О ФРАКТАЛЬНЫХ МЕТОДАХ БИОТЕСТИРОВАНИЯ ПРОДУКТИВНОСТИ ПОЧВ УРБОЛАНДШАФТОВ
Authors: Насонов А.Н. 
Published: December 2024

Актуальность работы заключается в предложении новых методов биотестирования почв городских урболандшафтов, основанных на фрактальном анализе текстур изображений тест-объекта. Отличительной особенностью анализа является применение методов фрактального исчисления при оценке нарушения продуктивности почв. Это открывает новые возможности оценки рисков нарушения продуктивности почв городских урболандшафтов и их зонирования в условиях комплексного воздействия различных по природе источников загрязнений. Цель работы определяется повышением точности (за счет дополнительных решений для переходных состояний почв) и сокращением затрат (за счет отсутствия химических анализов) традиционных методов биотестирования почв городских урболандшафтов. Методы исследования включают фрактальный анализ текстур изображений тест-объекта, которые закономерно изменяются за время его вегетативного развития. Показано, что адаптационная динамика биотестера существенно зависит от степени загрязненности почв: чем она выше, тем сильнее уклонение развития биотестера от оптимума. Предложенные фрактальные модели могут быть непосредственно использованы для обработки полученных эмпирических данных, формально отображающих адаптацию биотестера к уровню загрязнения почвы, независимо от количества и качества источников загрязнений. При этом адаптационная динамика тест-объекта математически определяется уклонением его развития от оптимума - состояния с максимальным развитием структуры тест-объекта при наиболее эффективной продуктивности. Пределы репродуктивности ограничены экологической емкостью биотестера, определенные в работе как лимитирующие факторы развития. Если уровень загрязнения почвы не соразмерен репродуктивной способности биотестера, его развитие останавливается, что непосредственно фиксируется фрактальной динамикой тест-объекта. Фрактал в этом случае является тем математическим инструментом, который имитирует репродукцию биотестера в условиях загрязнения почв городских урболандшафтов. Результаты работы и их обсуждение показали, что выбранные в эксперименте урболандшафты (Лосиный остров, Фестивальная ул., Лермонтовский пр.) были четко классифицированы в пределах существующих рисков нарушения продуктивности почв, а метод, в силу его простоты и минимума затрат, может использоваться для зональной классификации почв урболандшафтов.

The relevance of the work lies in the proposal of new methods for biotesting the soils of urban urban landscapes based on the fractal analysis of the textures of images of the test object. A distinctive feature of the analysis is the use of fractal calculus methods in assessing the violation of soil productivity. This opens up new possibilities for assessing the risks of disturbing the productivity of soils in urban urban landscapes and their zoning under the combined impact of pollution sources of various nature. The purpose of the work is determined by increasing the accuracy (due to additional solutions for transient soil conditions) and reducing costs (due to the absence of chemical analyzes) of traditional methods of biotesting soils in urban urban landscapes. Research methods include a fractal analysis of the textures of images of a test object, which regularly change during its vegetative development. It is shown that the adaptive dynamics of the biotester significantly depends on the degree of soil contamination: the higher it is, the stronger the deviation of the development of the biotester from the optimum. The proposed fractal models can be directly used to process the empirical data obtained, formally reflecting the adaptation of the biotester to the level of soil pollution, regardless of the quantity and quality of pollution sources. At the same time, the adaptive dynamics of the test object is mathematically determined by the deviation of its development from the optimum - the state with the maximum development of the structure of the test object with the most effective productivity. The limits of reproduction are limited by the ecological capacity of the biotester, defined in the work as limiting development factors. If the level of soil contamination is not commensurate with the reproductive capacity of the biotester, its development stops, which is directly fixed by the fractal dynamics of the test object. In this case, the fractal is the mathematical tool that simulates the reproduction of a biotester under conditions of soil pollution in urban urban landscapes. The results of the work and their discussion showed that the urban landscapes selected in the experiment (Losiny Ostrov, Festivalnaya st., Lermontovsky pr.) were clearly classified within the existing risks of soil productivity disturbance, and the method, due to its simplicity and minimum costs, can be used for zonal classification of soils of urban landscapes.