IX Всероссийская конференция молодых ученых с международным участием «Почвоведение: Горизонты будущего. 2025»

Сухарев Алексей Игоревич

МГУ имени М.В. Ломоносова


Сессия

25.09
16:16
2мин
Влияние высушивания на свойства почв и поиск путей их восстановления
Сухарев Алексей Игоревич

В 30-50-х годах XX века А.Ф. Тюлин изучил химические особенности поверхности почвенных коллоидов и их взаимодействие с жидкой фазой почв. В результате исследований были разработаны новые представления о строении почвенных коллоидов в виде пленок-гелей, которые могут покрывать поверхность минеральных частиц или находиться в свободном состоянии. Более поздние исследования показали, что связующим агентом в почвенных гелях являются надмолекулярные образования (НМО) гуминовых веществ. При высушивании они сближаются и формируют более крупные НМО. Это может служить причиной изменения свойств почв при высушивании, известного из литературы. Для возврата структуры почвенных гелей в состояние, предшествующее высушиванию, следует предпринять попытку отделить надмолекулярные образования друг от друга. Контроль восстановления в этом контексте следует проводить по показателям, которые характеризуют взаимодействие твердой и жидкой фаз: вязкость почвенных паст и водоудерживающая способность почв.
Целью работы являлся поиск способов восстановления свойств почвенных образцов, прошедших высушивание, до состояния образцов, высушиванию не подвергавшихся.
Исследования проводили на образцах почв, отобранных из гумусово-аккумулятивных горизонтов почв зонального ряда:
 дерново-подзолистой (Московская обл.);
 серой лесной (Владимирская обл.);
 чернозем выщелоченный (Орловская обл.).
Мы выдвинули предположение, что для разделения НМО, стянувшихся при высушивании, требуется дополнительная энергия. Однако растровая микроскопия показала, что нагрев и ультразвуковая обработка, напротив, усиливают гидрофобные связи и укрупняют НМО. В качестве альтернативы применили метод замораживания. Он может быть эффективен по двум причинам: низкая температура ослабляет гидрофобные связи, а расширение воды при кристаллизации создает механическое воздействие, разрывающее связи между НМО.
Процесс разделения надмолекулярных образований и их возврата к исходному состоянию мы оценивали при помощи вибрационной вискозиметрии. Выбор метода связан с тем, что вязкость почвенных паст, обусловленная способностью гелей набухать, зависит от их строения. Чем менее прочно НМО связаны в гелях между собой, тем сильнее гели должны набухать, вбирая в себя воду и увеличивая вязкость почвенных паст.
Эксперименты показали, что вязкость высушенных образцов удается восстановить до значений образцов, не подвергавшихся высушиванию. Для этого необходимо увлажнить образцы до влажности НВ и выдержать 14 суток, после чего провести заморозку при -20℃.
Данные вискозиметрии подтвердили методом лазерной дифрактометрии: после замораживания в образце чернозема наблюдался заметный рост количества мелких частиц по сравнению с воздушно-сухим состоянием, что свидетельствует о высвобождении НМО. После проведения экспериментов по вязкости была проведена оценка влияния высушивания на основную гидрофизическую характеристику. Фрагмент кривой водоудерживания получали методом равновесного центрифугирования. Результаты свидетельствуют, что высушенный-увлажненный и выдержанный во влажном состоянии в течение суток образец имеет заметно меньшую водоудерживающую способность по сравнению с образцом, который не подвергался высушиванию. При использовании циклов замораживания-оттаивания наблюдается смещение кривой водоудерживания в направлении образца, не подвергавшегося высушиванию. Однако полного восстановления добиться не удается.
Было предположено, что для более полного восстановления следует увеличить силы отталкивания между НМО. Для этого можно повысить отрицательный заряд НМО путем повышения рН. В ходе экспериментов показано, что добавление к чернозему аммиачной воды с рН 10,5 и выдерживание его в увлажненном состоянии 3 суток позволяет восстановить водоудерживающую способность высушенного чернозема до значений образца, не подвергавшегося высушиванию.
Таким образом, разделение НМО в органоминеральных гелях можно рассматривать как направление восстановления свойств высушенных почвенных образцов до состояния образцов, не подвергавшихся высушиванию.

1.10. Методологические аспекты экспериментов и исследований в почвоведении
Стенд-холл 1 (коридор 3 этажа)