ИСТИНА

Основная задача проекта состоит в комплексном количественном исследовании и моделировании поведения гидрофильных гелей на примере СПГ в биологически-активных почвенных средах и конструкциях в связи с разработкой современных технологий оптимизации их физического состояния и водоудерживающей способности. На первом этапе проекта планировалось приобретение 4-5 видов СПГ и осуществление лабораторного анализа их влияния на физическое состояние (плотность, дифференциальную пористость, структуру порового пространства и т.д.) и водоудерживающую способность коллекционных образцов почв разного генезиса и дисперсности с использованием модифицированного метода равновесного центрифугирования для оценки ОГХ и функции влагопроводности. Также ставились задачи оценки влияния засоления (осмотического стресса) на набухание гидрофильных гелей в минеральных почвенных субстратах и закладки опытов по биодеструкции гидрогеля в разных гидротермических условиях для выявления негативных эдафических факторов воздействия на СПГ в биологически активных поликомпонентных почвенных средах. Планировалось проведение колоночных экспериментов по инфильтрации вязких растворов СПГ с оценкой характеристик его транспорта (вымываемости) и фиксации в поровом пространстве, а также изучение влияния СПГ на доступность влаги растениям, диапазон доступной влаги и скорость физического испарения На втором этапе проекта планировалась разработка совместных моделей ОГХ почвенных физических систем под воздействием гидрофильных гелей с известной концентрацией на базе аддитивности термодинамических потенциалов, получение и обобщение информации о влиянии СПГ на свойства и функционирование почвенных конструкций в лабораторных (макеты малого размера) и полевых условиях, моделирование биодеградации СПГ в переменных гидротермических условиях. На основе проведенных исследований и технологического моделирования выявление наиболее перспективных и рентабельных видов СПГ как почвенных кондиционеров нового поколения и научное обоснование регламента инновационной технологии конструирования почв в поливном земледелии и городском ландскейпинге с использованием СПГ в качестве материала аккумулирующих влагу элементов (слоев) корнеобитаемой зоны. На третьем (завершающем) этапе планировалось получение и обобщение на количественном уровне информации полевых экспериментов о влиянии СПГ на водно-воздушный, температурный режимы, относительную влажность воздуха, эмиссию диоксида углерода (дыхание почв), водяного пара (испарение), непродуктивный гравитационный отток, поглощение угарного газа и фитопродуктивность в различных вариантах почвенных конструкций для поливного земледелия и городского ландскейпинга. При этом планировалось использование оригинальных методические разработки и новой нормативно-критериальная база для количественной оценки режимов функционирования почв и почвенных конструкций в полевых условиях. Также ставилась задача обоснования регламента эксплуатации почвенных конструкций и разработки методики ресурсной оценки техногенного загрязнения почв и экологического нормирования этого фактора с использованием данных о физической организации почв в виде профильного распределения поллютантов и варьирования плотности сложения почвогрунтов. Гелевые структуры являются неотъемлемым компонентом биологических и биокосных систем, реализующим в них жизненно-важную функцию депонирования влаги и растворенных веществ в переменных термодинамических условиях. Однако в отличие от биологических объектов клеточного строения, поведение гелей и их влияние на функциональные свойства в биокосных системах на количественном уровне почти не изучены. Перспективные возможности в решении этой проблемы открываются при исследовании продуктов органического синтеза с известным строением и свойствами в форме сильнонабухающих полимерных гидрогелей (СПГ), применяющихся в современных технологиях кондиционирования и конструирования почв. В этой связи инициативный проект направлен на комплексное количественное исследование и моделирование поведения разных видов СПГ в биологически активных почвенных средах и конструкциях с выявлением как позитивных (увеличение водоудерживающей способности, оструктуривание, снижение непродуктивных потерь влаги), так и негативных (биодеструкция, вымывание полимеров, подавление их набухания со стороны твердой и жидкой фаз) эффектов. Несмотря на обилие исследовательских и рекламных публикаций по СПГ, подобный комплексный анализ в науке о почвах до сих пор не проводился. Его осуществление на базе фундаментального термодинамического подхода и оригинальных методических разработок позволит не только развить на современном уровне теоретические представления о динамике структурно-функциональной организации почвенных физических систем под воздействием гидрогелей, но и разработать рекомендации по использованию СПГ в инновационных технологиях почвенного конструирования.

На базе авторских методов инструментального анализа исследовано влияние сильнонабухающих полимерных гидрогелей (СПГ) на термодинамическое состояние влаги, структурные и гидрофизические характеристики почв и грунтов разного генезиса и дисперсности в диапазоне потенциала почвенной влаги от 0 - 600 Дж/кг. Для грубодисперсных песчаных образцов дозы СПГ в 0,1-0,2 % (по массе) достоверно повышают в 2-3 раза водовместимость,капиллярную и наименьшую влагоемкости, диапазон активной влаги, количество тонких микро и мезопор, интегральную энергию водоудерживания, доводя эти показатели до уровня суглинистых почв. Применение СПГ в почвах тяжелого гранулометрического состава (дерново-подзолистые, агросерые, черноземы) в целом не рентабельно, несмотря на возможность увеличения их водоудерживающей способности в области, близкой к состоянию насыщения влагой. Главными ограничивающими факторами использования СПГ в биологически-активных пористых средах является биодеструкция (13-30% потенциалные потери массы за вегетационный сезон) и засоление (от 2-4 дСм/м по электропроводности паст). Наиболее эффективным способом применения СПГ является создание слоистых почвенных конструкций с внесением 0,1-0,2% доз в 10см корнеобитаемый (рабочий) горизонт со щебнистым экраном в подпочве и 3-5 см слоем песка на поверхности для предотвращения биодеструкции СПГ и капиллярного концентрирования растворимых поллютантов (солей). Такие конструкции позволяют повысить в 1,5-2 раза запасы продуктивной почвенной влаги и фитомассу зеленых газонов, сократить до минимума непродуктивный гравитационный сток влаги и увеличить срок службы СПГ в почвенной среде.