Молекулярные межфазные взаимодействия в почвах

• Автор: Харитонова, Галина Владимировна
• Шифр специальности: 06.01.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 241 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Молекулярные межфазные взаимодействия в почвах (литературный обзор)

1.1. Молекулярные межфазные взаимодействия «твердая фаза-пары воды»

1.2. Молекулярные межфазные взаимодействия «глинистые минералы — растворимые соли»

Глава 2. Объекты и методы исследования

Глава 3. Разработка регрессионной модели сорбции паров воды почвами

воды почвами

Глава 4. Проверка и использование модели адсорбции паров

воды почвами

4.1. Статистический анализ модели адсорбции паров воды почвами

4.2. Уравнение для описания полной изотермы адсорбции паров воды почвами и почвенными агрегатами
4.2.1. Уравнение для описания полной изотермы адсорбции паров воды почвами
4.2.2. Уравнение для описания полной изотермы адсорбции паров воды почвенными агрегатами
Глава 5. Модель адсорбционного взаимодействия паров воды
с твердой фазой почв и расчеты по модели
Глава 6. Взаимодействие растворимых солей с глинистыми минералами
6.1. Изменение гидрофизическихсвойств глинистых минералов
под влиянием растворимых солей
6.2. Влияние растворимых солей на состав глинистых минералов
6.3. Влияние растворимых солей на микроструктуру глинистых минералов
Выводы
Приложения
Список литературы

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в почвоведении и агрофизике активно развивается структурно-функциональное направление изучения почв и ее компонентов на ионно-молекулярном уровне. Для прогноза сорбционного поведения почв (сорбция влаги, загрязняющих веществ, тяжелых металлов в том числе) наиболее продуктивным подходом, как показали работы А.Д. Воронина, А.М. Глобуса, Б.В. Дерягина, Н.В. Чураева, A.A. Роде, Г'.В. Добровольского, Е.Д. Никитина, В.В. Добровольского, Т.А. Соколовой, J.H. Fink, R.D. Jackson, J.R. Philip, G. Sposito, A. Manceau, R. Dähn, M.L. Schlegel, S.I. Tsi-pursky, V.A. Drits и др., является системное изучение сорбционных центров поверхности твердой фазы почв, ее отдельных наиболее активных компонентов, а именно глинистых минералов, которые входят в состав илистой фракции. Межфазные взаимодействия, происходящие на границе раздела твердой фазы почв и почвенной влаги, а также почвенного воздуха, определяют большинство почвенных процессов и формируют на молекулярном уровне функции почв в биосфере.
Актуальность исследования заключается в разработке системных подходов для описания межфазных молекулярных взаимодействий, происходящих на поверхности твердой фазы почв, ее наиболее активных компонентов - глинистых минералов. Эти взаимодействия определяют интенсивность протекания сорбционных процессов и устойчивость очищающей функции почв в биосфере, процессы сорбции/десорбции почвенной влаги, от которых зависит почвенная структура и межчастичные взаимодействия (Добровольский, Никитин, 1990; Карпачевский, 2005; Соколова, Дронова, Толпешта, 2005; Шейн, 2005; Шейн, Карпачевский, 2007 и др.). Изучение фундаментальных основ межфазных взаимодействий в почвах на различных иерархических структурных уровнях позволит анализировать, прогнозировать и научно обосновывать управленческие решения по экологическим функциям почв в ландшафте и биосфере в целом.

Для разработки модели сорбции паров воды почвами в качестве базовых были использованы изотермы сорбции (адсорбция и десорбция), полученные сорбционно-статическим методом. Сорбцию паров воды проводили в статических условиях над насыщенными растворами солей и серной кислоты в вакуумных эксикаторах при 20°С (±0.1 °С). Экспериментальные точки получены для основных участков изотерм сорбции 0<р/ро <0.3-0.4, 0.3-0.4<р/ро <0.6-0.8 и 0.6-0.&<р/ро <1. Навески образцов почв 3-10 г, повторность опыта двукратная. Навески образцов глинистых минералов 1.5-2.0 г, повторность опытов пятикратная. В процессе сорбции массу образцов определяли с точностью до ±0.1 мг. Для почв изотермы десорбции сняты в двух вариантах. В первом варианте (десорбция 1) изотермы получены по стандартной методике сорбционно-статического метода - исходно воздушно-сухие образцы насыщали парами воды при р/р0 - 0.980. Во втором варианте опыта (десорбция 2) образцы предварительно увлажняли до влажности, равной примерно наименьшей влагоемкости. Дополнительно были получены изотермы адсорбции паров воды фракциями почвенных агрегатов из гумусово-аккумулятивных горизонтов почв. Фракции почвенных агрегатов определенных размеров получали путем просеивания воздушно-сухих образцов почвы из горизонта А через колонку сит с отверстиями диаметром 0.10, 0.25, 0.50, 1, 2, 3, 5, 7 и 10 мм.
Для сравнения и подтверждения разрабатываемой модели были использованы изотермы сорбции паров воды, полученные газохроматографическим и изопиестическим методами. Газохроматографическим методом были получены изотермы десорбции паров воды (прил. 1) для дерново-подзолистых песчаных почв сосновых биогеоценозов Подмосковья (о. Ло-хин в среднем течении р. Москва), Приокско-Террасного заповедника, Бе-лоомутского лесничества в долине р. Ока и Серебряноборского опытного лесничества (Смагин, 2005). Изопиестическим методом (Киргинцев, Лукьянов, 1963) были получены изотермы сорбции паров воды (цикл адсорбция-десорбция) почв, сформированных на суглинисто-глинистых отложе-