ИСТИНА

В проекте на основе всесторонней экспериментальной и теоретической разработки представлений о коллоидно-гелевых структурированных системах в почвах, будут установлены строение почвенных гелей, изменение их структуры под влиянием различных факторов, а также влияние строения почвенных гелей на формирование свойств почв. В результате обнаруженной нами с использованием метода малоуглового рассеяния нейтронов фрактальной организации почвенных коллоидов появилась возможность изучать коллоидные структуры непосредственно в почвах (in situ) без их выделения. Это позволяет исключить влияние процессов подготовки образцов на получаемые результаты и проводить исследования почвенных коллоидных структур при любой влажности, температуре, давлении, химических воздействиях. Подобная информация о почвах в мировой практике получена впервые, что открывает перед коллективом большие перспективы для дальнейших исследований. Планируется соотнести результаты, полученные методом малоуглового рассеяния нейтронов, в первую очередь, с данными по ионообменной способности и структурно-механическим свойствам почв, дополняя их результатами электронно-микроскопических исследований. Впервые в отечественном и мировом почвоведении также планируется системно и всесторонне исследовать не гумус, а гумусовый студень, являющийся основой почвенных гелей, и найти взаимосвязь строения и состава гумусового студня со свойствами почв. Дальнейшая разработка представлений о гелях и коллодно-гелевых структур в почвах позволит по-новому взглянуть на почвы и пояснит динамичность ряда их свойств.

Методом малоуглового рассеяния нейтронов изучено изменение фрактальных характеристик коллоидных структур чернозема, дерново-подзолистой почвы и краснозема. Показано, что фрактальные свойства почвенных коллоидов изменяются в результате трансформации гумусовой матрицы и находящихся в ней минералов. Выдвинуто предположение о том, что структурные перестройки армированного гумусового студня при изменении влажности почв представляют собой реорганизации структур, образованных дифильными молекулами и дифильными участками макромолекул. Методом рентгено-локального анализа был определен химический состав частиц, содержащихся в гелях чернозема, дерново-подзолистой и серой лесной почв. Показано, что основными минералами, которые имеются в гелевых пленках, являются минералы группы кремнезема, полевые шпаты и глинистые минералы из группы иллита – иллит, глауконит, гидробиотит. Кремнезем и полевые шпаты являются основными минералами гелевых пленок дерново-подзолистых почв, а также широко представлены среди крупных частиц черноземов и серых лесных почв. Минералы группы иллита, в основном, сосредоточены в гелевых пленках среди мелких частиц (1-5 мкм). Они являются основными минералами черноземов. Было проведено изучение гелевых пленок, выделенных из почв, методом атомно-силовой микроскопии. Показано, что гумусовый студень армирован наночастицами слоистых минералов, которые ориентированы параллельно поверхности гелевых пленок и образуют текстуру. Выяснено, что поверхность гелевых пленок и находящихся в ней частиц покрыта слоем гумусового студня меньшей плотности, то есть армирующие наночастицы расположены внутри гумусового студня. При изучении содержания тяжелых металлов было показано, что содержание меди в гелевых пленках почти на два порядка выше, а содержание цинка на два порядка ниже, чем в почвах. Сделан вывод о том, что почвенные гели неоднородны, так как кроме выделяемых гелевых пленок, которые накапливают медь и в меньшей степени кадмий существуют еще какие-то нанообразования накапливающие цинк. Был проведен теоретический анализ накопленной в почвоведении и смежных науках информации о наноструктурной организации и причинах возникновения систем подобных коллоидной составляющей почв. Показано, что наноструктурная организация, определяющая многие важнейшие свойства почв, есть результат микрофазного расслоения супраполимерной гумусовой матрицы, возникающей за счет слабых взаимодействий между макромолекулами, олигомерными и низкомолекулярными веществами гумуса, неорганическими наночастицами, гидрооксополимерами и ионами. Экспериментальная проверка подтвердила наличие наноструктур различных типов, образующихся путем микрофазного расслоения, как в модельных гумусовых системах, так и в нативных гелях, выделенных из почв. Понимание происходящих в почвенном поглощающем комплексе процессов самоорганизации позволяет проводить целенаправленный поиск мероприятий, дающих возможность изменять наноструктурную организацию почв и, как следствие, менять почвенные свойства в желаемом направлении.