Взаимосвязь механизмов формирования эрозионной стойкости и водоустой чивости почв

Аннотация

Формула Кузнецова связывает параметры эрозионной стойкости и водоустойчивости почв. Однако механизм возникновения данных свойств различен: водоустойчивость объясняют действием внутриагрегатных гидрофобных связей между гуминовыми веществами, а эрозионную стойкость — размером водопрочных агрегатов и силой их сцепления друг с другом. При этом природа межагрегатных связей, обеспечивающих эрозионную стойкость, остается неясной. Цель работы состояла в уточнении механизма эрозионной стойкости почв путем проверки существования связи между устойчивостью почв к действию воды на гидролотке и водоустойчивостью их агрегатов. В работе использовали образцы гумусово-аккумулятивных горизонтов почв: дерново-подзолистой и чернозема выщелоченного. Для получения образцов с одним агрегатным составом, но отличающихся по эрозионной стойкости в работе использованы почвенные полимерные мелиоранты (ППМ). Эрозионную стойкость почв определяли на гидролотке и рассчитывали критическую скорость смыва. Водоустойчивость почв оценивали методом лезвий. Размер частиц в растворах оценивали методом лазерной дифрактометрии. Установлено, что на почвах, обработанных ППМ, результаты методов лотка и лезвий коррелируют на 99%. Высокая корреляция позволяет предположить единую природу внутри- и межагрегатных связей. Для проверки роли гидрофобных взаимодействий в формировании агрегатов, устойчивых к действию воды, в модельном эксперименте к водным растворам гуматов добавили полимеры разной степени гидрофобности: полиэтиленгликоль (ПЭГ), полиакриламид (ПАА) и поливиниловый спирт (ПВС). Параллельно оценили водоустойчивость почв, обработанных ПЭГ, ПАА и ПВС. Анализ результатов показал, что наибольшая водоустойчивость агрегатов отмечена при добавлении в почвы самого гидрофобного полимера — поливинилового спирта, который формировал наиболее крупные частицы при взаимодействии с гуматом в модельном опыте. Эти результаты подтверждают роль гидрофобных взаимодействий в образовании агрегатов и свидетельствуют, что при подборе полимеров-структуров следует учитывать их взаимодействие не с глинистыми минералами, а почвенными гелями, которые включают в себя глинистые минералы и гуминовые вещества.

Литература

1.    Бабаев М.П., Гурбанов Э.А. Противоэрозионная стойкость орошаемых почв Азербайджанской Республики // Почвоведение. 2010. № 12.
2.    Глушко А.Я., Фролко Д.С. Особенности управления эрозированными земельными ресурсами Юга России // Terra economicus. 2012. Т. 10, № 3–2.
3.    Кузин Е.Н., Арефьев А.Н., Кузина Е.Е. Изменение плодородия почв. Пенза, 2013.
4.    Кузнецов М.С., Глазунов Г.П. Эрозия и охрана почв: Учебник для вузов, 3-изд., испр. и доп. М., 2019.
5.    Кульман А. Искусственные структурообразователи почвы. М., 1982.
6.    Потапов Д.И. Влияние влажности на гидрофильно-гидрофобные свойства почв различных типов // Экологический вестник Северного Кавказа. 2022. Т. 18, № 1.
7.    Ревут И.Б., Масленкова Г.Л., Романов И.А. Химические способы воздействия на испарение и эрозию почвы. Л., 1973.
8.    Тюлин А.Ф. Органо-минеральные коллоиды в почве, их генезис и значение для корневого питания высших растений. М., 1958.
9.    Ушкова Д.А., Конкина У.А., Горепекин И.В. и др. Устойчивость агрегатов пахотных почв: экспериментальное определение и нормативная характеристика // Почвоведение. 2023. № 2.
10.    Федотов Г.Н., Шеин Е.В., Ушкова Д.А. и др. Надмолекулярные образования из молекул гуминовых веществ и их фрактальная организация // Почвоведение. 2023а. № 8.
11.    Федотов Г.Н., Шоба С.А., Ушкова Д.А. и др. Природа связей в формировании водоустойчивости почвенных агрегатов // Доклады РАН. Науки о земле. 2023б. Т. 513, № 2.
12.    Холодов В.А. Способность почвенных частиц самопроизвольно образовывать макроагрегаты после цикла увлажнения и высушивания // Почвоведение. 2013. № 6.
13.    Шеин Е.В., Милановский Е.Ю. Органическое вещество и структура почвы: учение В.Р. Вильямса и современность // Известия ТСХА. 2014. № 1.
14.    Angelico R., Colombo C., Di Iorio E. et al. Humic substances: from supramolecular aggregation to fractal conformation – Is there time for a new paradigm? // Applied Sciences. 2023. Vol. 13, № 4.
15.    García‐Ruiz J.M., Beguería S., Lana‐Renault N. et al. Ongoing and emerging questions in water erosion studies // Land Degradation & Development. 2017. Vol. 28, № 1.
16.    Márquez C.O., Garcia V.J., Cambardella C.A. et al. Aggregate-Size Stability Distribution and Soil Stability // Soil Sci. Soc. of Am. J. 2004. Vol. 68, № 3.
17.    Panova I.G., Demidov V.V., Shulga P.S. et al. Interpolyelectrolyte complexes as effective structure-forming agents for Chernozem // Land Degradation & Development. 2021. Vol. 2, № 2.
18.    Piccolo A., Mbagwu J.S. C. Role of hydrophobic components of soil organic matter in soil aggregate stability // Soil Sci. Soc. of Am. J. 1999. Vol. 63, № 6.
19.    Senesi N., Wilkinson K.J. Biophysical chemistry of fractal structures and processes in environmental systems. John Wiley & Sons. 2008.
20.    Tisdall J.M., Oades J.M. Organic matter and water stable aggregates in soils // J. Soil Sci. 1982. № 33.
21.    Totsche K.U., Amelung W., Gerzaber M.H. et al. Microaggregates in soils // J. of Plant Nutr. and Soil Sci. 2018. Vol. 181, № 1.