4.5.2. Основні теорії структуроутворення.

У відповідності з будовою ґрунтового агрегату з’явились і гіпотези формування ґрунтової структури. Серед цих гіпотез умовно можна виділити три основні, або найбільш поширені, які на даний момент можна вже назвати теоріями.

Початковою основною теорією була коагуляційна теорія структуроутворення, основоположником якої був К. К. Гедройц (1926). Згідно цієї теорії, мінеральні глинисті частки і органічні ґрунтові колоїди при взаємній коагуляції злипаються, формуючи первинні мікроагрегати. Причому стійкість цих мікроагрегатів буде залежати від катіону, який знаходиться в вбирному комплексі. Іони Са, Mg, АІ будуть викликати найбільш швидкий і стійкий коагуляційний зв’язок. В подальшому ця гіпотеза не раз критикувалась. Висувались наступні справедливі аргументи: 1) коагуляція досить важко проходить у ґрунтовій масі, де рухомість колоїдів у порівнянні з суспензією дуже обмежена; 2) агрегати більше 0,05 мм у процесі коагуляції утворитись не можуть. Відповідно, теорія коагуляції не може пояснити формування макроагрегатів; 3) катіон Са далеко не завжди сприяє покращенню або підтриманню стійкості структури, чому є багаточисленні підтвердження.

Однак ця гіпотеза з наступними її доповненнями у вигляді цементаційних зв’язків у міру “старіння” колоїдів (явище пептизації, утворення спільних водних плівок, перехід органічної речовини із розчинної в нерозчинну та ін.), безумовно, відіграла свою плідну роль як в розвитку теорії структуроутворення, так і в практиці. Сьогодні вона лежить в основі розгляду формування природних коагуляційних структур (комірчастої, скелетної і ламінарної) в залежності від мінералогічного складу, катіону, що насичує, умов осадження і багато інших факторів. Слід відмітити важливий момент для формування ґрунтової структури: більшість материнських порід (суглинки, мули, озерно-льодовикові глини та ін.) вже мають визначену структуру на мікроагрегатному рівні, тобто неоднорідний розподіл елементарних часток в просторі, їх організацію в мікроагрегати.

Коагуляційна теорія знайшла своє продовження в ідеях І. Н. Антипова-Каратаєва зі співробітниками (1948), які запропонували наступну схему структуроутворення. Перша стадія – просте “прилипання” мінеральних колоїдів один до одного. Потім (друга стадія) – склеювання первинних утворень мінеральними аморфними “клеями” (гідрати півтораоксидів, кремнезем та ін.). Велике значення має мінералогічний склад мінеральних компонентів, заряд їхньої поверхні. І, на кінець, на третій стадії проходить додаткове склеювання часток органічною речовиною, причому найбільш міцний зв’язок буде спостерігатись при сорбції органічних молекул на внутрішніх поверхнях смектитових (монтморилоніт, нонтроніт, бейделіт та ін.) мінералів. Ця теорія дозволила розробити визначені схеми аналізу ґрунтових агрегатів, виділити їх характерні типи.

Одним із суттєвих доповнень в теорію структуроутворення була теорія В. Р. Вільямса (1939), який зробив акцент на ролі біологічного фактору. Він підкреслював значення, по-перше, кореневих систем, по-друге, роль так званої “свіжої” органічної речовини, яка утворюється в анаеробних (!) умовах і є продуктом безпосереднього виділення анаеробних бактерій. Причому, за пропозицією Вільямса, ці анаеробні процеси відбуваються всередині ґрунтових агрегатів, а на їхній поверхні йдуть аеробні процеси. Ця геніальна здогадка Вільямса була згодом підтверджена дослідами І. С. Кауричева, Л. Ф. Тараріної (1972) та ін., які експериментально довели, що при середніх і високих вологостях (більше 70 % від НВ) окисно-відновний потенціал всередині агрегату нижчий на 100-200 мВ у порівнянні з поверхнею. Більше того, ґрунтові мікробіологи також експериментально довели наявність всередині ґрунтових агрегатів факультативно-анаеробних бактерій (К. І. Рудаков, 1951) і анаеробного мікроценозу (А. Л. Степанов, 1997). Все це вказувало на те, що формування специфічних стійких ґрунтових агрегатів пов’язано з особливими властивостями органічної речовини, що виробляється специфічною мікробіотою в умовах нестачі повітря саме всередині ґрунтового агрегату.

Можна сказати, що три вказані гіпотези до цих пір є “трьома китами”, на яких базується сучасна теорія структуроутворення. Згодом ці гіпотези були доповнені даними про значення гіфів грибів у первинному (спочатку механічному і біохімічному) формуванні агрегатів, багаточисельними даними про значення гідрофобізації у формуванні стійкості структури (перш за все за рахунок збільшення тривалості зволоження, зниження “розривної” дії защемленого повітря), про значення анаеробних процесів в утворенні водостійких агрегатів. Роль ґрунтової органічної речовини – основна, що визнається всіма дослідниками. Однак механізм формування стійкої структури за рахунок гумусових речовин так і залишається до кінця незрозумілим.