ИСТИНА

Поверхность твердой фазы почвы имеет основное значение в устойчивом функционировании почвы. От величины и свойств поверхности твердой фазы зависят поглотительная способность почв, фильтрационные, водоудерживающие и водоустойчивые свойства структуры, экологические условий среды обитания почвенной биоты. До настоящего времени поверхность твердой фазы почвы рассматривалась лишь как некоторая суммарная площадь, обратно пропорциональна размеру минеральных частиц, величину которой обуславливает гранулометрический и минералогический состав почв, и на которой происходят разнообразные процессы. Литературный анализ проблемы и собственные экспериментальные исследования приводят к выводу, что поверхность твердой фазы почвы имеет сложную пространственную организацию (архитектуру поверхности), состоящую из локально покрытой органическим веществом минеральной матрицы, изменяющуюся во времени и пространстве вследствие биологических, физических и химических процессов, происходящих на поверхностности раздела фаз. В настоящее время активно формируется новое междисциплинарное (почвоведение, геохимия, микробиология, гидрология, экология, сельское хозяйство) фундаментальное направление исследований поверхности твердой фазы почв как пространственно локально организованной, со сложной динамичной архитектурой, минеральной и покрытой амфифильным органическим веществом биогеохимической поверхности раздела: твердая фаза - почвенная влага - воздух. При таком подходе к анализу, оценке и функциональным особенностям поверхности твердой фазы основная проблема состоит в обосновании методов исследования, изучения поверхности раздела твердая фаза-влага-воздух как особой эволюционирующей деятельной поверхности, закономерности образования и функционирования которой до сих пор не ясны. Исследование такого явления биогеохимической природы включает изучение взаимосвязи между свойствами поверхностей почв и физическими, физико-химическими, химическими и биохимическими процессами в почвах, идентификацию основных литолого-физических и биологические факторов, управляющих архитектурой поверхностей биогеохимической природы, установление взаимозависимости между аналитическими характеристиками биогеохимической поверхности почв и водоустойчивостью агрегатной структуры, а также выявление основные причин и механизмов процессов деградации биогеохимической поверхности почв и факторов, обуславливающих ее регенерацию. Исследование биогеохимической поверхности почвы требует интеграции разнообразных методов и подходов: лабораторное моделирование процесса формирования и искусственной модификации биогеохимической поверхности, аналитические инструментальные исследования свойств поверхности твердой фазы, полевых исследования почв с антропогенно деградированной и естественно восстановленной поверхностью раздела твердой фазы. В результате осуществления проекта будут выявлены закономерности обрзования архитектуры поверхности раздела, взаимосвязь её свойств и архитектуры и функций, которые осуществляет поверхность твердой фазы почвы, что позволит развить положения о фундаментальном значении почвы в функционировании биосферы, выявить роль и значение поверхности твердой фазы как сложного природного явления биогеохимической природы, предложить новые способы управления почвенными процессами.

Поверхность твердой фазы почвы имеет основное значение в устойчивом функционировании почвы. От величины и свойств поверхности зависят поглотительная способность почв, фильтрационные, водоудерживающие и водоустойчивые свойства структуры, экологические условий среды обитания почвенной биоты. К основным количественным характеристикам, отражающим структуру, состав и свойства поверхности твердой фазы почв, относятся: - распределение частиц по размерам; - удельная поверхность по EGME и N2 исходных образцов и после окисления органического вещества; - контактный угол смачивания; - содержание адсорбированного углерода. Экспериментально показано, что водорастворимое органическое вещество и продукты метаболизма почвенной биоты являются основными агентами модификации свойств поверхности минеральных частиц. При этом происходит: - общее снижение и нивелирование различий в площади поверхности; - гидрофобизация поверхности; - формирование устойчивой фракции микроагрегатов с диаметром порядка 30 мкм Показано, что водопрочные агрегаты почв имеют больший контактный угол смачивания водой (и, соответственно, более гидрофобную поверхность) по сравнению с неводопрочными агрегатами. Водо- и механическая устойчивость агрегатной структуры повышается при иммобилизации на поверхности твердой фазы органического вещества гидрофильной природы. Совокупность экспериментальных данных по контактному углу смачивания твердой фазы почв и глинистых минералов (с природной и модифицированной поверхностью), денсиметрических фракций и водоустойчивых агрегатов позволяет уточнить концептуальную схему строения водоустойчивого агрегата. Ранее (Шеин, Милановский. 2003) предполагалось, что водоустойчивость агрегатной структуры связана с гидрофобизацией поверхности минеральных частиц сорбированным органическим веществом. В настоящее время мы считаем, что водоотталкивающую функцию в агрегате выполняют гидрофобные частицы свободного (FPOM) органического вещества, локализованные в поровом пространстве агрегата. В этом случае в агрегате подавляется перемещение капиллярной влаги и сохраняется ее пленочная миграция по поверхности минеральных частиц. Учитывая, что деградация агрегатной структуры черноземов сопровождается минерализацией гидрофильного органического вещества на поверхности минеральных частиц при сохранении гидрофобных компонентов гумуса (Милановский, 2009), для регенерации агрегатной структуры необходимо восстановление слоя адсорбированного органического вещества на минеральной фазе. Впервые в практике отечественного почвоведения определены реологические характеристики почв на модульном реометре MCR 302. Для почв разного генезиса выявлена высокая корреляция между содержанием органического вещества и прочностью межчастичных взаимодействий. Установлено, что иммобилизация водорастворимого органического вещества на минеральных частицах (модельных эксперимент по инкубации почв с листьями дуба) оказывает структурирующее действие в гумусово-аккумулятивных горизонтах почв. Для нижних горизонтов профиля, не содержащих гидрофобных органических частиц (FPOM) данного эффекта не наблюдается. Определена удельная поверхность гидрофильного вещества (Ритин, полиакриламид), гидрофобного вещества (Полисил, гидрофобизированный SiO2), глинистых минералов, торфа и почв разными методами (SH2O, SMB, SEGME, SN2). Предложено новое объяснение причины отличия величины поверхности по SH2O, SMB. При определении поверхности образцов, содержащих органическое вещество, кроме процесса сорбции происходит набухание органических молекул, при котором молекулы H2O/MB диффундируют внутрь органического материала. Определен компонентный состав гирофобно-гидрофильных компонентов ГВ денсиметрических фракций и экспериментально подтверждена гидрофобность поверхности свободных и окклюдированных органических частиц, теоретически предсказываемая на основе данных твердофазной 13С ЯМР спектроскопии.