AUGSNES UN AGROĶĪMIJAS AKTUALITĀTES LATVIJĀ

Aldis Kārkliņš, LLU profesors

Augsne ir Latvijas un jebkuras valsts dabas bagātība, resurss, svarīgs ekosistēmas elements, tāpēc informācija par tām ir nepieciešama gan nacionālā, gan arī starptautiskā mērogā. Pasaulē darbojas apjomīgas augšņu informācijas kopas (datu bāzes), kuras tiek izmantotas dažādu jautājumu risināšanai, gan saistītu ar pārtikas nodrošinājumu un zemes resursu racionālu izmantošanu, gan arī ar dažādu pašreizējo un iespējamo vides risku apzināšanu un mazināšanu. Augsnes informācijai vienmēr ir bijis plašāks pielietojums, nevis tikai šauri lokāla nozīme. Tāpēc līdz 1990. gadam Latvija šajā sfērā bija cieši integrēta bijušās PSRS un tās satelītvalstu lietotajā sistēmā, kas daudzos aspektos turējās savrupi no starptautiski (piemēram, FAO koordinētajām) sistēmām. Kopš 1990. gada Latvija cenšas iekļauties starptautiskajā (FAO) sistēmā, nepazaudējot to vērtīgo, kas uzkrāts līdz šim. Sevišķi aktuāli tas izpaudās Latvijai gatavojoties un arī 2004. gadā iestājoties Eiropas Savienībā, jo tur visa komunikācija šajā jomā notiek atbilstoši FAO standartiem.

Savu zinātnisko darbību, kas aptver laika posmu kopš 1990. gada, varu iedalīt divos galvenajos virzienos.

• Vienotas Latvijas augšņu informācijas sistēmas izstrāde, kas dod iespēju racionāli uzkrāt un uzglabāt datus, nodrošināt to izmantošanu dažādās tautsaimniecības nozarēs, vides studijās, teritoriālā plānošanā un monitoringā, atbilstoši starptautiski pieņemtiem standartiem.

• Augsnes auglības un mēslošanas līdzekļu optimizācijas jautājumi, sevišķi, to skatot ilgtspējīgas (ar vides aspektiem sabalansētas) lauksaimniecības kontekstā.

Līdzšinējā Latvijā lietotā sistēma un metodes augšņu diagnostikā, analītiskās informācijas ieguvē, interpretācijā, augšņu klasifikācijā ievērojami atšķīrās no Eiropas Savienības un citās valstīs lietotajām. Lai to atrisinātu, kā arī radītu priekšnoteikumus turpmākajai integrācijai ES u.c. starptautiskajās organizācijās, kā arī moderno tehnoloģiju pielietošanā, sadarbojoties ar LLU Augsnes un augu zinātņu institūta un LU Ģeogrāfijas un zemes zinātņu fakultātes kolēģiem, veiktas šādas darbības.

1. Latvijas augšņu klasifikācijas pilnveide un pētījumi par tās pielīdzināšanu starptautiskajām sistēmām – FAO Pasaules Augšņu kartes leģendai, Pasaules Augšņu klasifikatoram, ASV sistēmai Soil Taxonomy.

2. Augšņu diagnostikas metožu izstrāde un ieviešana, kuras atbilst starptautiskajiem standartiem.

3. Starptautiski lietoto augsnes fizikālo un ķīmisko īpašību analīžu metodiku ieviešana Latvijā, to salīdzinājums ar līdz šim lietotajām, datu interpretācijas un iepriekšuzkrāto datu transformācijas metodes.

4. Līdzdalība Eiropas Savienības Augšņu kartes (mērogs 1:1,000,000) izstrādē un informācijas sagatavošanai Eiropas Savienības Augšņu Analītiskās datu bāzes izveidei. Līdzdalība Eiropas Augšņu atlasa (2005) veidošanā.

5. Informācijas par Latviju iekļaušanu Pasaules Augšņu un reljefa digitālajā datu bāzē SOTER (mērogs 1:2,500,000), kā arī pievienošanās SOVEUR datu bāzei – Centrālās un Austrumeiropas valstu augšņu un reljefa piesārņojuma riska novērtējums.

6. Līdzdalība ANO atbalstītajā projektā Ilgtspējīgas kapacitātes un atbildības veidošana ANO Konvencijas par Cīņu pret Pārtuksnešošanos (KCP) mērķu īstenošanai Latvijā (2006 – 2007).

