut soils, which makes it possible to determine the residual energy stored in the soil.

Materials and methods. According to field data, the analysis of the complete granulometric composition of the soil was carried out with the determination of the weight contribution of each fraction. Calculations based on the results of chemical analysis were used to isolate the mineralogical composition of the soil. The presence of humus and plant residues was determined by a generally accepted method. The sampling was carried out on the territory of the village. The waterway of the Volga-Don interfluve.

Research results. The research presents the characteristics of light chestnut heavy loamy soil. The content of physical clay in the arable horizon (2-25 cm) is 45.2%. The illuvial horizons B1 and B2 are clearly expressed in terms of silt content. The silty fraction of 27.74 - 31.22% prevails. Thermodynamic characteristics enthalpy, Gibbs energy and entropy are not absolute values. They represent the proportion of energy remaining in the soil of a particular mineral, or its property. The analysis of thermodynamic parameters showed that in the horizon of 2-25 cm the values (∆H, ∆G, ∆S) are greatest in the coarse–powdered fraction, followed by the silty fraction, fine- , medium-powdered and sand. At a depth of 26-55 cm, coarse-dusty and silty are ahead of all fractions in terms of potentially high thermodynamic parameters. At a depth of 56-75 cm, the tendency of the predominance of coarse-dusty and silty fractions persists.

Conclusion. The highest indicators of thermodynamic potentials in the horizon of 25-55 cm - ∆H kJ/mol—1415,6, - ∆G kJ/mol—1328,22, ∆S J /mol grad - 66.85. This horizon is characterized by the maximum values of the potential relative residual energy. The lowest potential is deeper than 75 cm. Entropy decreases with depth, in the horizon of 25-55 cm it is maximum.

Авторлар туралы

Gleb Rulev

Federal State Budget Scientific Institution the All-Russian Research Institute of Irrigated Agriculture

Email: g.heroes@yandex.ru
Scopus Author ID: 57222153846
ResearcherId: X-8997-2018

Cand. Sc. (Agriculture), Researcher, Senior Researcher of the Department of Irrigated Agriculture and Agroecology

 

Ресей, 9, Timiryazev Str., Volgograd, 400062, Russian Federation

Alexander Rulev

Federal State Budget Scientific Institution the All-Russian Research Institute of Irrigated Agriculture

Email: AS_Rulev@vniioz.ru
ORCID iD: 0000-0001-6152-288X
Scopus Author ID: 57190982345
ResearcherId: E-6770-2014

Academician of the Russian Academy of Sciences, Laureate of the Prize of the Government of the Russian Federation in the Field of Science and Technology, Doctor of Agricultural Sciences, Chief Researcher of the Department of Irrigated Agriculture and Agroecology

 

Ресей, 9, Timiryazev Str., Volgograd, 400062, Russian Federation

Olga Ruleva

Federal State Budget Scientific Institution the All-Russian Research Institute of Irrigated Agriculture

Хат алмасуға жауапты Автор.
Email: оv_ruleva@vniioz.ru
ORCID iD: 0000-0002-7343-4227
Scopus Author ID: 57220645923
ResearcherId: B-5269-2017

Doctor of Agricultural Sciences, Associate Professor, Leading Researcher of Irrigation Land Reclamation Department, Acting Head of the Laboratory of Productive Processes Modeling

 

