Удельная поверхность и микроструктура поверхности твердой фазы почвенных субстратов разного генезиса
Автор: Широян М.М., Умарова А.Б., Федотова А.В., Бутылкина М.А.
Журнал: Бюллетень Почвенного института им. В.В. Докучаева @byulleten-esoil
Рубрика: Статьи
Статья в выпуске: 118, 2024 года.
Бесплатный доступ
Изучены сорбционные характеристики песка, торфа, горизонта Апах урбанозема г. Москвы и смеси данных субстратов во взаимосвязи с топографией поверхности их твердой фазы, исследованной методом сканирующей электронной микроскопии (СЭМ). Наибольшей способностью сорбировать азот обладает горизонт Апах, весьма низкие значения сорбции азота имеет торфяный субстрат. Иная картина взаимного расположения изотерм сорбции субстратов наблюдается в случае использования паров воды в качестве сорбирующегося газа. Высокими значениями сорбированной влаги во всем исследуемом диапазоне относительной влажности выделяется торф. Это ведет к различиям при ранжировании субстратов по величинам удельной поверхности в порядке убывания ее значений. Так, удельная поверхность по воде в ряду торф/гор. Апах / смесь / песок составила: 420 / 72 /45 / 4 м2/г соответственно. Удельная поверхность по азоту снижалась в иной последовательности: 8.31 / 2.41 / 1.45 / 0.55 м2/г для гор. Апах, смеси, торфа, песка соответственно. Анализ микроструктурных характеристик методом СЭМ при различных увеличениях выявил наиболее развитую, шероховатую поверхность пахотного горизонта. Он оказался геометрически наиболее разнообразен даже при увеличениях 20 000. Разнообразие и неоднородность рельефа поверхности раздела фаз ведет к возникновению гистерезиса кривых сорбции/десорбции. Его выраженность по диапазону концентрации паров азота, в котором обнаруживается гистерезис, и по максимальной ширине петли гистерезиса также оказалась наибольшей в горизонте Апах. Очень низкая удельная поверхность по азоту торфа, близкая песчаному субстрату, связана с наличием органических пленок, драпирующих и выравнивающих поверхность частиц торфа, что было выявлено при анализе изображений, полученных методом сканирующей электронной микроскопии. Сорбция воды показала их высокую гидрофильность, что привело к высоким значениям влажности субстрата во всем исследуемом диапазоне относительной влажности воздуха.
Гидросорбция, десорбция азота, сканирующая электронная микроскопия, гистерезис кривых сорбции, торф, песок
Короткий адрес: https://sciup.org/143182524
IDR: 143182524 | DOI: 10.19047/0136-1694-2024-118-167-187
Список литературы Удельная поверхность и микроструктура поверхности твердой фазы почвенных субстратов разного генезиса
- Витязев В.Г., Чижикова Н.П., Шевченко А.В. Удельная поверхность и состав минералов илистых фракций подзолистых почв // Известия ТСХА. 1983. Вып. 3. С. 98-104.
- Воронин А.Д. Структурно-функциональная гидрофизика почв. М.: Изд-во МГУ, 1984. 204 с.
- Воронин А.Д., Витязев В.Г. К оценке величины внешней и внутренней удельных поверхностей твердой фазы почв по изотерме десорбции паров воды // Почвоведение. 1971. № 10. С. 50-57.
- Руководство по эксплуатации программного обспечения 3P meso 222. Анализатор удельной поверхности и пористости. Версия ПО 20.05.хх // 3P Instruments GmbH&Co. KG. 2021.
- Сапожников П.М. Удельная поверхность почвы, ее изменение при почвообразовательных процессах и связь с физическими свойствами: Автореф. дис. … к. с.-х. н. 06.01.03 - Агрофизика. М.: МГУ, 1982. 28 с.
- Смагин А.В., Садовникова Н.Б., Назарова Т.В., Кирюшова А.Б., Машика А.В., Еремина А.М. Влияние органического вещества на водоудерживающую способность почв // Почвоведение. 2004. № 3. С. 312-321.
- Солопов С.Г. Влияние дисперсности на структуру и физико-механические свойства торфа в связи с задачей получения качественного кускового топлива из залежей с пониженной влажностью // Труды Инсторфа. 2010. № 1(54). С. 55-77.
- Сусленкова М.М., Умарова А.Б., Бутылкина М.А. Микроструктура почв разного генезиса и ее трансформация в составе конструктоземов в условиях г. Москвы // Почвоведение. 2018. № 10. С. 1265-1273. https://doi.org/10.1134/S1064229318100125.
- Теории и методы физики почв / под ред. Е.В. Шеина, Л.О. Карпачевского. М., Тула: Гриф и К, 2007. 616 с.