7. Līdzdalība ES projektā Augsnes vides novērtējums monitoringam (2006 – 2007).

Šo mērķu realizācijai tika noorganizētas četras starptautiskās augsnes ekspedīcijas Latvijā (1994 un 1996; 1996; 2006), kā arī es esmu bijis dalībnieks daudzās augsnes ekspedīcijās ārzemēs. Ar šādu ekspedīciju palīdzību tiek aprobētas augšņu diagnostikas metodes, diskutēts par analītisko rezultātu interpretācijas objektivitāti, tiek precizēti klasifikācijas kritēriji u.c. līdzīgi jautājumi. Ņemot vērā izpētes objekta komplicētību, vēlmi vienā sistēmā apvienot visu Pasaules augšņu dažādību, daudzpusīgās augsnes informācijas lietotāju intereses u.c. aspektus, arī starptautiskās sistēmas nepārtraukti tiek attīstītas un pilnveidotas. Tāpēc nepastarpināta līdzdalība šajos procesos ir svarīga.

Studiju veikšanai un informācijas uzkrāšanai dabā ir jāapraksta un jāveic analīzes reāliem augsnes profiliem, šajā gadījumā paralēli pielietojot gan vecās, gan arī jaunās pētniecības metodes. Laika posmā no 1997. līdz 2012. gadam Latvijā tika veikti 106 etalonprofilu apraksti, kā arī realizēti mazāka apjoma un detalizācijas pētījumi citās vietās. Šī informācija tiek sistematizēta veidojot Latvijas augšņu datubāzes prototipu, kā arī veicot klasifikācijas vienību, analītiski iegūto datu, diagnostikas metožu savstarpējo salīdzināšanu. Protams, šī darba rezultāti paši par sevi neatrisinās jautājumu par pilnvērtīgas un visaptverošas augšņu informācijas nodrošinājumu Latvijai kopumā, taču tie ir mērķēti uz sekojošo.

• Atrast iespēju transformēt iepriekšuzkrāto datu masīvus (kaut aptuvenā kvalitātē) jaunajā formātā.

• Izstrādāt teorētisko un metodisko bāzi jaunu datu ieguvei, apstrādei un pielietošanai jaunajā – starptautiski lietotā formātā.

Vienā vai otrā gadījumā ir jāseko attiecīgām valsts pasūtītām kampaņām, kuru gaitā, izmantojot šīs izstrādnes, atbilstošie mērķi var tikt realizēti.

Kopš 1995. gada ir izdotas 8 grāmatas, kurās aprakstīti jautājumi, kas attiecas uz iepriekšminēto tematiku. Publikācijas sniedz ieskatu par Latvijas augsnēm, piedāvā augsnes diagnostikas un apraksta metodiku, kas pilnībā atbilst starptautiskajiem standartiem, sniedz pilnveidotu Latvijas augšņu klasifikācijas shēmu, diskutējot par tās pielīdzināšanas (atbilstības) iespējām ar izplatītākajām starptautiskajām augšņu klasifikācijas sistēmām. Popularizē jaunākos sasniegumus Latvijas augšņu izpētē, nodrošina metodisko bāzi speciālistiem, kuri strādā ar esošo, kā arī uzkrāj jaunu informāciju par augsnēm, kas būtu savietojama ar starptautiskām datu bāzēm. Publikācijas tiek izmantotas kā mācību līdzekļi LLU un LU, kā arī citu augstskolu studentiem.

Otrs manas darbības virziens ir saistīts ar augsnes auglības un mēslošanas līdzekļu optimizācijas jautājumiem, ko varētu nosaukt kā priekšnoteikumu, rekomendāciju un monitoringa metožu izstrādi saimniekošanas veidam, ko sauc par Ilgtspējīgu lauksaimniecību. Tas pēc būtības ir kompromisu meklējumi starp efektīvu saimniekošanu un nesabojātu vidi. Tās ietvaros tika strādāts pie Labas Lauksaimniecības prakses nosacījumu Latvijā izstrādes, kā arī kritēriju izveides to monitoringam. Pēdējo gadu aktivitātes galvenokārt bija saistītas ar slāpekļa, fosfora un kālija aprites pētījumiem lauksaimniecībā, skatot to gan atsevišķu saimniecību, gan arī Latvijas mērogā. Tika realizēts projekts “Lauksaimniecības un vidi raksturojošu indikatoru kvalitātes uzlabošana – bruto slāpekļa bilance”, ko pasūtīja EROSTAT. Bilances metode ķīmisko elementu plūsmas un aprites pētījumos ir guvusi atzinību daudzu jautājumu risināšanai. Šo metodi var izmantot arī daudz šaurākā mērogā, piemēram, Labas lauksaimniecības prakses nosacījumu izpildes kontrolei, kā arī Ilgtspējīgas saimniekošanas modeļa izvērtējumam Latvijā. To pielietošana ir nozīmīga jo Latvijai ir jāpilda MK noteikumi “Par ūdens un augsnes aizsardzību no lauksaimnieciskas darbības izraisītā piesārņojuma ar nitrātiem”, kuri ir veidoti kā ES Nitrātu direktīvas izpildes mehānisms.

