Восстановление свойств органоминеральных гелей в высушенных образцах почв

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Ранее установлено, что высушивание почв изменяет их свойства и, в частности, характеристики специфического органического вещества почв – гуминовых веществ (ГВ). ГВ – основа почвенных органоминеральных гелей, которые покрывают и связывают почвенные частицы. При удалении из почв воды происходит гидрофобизация и сжатие гелей, в результате чего свойства почвенных образцов могут меняться. Восстановление почвенных гелей воздушно-сухих образцов должно уменьшить расхождение данных, получаемых при изучении почвенных свойств высушенных и не подвергавшихся высушиванию образцов почв. Цель работы – поиск путей восстановления структуры почвенных гелей. Исследованы образцы 6 типов почв. В работе использовали методы вибрационной вискозиметрии, лазерной дифрактометрии, растровой электронной микроскопии (РЭМ), фотоколориметрии и кондуктометрии. Установлено, что высушивание почвенных образцов увеличивает размер надмолекулярных образований (НМО) из ГВ и снижает вязкость почвенных паст – параметр, характеризующий структуру и способность гелей к набуханию. Для восстановления структуры почвенных гелей предложено снижать размеры НМО из ГВ до исходных. Разделение НМО воздушно-сухих образцов проводили путём увлажнения почв и последующей обработкой различными воздействиями: температурой, ультразвуком и замораживанием. При помощи РЭМ показано, что нагрев и обработка ультразвуком не снижают, а увеличивают размер НМО. Увлажнение воздушно-сухих почв, выдержка во влажном состоянии на протяжении двух недель и последующее замораживание приближают вязкость паст ряда изученных почв к состоянию образцов, не подвергавшихся высушиванию. Этот процесс происходит за счёт возврата размера НМО к значениям исходных почв, о чём свидетельствуют данные по распределению размера взвешенных частиц на лазерном дифрактометре. Таким образом предложен метод восстановления гелевых структур в высушенных почвах до состояния исходных почв.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. Н. Федотов

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова

Автор, ответственный за переписку.
Email: gennadiy.fedotov@gmail.com
Россия, Москва

С. А. Шоба

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова

Email: gennadiy.fedotov@gmail.com

член-корреспондент РАН

Россия, Москва

Д. А. Ушкова

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова

Email: gennadiy.fedotov@gmail.com
Россия, Москва

И. В. Горепекин

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова

Email: gennadiy.fedotov@gmail.com
Россия, Москва

О. А. Салимгареева

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова

Email: gennadiy.fedotov@gmail.com
Россия, Москва

А. И. Сухарев

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова

Email: gennadiy.fedotov@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. ГОСТ 58595-2019 Почвы. Отбор проб. 8 с.
  2. Kaiser M., Kleber M., Berhe A. A. How air-drying and rewetting modify soil organic matter characteristics: an assessment to improve data interpretation and inference // Soil Biology and Biochemistry. 2015. V. 80. P. 324–340.
  3. Федотов Г. Н., Шеин Е. В., Ушкова Д. А., Салимгареева О. А., Горепекин И. В., Потапов Д. И. Надмолекулярные образования из молекул гуминовых веществ и их фрактальная организация // Почвоведение. 2023. № 8. С. 903–910.
  4. Шеин Е. В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с.
  5. Тюлин А. Ф. Органно-минеральные коллоиды в почве, их генезис и значение для корневого питания высших растений. М.: АН СССР, 1958. 52 с.
  6. Александрова Л. Н. Органическое вещество почвы и процессы его трансформации. Л.: Наука, 1980. 288 с.
  7. Cronan C. S., Cronan C. S. Mineral Weathering. Ecosystem Biogeochemistry: Element Cycling in the Forest Landscape. 2018. P. 87–100.
  8. Philippe A., Schaumann G. E. Interactions of dissolved organic matter with natural and engineered inorganic colloids: a review // Environmental science & technology. 2014. V. 48. № 16. P. 8946–8962.
  9. Воюцкий С. С. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1975. 512 с.
  10. Senesi N., Wilkinson K. J. Biophysical chemistry of fractal structures and processes in environmental systems. John Wiley & Sons, 2008. 342 p.
  11. Осипов В. И. Природа прочностных и деформационных свойств глинистых пород. М.: МГУ, 1979. 235 с.
  12. Шоба С. А., Потапов Д. И., Горепекин И. В., Ушкова Д. А., Грачева Т. А., Федотов Г. Н. Состояние почвенных гелей при разной пробоподготовке к вискозиметрии образцов дерново-подзолистой почвы // Доклады Российской академии наук. Науки о жизни. 2022. Т. 504. С. 240–244.
  13. Милановский Е. Ю. Гумусовые вещества почв как природные гидрофобно-гидрофильные соединения. М.: ГЕОС, 2009. 186 с.
  14. Оsterberg R., Mortensen K. Fractal dimension of humic acids. A small angle neutron scattering study // European Biophysics Journal. 1992. V. 21. P. 163–167.
  15. Angelico R., Colombo C., Di Iorio E., Brtnický M., Fojt J., Conte P. Humic substances: from supramolecular aggregation to fractal conformation – Is there time for a new paradigm? // Applied Sciences. 2023. V. 13. № 4. P. 2236.
  16. Вережников В. Н. Взаимодействие поверхностно-активных веществ и олигомерных электролитов в водных растворах // Вестник Воронежского государственного университета. Серия: Химия. Биология. Фармация. 2012. № 1. С. 29–32.
  17. Doerr S. H., Shakesby R. A., Walsh R. P. D. Soil water repellency: its causes, characteristics and hydro-geomorphological significance // Earth-Science Reviews. 2000. V. 51. № 1–4. P. 33–65.
  18. Скворцова Е. Б., Шеин Е. В., Абросимов К. Н., Романенко К. А., Юдина А. В., Клюева В. В., Хайдапова Д. Д., Рогов В. В. Влияние многократного замораживания-оттаивания на микроструктуру агрегатов дерново-подзолистой почвы (микротомографический анализ) // Почвоведение. 2018. № 2. С. 187–196.
  19. Dagesse D. F. Freezing cycle effects on water stability of soil aggregates // Canadian Journal of Soil Science. 2013. V. 93. № 4. P. 473–483.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
2. Рис. 1. Иерархическая модель наноструктурной организации почв. А – частицы-молекулы гуминовых веществ (ГВ); Б – фрактальный кластер из частиц-молекул ГВ; В – надмолекулярное образование из фрактальных кластеров; Г – фрагмент почвенного геля из надмолекулярных образований.

Скачать (212KB)
3. Рис. 2. Электронно-микроскопические фотографии НМО из образцов дерново-подзолистых почв Исх (исходный), ВС (воздушно-сухой) и УЗ (обработанный температурой и ультразвуком).

Скачать (208KB)
4. Рис. 3. Схема изменений системы из Ф-кластеров при различных воздействиях на неё.

Скачать (120KB)
5. Рис. 4. Влияние пробоподготовки почв на распределение в ней частиц по размерам (чернозём). Исходная, воздушно-сухая (ВС), воздушно-сухая увлажнённая до НВ и подвергнутая замораживанию-оттаиванию (замороженная).

Скачать (98KB)

© Российская академия наук, 2024