EFFECT OF SOIL GELS ON HYSTERESIS PHENOMENA IN SOILS

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Based on the analysis of the exist mechanisms of the hysteresis of soil water retention curve (WRC), as well as ideas about the nanostructural organization of soils, it is concluded that hysteresis can be caused either by stable (non-colloidal particles) or labile (gels) parts of the solid phase of soils. Due to the fact that until now the main attention has been paid to the study of the effect of stable solid phase of soils on the hysteresis of WRC, it was proposed to investigate the effect of soil gels on hysteresis. For this purpose, the effect of moisture content of soil samples prepared by drying and moistening on the initial viscosity of soil pastes was studied. It has been established that well-pronounced hysteresis is observed for samples of all studied soil types. To explain the hysteresis, two mechanisms based on changes in soil gels in the humidification-drying processes are proposed. One of them is based on the slowness of swelling and shrinkage of soil gels when they absorb and release water. The second is on the greater hydrophobicity of the surface of gels containing less water, and water slipping on hydrophobic areas of the surface with a decrease in the viscosity of pastes. Thus, the conducted studies have shown that hysteresis phenomena in soils are caused by soil gels and their changes during drying and moistening of soils.

About the authors

G. N. Fedotov

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Soil Science

Author for correspondence.
Email: gennadiy.fedotov@gmail.com
Russian, Moscow

S. A. Shoba

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Soil Science

Email: gennadiy.fedotov@gmail.com
Russian, Moscow

D. A. Ushkova

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Soil Science

Email: gennadiy.fedotov@gmail.com
Russian, Moscow

D. I. Potapov

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Soil Science

Email: gennadiy.fedotov@gmail.com
Russian, Moscow

I. V. Gorepekin

Lomonosov Moscow State University, Faculty of Soil Science

Email: gennadiy.fedotov@gmail.com
Russian, Moscow

References

  1. Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 432 с.
  2. Rubio C.M., Josa R., Ferrer F. Influence of the hysteretic behaviour on silt loam soil thermal properties // Open Journal of Soil Science. 2011. V. 1. № 3. P. 77–85.
  3. Chena H., Chena K., Yanga M. A new hysteresis model of the water retention curve based on pore expansion and contraction // Computers and Geotechnics. 2020. V. 121. P. 103482.
  4. Ghanbarian-Alavijeh B., Millán H., Huang G. A review of fractal, prefractal and pore-solid-fractal models for parameterizing the soil water retention curve // Canadian Journal of Soil Science. 2011. V. 91. № 1. P. 1–14.
  5. Zhuang J., McCarthy J.F., Perfect E., Mayer L.M., Jastrow J.D. Soil Water Hysteresis in Water-Stable Microaggregates as Affected by Organic Matter // Soil Sci. Soc. Am. J. 2008. V. 72. № 1. P. 212–220.
  6. Piccolo A. The Supramolecular Structure of Humic Substances // Soil Science. 2001. V. 166. № 11. P. 810–832.
  7. Schmidt M., Torn M., Abiven S. et al. Persistence of soil organic matter as an ecosystem property // Nature. 2011. V. 478. P. 49–56.
  8. Schaumann G.E. Soil organic matter beyond molecular structure Part I: Macromolecular and supramolecular characteristics // Journal of Plant Nutrition and Soil Science. 2006. V. 169. № 2. P. 145–156.
  9. Тюлин А.Ф. Органо-минеральные коллоиды в почве, их генезис и значение для корневого питания высших растений. М.: Изд-во АН СССР, 1958. 52 с.
  10. Федотов Г.Н., Добровольский Г.В. Возможные пути формирования нано- и микроструктур в гумусовых веществах почвенных гелей // Почвоведение. 2012. № 8. С. 908–920.
  11. Маттсон С. Почвенные коллоиды. М.: Сельхозгиз, 1938. 432 с.
  12. Шоба С.А., Потапов Д.И., Горепекин И.В., Ушкова Д.А., Грачева Т.А., Федотов Г.Н. Состояние почвенных гелей при разной пробоподготовке к вискозиметрии образцов дерново-подзолистой почвы // Доклады Российской академии наук. Науки о жизни. 2022. Т. 504. С. 240–244.
  13. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. Химия. 1982, 463 с.
  14. Потапов Д.И., Шваров А.П., Горепекин И.В., Салимгареева О.А., Федотов Г.Н. Влияние пробоподготовки почвенных образцов на их теплогидрофизические свойства и аллелотоксичность // Почвоведение. 2022. № 3. С. 315–325.
  15. Виноградова О.И. Особенности гидродинамического и равновесного взаимодействия гидрофобных поверхностей / Дисс. докт. физ.-мат. наук. М.: 2000. 175 с.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (71KB)
3.

Download (58KB)
4.

Download (68KB)
5.

Download (62KB)

Copyright (c) 2023 Г.Н. Федотов, С.А. Шоба, Д.А. Ушкова, Д.И. Потапов, И.В. Горепекин

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».