Normatīvā dokumentācija nepārtraukti tiek pilnveidota. Ar 2010. gadu tika uzsākta Valsts pētījumu programmas realizācija, kuras ietvaros ir projekts Nr. 3.1. “Augsnes kā galvenā resursa ilgtspējīga izmantošana drošu un kvalitatīvu pārtikas un lopbarības izejvielu ieguvei no plašāk audzētajām laukaugu sugām”.

Neapšaubāmi, prasības samazināt lauksaimniecības radītos vides riskus tikai pieaugs un to izpildes kontrole pastiprināsies. Tāpēc ražotājiem ir jādod praktiski ieteikumi un risinājumi, lai tos būtu iespējams izpildīt un tai pat laikā nezaudēt konkurenci ražošanā. Nepieciešama arī atbilstoša normatīvā bāze, ražošanas plānošanas un situācijas monitoringa metodes u.c. realizējami priekšlikumi. Par dotajiem jautājumiem kopš 1996. gada ir publicētas 4 grāmatas (pilnībā veltītas šai tēmai vai arī kā nodaļas citu grāmatu sastāvā).

Papildus minētajam, tika strādāts pie terminoloģijas pilnveides augsnes zinātnes, agroķīmijas un tuvāko saskarzinātņu jomā. Tika sagatavota skaidrojošā vārdnīca Zeme, augsne, mēslojums (2012), kurā katram iekļautajam terminam ir dots ekvivalents angļu valodā. Centos iekļaut visu, kas šobrīd mums ir aktuāls gan praktiskā ziņā, gan arī organizatoriski, saistībā ar ES prasībām un Latvijas jaunāko normatīvo dokumentāciju. Uzskatu, ka šādas skaidrojošās vārdnīcas nozīme ir gan tam, ka ir iespējams veikt operatīvu uzziņu ieguvi, gan arī, lai tulkojot dažādus zinātniskos un tehniskos dokumentus, izvairītos no neprecīziem tulkojumiem, kas negatīvi atsaucas uz adekvātu informācijas apriti.

---

SAREŽĢĪTU SISTĒMU MODELĒŠANAS UN SIMULĒŠANAS METODOLOĢIJA UN PRAKSE

Jurijs Merkurjevs, LZA korespondētājloceklis

J.Merkurjevs ir dzimis Rīgā 1954.g. 30. aprīlī. Zinātnisko darbību uzsācis RTU (toreiz RPI) Automātikas un skaitļošanas tehnikas fakultātē 1973. gadā kā studiju programmas “Automātika un telemehānika” 3. kursa students. Viņa zinātniskie pētījumi ir saistīti ar sarežģītu sistēmu modelēšanas un simulēšanas metodoloģiju un praktisko pielietošanu, simulēšanā sakņotu loģistikas sistēmu vadību, kā arī sarežģītu sistēmu ilgtspējīgas attīstības dinamisko vadību.

Zinātniskās skolas sarežģītu sistēmu modelēšanā un simulēšanā dibinātājs un vadītājs. Viņa vadībā ir sasniegti šādi galvenie rezultāti:

A. Sarežģītu sistēmu modelēšanas un simulēšanas metodoloģijas jomā:

1. Simulēšanā sakņotā optimizācijā:

• izstrādāta simulēšanā sakņotas hibrīdas optimizācijas metodoloģija, kas apvieno evolucionāro skaitļošanu un metamodelēšanā bāzēto lineārās pārmeklēšanas pieeju, secīgi izmantojot globālās un lokālās pārmeklēšanas algoritmus;

2. Simulēšanu atbalstošā vizualizēšanā:

• izstrādāts simulēšanas un vizualizēšanas ietvars un tā realizējošā vide, kas atbalsta interaktīvu simulēšanas un vizualizēšanas procesu, simulējot kombinētas (diskrētu notikumu un nepārtrauktas) sistēmas;

3. Modeļu kvalimetrijas jomā:

• piedāvāta pieeja modeļu kvalitātes vadībai, risinot dažādu modeļu integrācijas problēmu pētāmo sistēmu vienotā tēla veidošanai;

