Агрегатная структура почв: энергетическая концепция, механизмы формирования и характеристика функциональной устойчивости, Хан К.Ю.

В результате выполнения проекта будет разработана концепция, объясняющая механизм образования и особенности функционирования почвенных агрегатов. Основу этой концепции составят теоретические представления о коллоидно-химическом состоянии вещества почвы, в которой наряду с коагуляционными, переходными и конденсационно-фазовыми контактами в процессе почвообразования образуются специфические водоустойчивые контакты — «гумусовые мостики», которые связывают между собой высокодисперсные частицы почвы и формируют в агрегатах пространственную сетку, характеризующейся механической прочностью и водоустойчивостью. Главное отличие данной концепции будет заключаться в том, что она направлена на исследование механизма контактных взаимодействий в дисперсных структурах почв, выяснение сущности и природы образования почвенных агрегатов, изучение процессов функционирования почвенных агрегатов в различных эколого-биогеохимических условиях почвообразования, чего до настоящего времени в почвоведении не проводилось. Другой отличительной особенностью предлагаемого подхода и методики от ранее используемых является получение основной структурной характеристики почвенного агрегата, связывающей функционально агрегатное сцепление почв с показателями, характеризующими общее содержание гумуса, степень гумификации, тип гумуса и степень бензоидности гуминовых кислот, являющимися важнейшими макроскопическими характеристиками гумусного состояния почв. Эти показатели отражают особенности строения гуминовых кислот и определяют формирование в агрегатах специфических водоустойчивых контактов. В этой связи данный проект направлен на решение следующих задач: 1) исследование молекулярных механизмов и реологических процессов, определяющих формирование структурных связей в почвенных агрегатах; 2) исследование прочностных и деформационных свойств «гумусовых мостиков», оценку их устойчивости к различным, внешним по отношению к почвам, факторам (температура, кислотность, поверхностно-активные вещества и др.); 3) исследование сопряжения процессов гумификации и процессов формирования структурных связей в почвенных агрегатах, обусловливающих их функциональную устойчивость; 4) создание коллоидно-химической модели агрегатной структуры почв; 5) характеристику функциональной устойчивости агрегатов, составляющих зонального ряд почв Европейской части России. Основная сложность заключается в том, что экспериментальное почвоведение в настоящее время не располагает методами определения агрегатного сцепления почв, характеризующего прочность водоустойчивой агрегатной структуры, которая, как и межфазная свободная энергия, является важнейшей макроскопической характеристикой микроскопических сил сцепления, проявляющихся в дисперсных системах через химические, электростатические и физические взаимодействия. Методика определения агрегатного сцепления разработана нашим коллективом. Она базируется на кинетической теории разрушения твердых тел и на теории усталостной прочности структурных связей в агрегатах. Данный метод позволит экспериментально определить критические величины, характеризующие диапазоны устойчивости, неустойчивости и разрушаемости структурных связей в почвенных агрегатах. Предлагаемый проект является логическим продолжением ранее выполняемого при поддержке РФФИ проекта № 04-05-49314. Результаты проекта позволят решать не только фундаментальные проблемы формирования структуры почв, но и оценивать её деградацию на самых ранних этапах проявления, которая связана с изменением свойств почвенных агрегатов и нарушением их функциональной устойчивости.