Ресей, 9, Timiryazev Str., Volgograd, 400062, Russian Federation

Әдебиет тізімі

  1. Volobuev, V. R., & Ponomarev, D. G. (1977). Some thermodynamic characteristics of mineral associations of soils. Soil Science, (1), 3–13.
  2. Voronin, A. D., & Maksimova, A. S. (1972). Mathematical and chemical composition of mechanical fractions of soils in the dark chestnut subzone. Soil Science, (8), 112–120.
  3. Kovda, A. V. (1973). Fundamentals of soil studies. General theory of the educational process. Moscow: Nauka. Pp. 127–148.
  4. Nazarov, A. G. (2004). Thermodynamic direction of soil formation in the history of ecosystem development. In Soils, biogeochemical cycles and biosphere (pp. 70–102). Moscow: Товарищество научных изданий КМК.
  5. Palagin, E. G. (1981). Mathematical modeling of agrometeorological conditions for winter survival of winter crops. Leningrad: Gidrometeoizdat. 191 p.
  6. Yakovenko, I. M. (2016). Spatial structure of tourist-recreational development of Crimea: evolution and prospects. Scientific Notes of Vernadsky Crimean Federal University. Geography. Geology, 2(68)(3), 180–192.
  7. Rulev, A. S., Rulev, G. A., & Ruleva, O. V. (2021). Geotopological justification for creation of curtained plantings. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, 13(4), 131–143. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2021-13-4-131-143
  8. Bai, B., Yang, G.-C., Li, T., & Yang, G.-S. (2019). A thermodynamic constitutive model with temperature effect based on particle rearrangement for geomaterials. Mechanics of Materials, 139(3), 103180. https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2019.103180
  9. Ben-Noah, I., & Friedman, S. P. (2018). Review and evaluation of root respiration and of natural and agricultural processes of soil aeration. Vadose Zone Journal, 17(1), 1–23. https://doi.org/10.2136/vzj2017.06.0119
  10. Rulev, A. S., Ruleva, O. V., Rulev, G. A., & Tanyukevich, V. V. (2021). Landscape and forest reclamation approach to assessing the state of protective forest plantings. Siberian Journal of Life Sciences and Agriculture, 13(5), 321–335. https://doi.org/10.12731/2658-6649-2021-13-5-321-325
  11. Ruleva, O. V., Rulev, G. A., & Rulev, A. S. (2020). Woodlands as a tool for actively managing the microclimate of agrophytocoenoses. International Journal of Pharmaceutical Research, 12(4), 3447–3453. https://doi.org/10.31838/ijpr/2020.12.04.472
  12. Smagin, A. V. (2018). About thermodynamic theory of water retention capacity and dispersity of soils. European Soil Science, 51, 782–796. https://doi.org/10.1134/S1064229318070098
  13. Smagin, A. V. (2016). Thermogravimetric determination of specific surface area for soil colloids. Colloid Journal, 78, 391–396. https://doi.org/10.1134/S1061933Х16030170
  14. Wiesner, S., Starr, G., & Cherry, J. A. (2020). Forest structure and composition drive differences in metabolic energy and entropy dynamics during temperature extremes in longleaf pine savannas. Agricultural and Forest Meteorology, 297, 108252. https://doi.org/10.1016/j.agrformet.2020.108252
  15. Wu, X., Wei, Y., Cai, C., Yuan, Z., Li, D., Liao, Y., & Deng, Y. (2021). Quantifying the contribution of phyllosilicate mineralogy to aggregate stability in the East Asian monsoon region. Geoderma, 393(1), 115036. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2021.115036
  16. Yang, G., & Bai, B. (2019). Thermo-hydro-mechanical model for unsaturated clay soils based on granular solid hydrodynamics theory. International Journal of Geomechanics, 19(10), 04019115. https://doi.org/10.1061/(ASCE)GM.1943-5622.0001498
  17. Zarifi, M., Kvamme, B., & Kuznetsova, T. (2021). Modeling of heat transfer in hydrate-filled sediment systems using residual thermodynamics and classical nucleation theory. Applied Sciences, 11(9), 4124. https://doi.org/10.3390/app11094124
  18. Zhang, Z., & Cheng, X. (2017). A fully coupled THM model based on nonequilibrium. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 41(4), 527–554. https://doi.org/10.1007/978-3-642-32492-5_18
  19. Duan, M. X., & Jin, M. X. (2019). Modeling water and heat transfer in soil-plant-atmosphere continuum applied to maize growth under plastic film mulching. Frontiers of Agricultural Science and Engineering, 6(2), 144–161. https://doi.org/10.15302/J-FASE-2019258
  20. Zhang, Z. (2017). A thermodynamic-based theory for thermo-poromechanical modeling of saturated clays. International Journal of Plasticity, 92(1–2), 164–185. https://doi.org/10.1016/j.ijplas.2017.03.007

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML


Creative Commons License
Бұл мақала лицензия бойынша қол жетімді Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».