B. Sarežģītu sistēmu simulēšanas integrācijas jomā, risinot šo sistēmu analīzes, optimizācijas un vadības uzdevumus:

4. Simulēšanā sakņotas loģistikas sistēmu analīzes un vadības jomā:

• izstrādāta piegādes ķēžu simulēšanas metodika;

• piedāvāta integrēta stratēģija piegādes ķēžu dinamikas analīzei, kas apvieno analītiskās un simulēšanas pieeju pielietošanu;

• izstrādāts piegādes ķēžu taktiskās vadības ietvars, kas integrē analītisku modelēšanu, simulēšanu un optimizāciju taktisko lēmumu pieņemšanai piegādes ķēdēs;

5. Simulēšanā sakņotas risku vadības jomā:

• izstrādāts informācijas tehnoloģijas risku analīzes rīks, kas balstās uz izstrādāto risku novērtēšanas valodu;

• piedāvāta pieeja risku analīzei piegādes ķēdēs, kas paredz dažādu risku seku analīzi, izmantojot simulēšanu;

• izstrādāta metodoloģija zemnieku stratēģiju analīzei, veicot lauksaimnieciskas operācijas apkārtējās vides nenoteiktības apstākļos;

6. Sarežģītu sistēmu ilgtspējīgas attīstības vadības jomā:

• izstrādāta informācijas tehnoloģija pārvades elektrotīklu un ģenerācijas ilgtspējīguma nodrošināšanai un

• izstrādāta metodoloģija lielu tehnisku sistēmu ilgtspējīgas attīstības vadībai (sadarbojoties ar Fizikālās Enerģētikas institūta Energosistēmu matemātiskās modelēšanas laboratoriju);

• izstrādāta platforma sarežģītu sistēmu monitoringam un kontrolei.

J.Merkurjevs ir 304 zinātnisko publikāciju autors (tai skaitā 2 monogrāfijas (publicētas izdevniecībā Springer–Verlag 2009.g. un 2011.g.) un 5 grāmatas par projektu rezultātiem, 34 žurnālu raksti, 11 grāmatu sadaļas, 141 raksts starptautisku konferenču rakstu krājumos, 78 publikācijas iekļautas Scopus un Web of Knowledge datu bāzēs); 23 metodisko (tai skaitā 6 mācību grāmatas), kā arī 40 sējumu, rakstu krājumu un grāmatu redaktors (tai skaitā 24 starptautisku konferenču rakstu krājumi). Viņš ir starptautiskā žurnāla “Simulation: Transactions of The Society for Modeling and Simulation International” (iekļauts: Scopus, Web of Knowledge, impact factor 0.692) redaktors, starptautiskā žurnāla “International Journal of Simulation and Process Modelling” (iekļauts: Scopus) redkolēģijas loceklis.

LZP eksperts Informācijas tehnoloģijas un Transporta un loģistikas nozarēs. Vairāku LZP un ES projektu vadītājs (tai skaitā pēdējo 5 gadu laikā – LZP grants, ERAF programmas projekts un 2 starptautiskie projekti). Latvijas Imitācijas un modelēšanas biedrības prezidents. RTU zinātnisko rakstu sērijas “Datorzinātne” žurnāla “Informācijas tehnoloģija un vadības zinātne” redaktors.

Starptautiskās modelēšanas biedrības “The Society for Modeling and Simulation International” (SCS) vecākais biedrs (Senior Member), starptautiskā tīkla “The SCS McLeod Institute of Simulation Sciences” Latvijas centra vadītājs, starptautiskās profesionālās asociācijas “Institute of Electrical and Electronics Engineers”(IEEE) vecākais biedrs (Senior Member), Lielbritānijas Datorbiedrības “British Computer Society” (BCS) vecākais biedrs (Chartered IT Professional Fellow), Eiropas Simulēšanas biedrību federācijas EUROSIM valdes loceklis, starptautiskais eksperts Itālijas zinātnes kvalitātes novērtēšanā. Daudzu starptautisku konferenču organizators Latvijā un ārzemēs, piemēram, ģenerālais priekšsēdētājs starptautiskajā konferencē “The 19th European Conference on Modelling and Simulation”, ECMS 2005 (Rīgā, Latvijā, 2005.g. jūnijā) un ģenerālais līdzpriekšsēdētājs starptautiskajā konferencē “The 10th International Multidisciplinary Modeling & Simulation Multiconference”, I3M 2013 (Atēnās, Grieķijā, 2013.g. septembrī).