- Умарова А.Б., Сусленкова М.М., Бутылкина М.А., Салимгареева О.А., Кокорева А.А., Ежелев З.С., Гасина А.И. Гидросорбционные и микроструктурные характеристики почвенных субстратов разного генезиса и их изменение в составе конструктоземов // Почвоведение. 2019. № 11. С. 1346-1355. https://doi.org/10.1134/S0032180Х19110121.
- Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с.
- Харитонова Г.В., Манучаров А.С., Смагин А.В., Витязев В.Г, Дембовецкий А.В. Адсорбция паров воды почвами и почвенными агрегатами. Тула: Гриф и К, 2009. 100 с.
- Aharoni C. Interaction between adsorption and condensation processes in a pore and its effect on hysteresis // Chemical Engineering Communications. 2002. Vol. 184(4). P. 429-435.
- Ben-Dor E., Banin A. Near-infrared analysis as a rapid method to simultaneously evaluate several soil properties // Soil Science Society of America Journal. 1995. No. 59. P. 364-372.
- Ersahin S., Gunal H., Kutlu T., Yetgin B., Coban. Estimating specific surface area and cation exchange capacity in soils using fractal dimension of particle-size distribution // Geoderma. 2006. Vol. 136. P. 588-597.
- Farrar D.M. The use of vapor-pressure and moisture-content measurements to deduce the internal and external surface area of soil particles // J. Soil. Sci. 1963. Vol. 14. No. 2. P. 33-321.
- Giesche H., Unger K., Muller U., Esser U. Hysteresis in nitrogen sorption and mercury porosimetry on mesoporous model adsorbents made of aggregated monodisperse silica spheres // Colloids and Surfaces. 1989. Vol. 37.P. 93-113.
- Glushakova A.M., Kachalkin A.V., Umarova A.B. et al. Yeast complexes in urban soils of some southern cities of Russia (Krasnodar, Maykop, Simferopol and Sochi) // Microbiology. 2020. Vol. 89. No. 5. P. 603-608.
- Heister K. The measurement of the specific surface area of soils by gas and polar liquid adsorption methods - Limitations and potentials // Geoderma. 2014. Vol. 216. P. 75-87. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2013.10.015.
- Hepper E.N., Buschiazzo D.E., Hevia G.G., Urioste A., Anton L. Clay mineralogy, cation exchange capacity and specific surface area of loess soils with different volcanic ash contents // Geoderma. 2006. Vol. 135. P. 216-223.
- Jahanban L., Ebrahimi E., Moradi S., Fallah M., Geiratie Arani L., Mohajer R. Estimation of soil specific surface area using some mechanical properties of soil by artificial neural networks // Environ Monit Assess. 2018. Vol. 190. P. 614. https://doi.org/10.1007/s10661-018-6980-0.
- de Jong E. Comparison of three methods of measuring surface area of soils // Canadian Journal of Soil Science. 1999. Vol. 79. P. 345-351. https://doi.org/10.4141/S98-069.
- Jozefaciuk G. Surface properties and related phenomena in soils and plants // Encyclopedia of agrophysics. Springer, 2011. P. 877-886.
- Niskansen R., Mantylahti V. Determination of soil specific surface area by water vapor adsorption III Comparison of surface areas determined by water vapor and nitrogen gas adsorption // J. of Agricultural Science in Finland. 1988. Vol. 60. P. 73-79.
- Petersen L.W., Moldrup P., Jacobsen O.H., Rolston D.E. Relatons between specific surface area and soil physical and chemical properties // Soil Science. 1996. No. 161. P. 9-21. https://doi.org/10.1097/00010694-199601000-00003.
- Puckett W.E., Dane J.H., Hajek B.F. Physical and mineralogical data to determine soil hydraulic properties // Soil Science Society of America Journal. 1985. No. 49. P. 831-836.
- Ratner-Zohar Y., Banin A., Chen Y. Oven drying as pretreatment for surface-area determination of soils and clays // Soil Science Society of America Journal. 1983. No. 47. P. 1056-1058.
- Rudzinski W., Everett D.H. Adsorption of gases on heterogeneous surfaces. London: Academic, 1992. Chapters 5-10.
- Simsek U., Mikailsoy F., Erdel E. et al. Subsoil compaction: the intensity of manifestation in silty clayey calcic pantofluvic fluvisols of the Iğdır region (Eastern Turkey) // Eurasian Soil Science. 2019. Vol. 52. No. 3. P. 296-299.
- Totsche K.U., Rennert T., Gerzabek M.H., Kogel-Knabner I., Smalla K., Spiteller M., Vogel H.-J. Biogeochemical interfaces n soil: the interdisciplinary challenge for soil science // J. Plant Nutr. Soil Sci. 2010. Vol. 173. P. 88-99.
- Yu D., Zha Y., Shi L. et al. Spatiotemporal sampling strategy for characterization of hydraulic properties in heterogeneous soils // Stochastic Environmental Research and Risk Assessment. 2020. No. 35(3). P. 737-757. https://doi.org/10.1007/s00477-020-01882-1.
