ИСТИНА

В последнее десятилетие большое внимание уделяется изучению наноструктурной организации материалов и взаимодействию различных уровней их организации между собой (нано, микро, макро), приводящему к возникновению определенных свойств. По мере развития нанотехнологии как самостоятельной области деятельности становились очевидными ее основные принципы: предельная миниатюризация устройств или элементов, которая придает им принципиально новые практически важные свойства; управление свойствами макроскопических объектов путем направленного изменения их структуры, начиная с наноуровня ее организации; создание материалов с определен-ной наноструктурой путем самосборки и самоорганизации. Все эти происходящие изменения в науке в подходах к изучению и созданию материалов касаются и почвоведения: основные свойства почв определяются их коллоидной составляющей, частью которой является гумус; органическое вещество, попадающее в почву, представляет собой самоорганизованные полимерные образования; почвы являются открытой системой, способной к самоорганизации. В связи с этим в работе целями выполнения настоящей НИР были: - определение и классификация наноструктур почв с помощью современных методов; - изучение взаимосвязи наноструктурной организации и физических, физико-химических, химических и биохимических функций почв; - изучение взаимосвязи наноструктур почв и почвенной биоты; - определение возможности управления экологическими функциями почв путем воздействия на их наноструктуры на примере повышения водоустойчивости почвенных агрегатов; - подготовка специального учебного курса «Наноструктуры почв»

В исследовании впервые показано, что в почвенных гелях происходит микрофазное рас-слоение под влиянием различных факторов – почвенных минералов, многозарядных катионов, органических веществ. Изучен состав минералов, входящих в почвенные гели, минеральную основу которых составляют кварц, слюды и полевые шпаты. Показано, что почвенные гели имеют многоуровневую систему организации, а их основой являются фрактальные кластеры из супермолекул гумусовых веществ. Предложен механизм возникновения и изменения нано-структурной организации в почвах и почвенных гелях. Впервые показана локализация наноформ почвенных микроорганизмов в почвенных гелях, покрывающих поверхность почвенных минералов. Впервые показано, что тяжелые металлы по-разному сорбируются различными типами почвенных гелей, что создает предпосылки для разработки методов очистки почв от поллютантов. Показано, что введение в почвы незначительных количеств модификаторов сильно влияет на фракционный состав гумуса, что изменяет существующие представления об его природе и строении. Полученные результаты позволяют проводить целенаправленный поиск мероприятий, дающих возможность восстанавливать деградированные почвы и менять почвенные свойства в желаемом направлении, в частности, путем повышения водоустойчивости почвенной структуры. Полученные экспериментальные данные позволили установить основные компоненты, входящие в состав почвенного поглощающего комплекса – макромолекулы гумуса, различные органические олигомерные и низкомолекулярные вещества, а также неорганические ионы, гидрооксополимеры элементов и наночастицы. Выдвинута гипотеза об объединении супрамолекулярных ансамблей в супраполимерную полиэлектролитную гумусовую матрицу. Было установлено, что почвенные гели, основой которых являются гумусовые вещества почв, имеют многоуровневую структурную организацию, которую можно изменять, вводя в почвы незначительные количества веществ-модификаторов. Впервые показано, что при взаимодействии гумусовых систем с минералами происходит микрофазное расслоение за счет выщелачивания из минералов полуторных окислов, увеличивающих гидрофобность супраполимерной гумусовой матрицы, что приводит к ее перестройке. В результате был сделан вывод о разном составе и наноструктурной организации гумусовой матрицы, находящейся как в соприкосновении с минералами, так и свободной от них. Это впервые объяснило существование в почвах двух видов гелевых структур: прочно связанных с почвой и богатых полуторными окислами и более подвижных обеспечивающих водоустойчивость почвенной структуры. Показано, что эти две группы почвенных гелей обладают очень сильно (на четыре порядка) отличающейся способностью по закреплению в них различных тяжелых металлов. Впервые определен состав минералов, армирующих почвенные гели. В первые в мировой науке и практике найдены модификаторы, которые при их введении в дерново-подзолистые почвы в количестве 10-15 кг/га повышают водоустойчивость структуры дерново-подзолистых почв до водоустойчивости черноземов. Водопрочность почвенных агрегатов, близкая к водопрочности агрегатов чернозема, возникает для некоторых поверхностно-активных веществ при дозах внесения в 20-30 раз меньших, чем при использовании самых лучших из разработанных искусственных почвенных клеев.