J.Merkurjevs ir iekļauts LZA nosauktajos 2008.g. un 2011.g. Latvijas zinātnes nozīmīgāko sasniegumu sarakstos. Ieguvis Lattelekom SIA, LZA un LIF gada balvu (2006) un Latvijas Automātikas nacionālās organizācijas gada balvu (1997). Viņa vadībā izstrādāti un aizstāvēti 7 promocijas darbi un 77 maģistra darbi. Vairāk informācijas: www.itl.rtu.lv/mik/ymerk.html .

---

SINHROTRONA STAROJUMA PĒTĪJUMI NANOMETRU SKALĀ UN AR FEMTOMETRU PRECIZITĀTI

Dr.habil.phys. Juris Purāns, LU Cietvielu fizikas institūts

Fizikas, ķīmijas un bioloģijas zinātņu milzīgo progresu pēdējo desmit gadu laikā ievērojami paātrinājusi sinhrotrona starojuma avotu lielo eksperimentālo iekārtu izmantošana, kuras ļauj iegūt augsta spožuma starojumu plašā enerģiju diapazonā. Šādu lielo eksperimentālo iekārtu izveidei un darbināšanai nepieciešama starptautiskā sadarbība, jo ir jārisina daudz zinātnisku problēmu, un ar tām ir saistīti lieli finansiāli izdevumi. Arī sinhrotrona starojuma rentgenstaru absorbcijas metodes (EXAFS) pēdējos gados ir nozīmīgi attīstītas: mūsdienās var tikt realizēti eksperimenti ar nebijušu precizitāti ekstremālos apstākļos pie augsta spiediena un temperatūras. J. Purāna laboratorija parādīja, ka tagad ir iespējami EXAFS eksperimenti nanometru skalā (starptautiskais patents 2011.g.) un ar femtometru precizitāti (PRL 2008.g.)!

No 1982. gada Juris Purāns aktīvi darbojas, lai attīstītu Latvijā jaunu virzienu: sinhrotrona starojuma pielietošanu dabas zinātnēs. LU CFI J.Purāns izveidoja Baltijas valstīs pirmo EXAFS laboratoriju, kurā saglabā līderu pozīciju visa Baltijas reģionā. J.Purānam ir vairāk nekā 30 gadu ilga pieredze sinhrotrona starojuma jomā un tā pielietošanā fizikā, ķīmijā un biofizikā. J.Purānam ir bagāta eksperimentālā pieredze darbā ar unikāliem sinhrotrona starojuma avotiem: ESRF, SOLEIL (Francijā), ELETTRA (Itālijā), HASYLAB (Vācijā).

Pēdējie J. Purāna zinātniskie pētījumi ir saistīti ar jaunu sinhrotrona starojuma metožu attīstību: Rentgena absorbcijas spektroskopija ar femtometru precizitāti un X–TIP 7EP Eiropas projekts – skenējoša Rentgena absorbcijas nanoskopija. Paralēli EXAFS laboratorijā aktīvi tiek attīstīta Ramana spektroskopija, konfokālā un AFM mikroskopija, kā arī teorētiskā modelēšana. J. Purānam ir arī plaša pieredze oksīdu savienojumu sagatavošanas tehnoloģijā un to pētīšanā ar modernām metodēm. Izmantojot magnetronās izputināšanas iekārtas, ir iegūtas un izpētītas jaunas jaukto pārejas metālu nanokristāliskas plānās kārtiņas (ERAF–088, BKC). LU CFI uzsākta nepieciešamās pētniecības infrastruktūras veidošana «Nanostrukturēto un daudzfunkcionālo materiālu, konstrukciju un tehnoloģiju» VNPC objektos, izveidots LATNANO–C tīrtelpu kompleks. J.Purāna vadība veidojas speciāls iekārtu komplekss plāno kārtiņu izveidei un raksturošanai.

Pašlaik EXAFS laboratorija ir iesaistīta vairākos LZP, IZM, ERAF un starptautiskos projektos ar Franciju, Itāliju, Vāciju. J. Purāns ir vairāk nekā 270 zinātnisko darbu autors, no tiem 163 zinātniskā publikācija rediģējamos žurnālos, 131 starptautiskos žurnālos (http://www.researcherid.com/rid/E–8443–2010), no tiem 2 pārskati, 2 Phys.Rev.Lett., 1 Appl. Phys. Lett., 6 Phys. Rev. B. J. Purānam ir viens no augstākiem citēšanas H–indeksiem (h–23) Latvijā (viņa darbi ir citēti vairāk kā 1450 reizes starptautiskos žurnālos).