КОНЦЕПЦІЯ УЧАСТІ ГАЗІВ У ФОРМУВАННІ ТЕРМОДИНАМІЧНОЇ ДОСТУПНОСТІ ЕЛЕМЕНТІВ ЖИВЛЕННЯ РОСЛИН ТА ПЕРЕБІГУ ҐРУНТОВИХ ПРОЦЕСІВ
Анотація
Визначено важливу роль газів у планетарному енергомасообміні літосфери з атмосферою, акцентована увага на багатогранних механізмах газообміну, особливо за неізотермічних умов ґрунту. Концептуальні засади участі газів у забезпеченні термодинамічної доступності живлення рослин базуються на експериментальних даних, де акцентована роль газів у гетерогенній системі ґрунтів, для яких характерна наявність бульбашок затиснутого повітря. Адже бульбашки затиснутого ґрунтового повітря у ґрунтовому середовищі відіграють роль розподіленого джерела енергії при взаємодії з термодинамічними параметрами довкілля – температурою, атмосферним тиском та вологовмістом ґрунту. Реакція капілярного потенціалу ґрунту на переважно добову динаміку зовнішніх термодинамічних параметрів має характер автоколивального процесу із значною амплітудою термодинамічної доступності для рослин порового розчину. Це перетворює бульбашки затиснутого повітря у центри термодинамічної нерівноважності (ЦТН), кислотні центри певної сили (КЦ) та центри екотонів ґрунтової біоти. Термодинамічна доступність визначається динамікою гетерогенності ґрунту, тобто його енергонасиченості поверхневими видами енергії, а також підвищенням мобільності речовини і взаємопереходів різних категорій вбирної здатності ґрунтів. Функціональні параметри ґрунту визначає газовий склад ґрунтової атмосфери, де особлива роль належить діоксиду вуглецю (СО2), як головного чинника підтримання гомеостазу ґрунту. Акцентована увага на тому, що в природних умовах функціонування ґрунту відбувається збагачення складу найдрібніших бульбашок на кисень і нітроген, а найголовніше, розмір цих бульбашок наближається до нанорадіусів, що надає їх аномальних властивостей. На прикладі нанотехнологій з різними газами доведена можливість цілеспрямованого управління ґрунтовими процесами з метою підвищення продуктивності і якості рослинної продукції та меліоративного покращення ґрунтів. Зроблений висновок про надзвичайно високий потенціал інтегрування нанобульбашкових технологій у меліоративне землеробство з використанням сучасних технологій краплинного зрошення.
Посилання
2. Vernadskyi, V.Y. (1944). O znachenyy pochvennoi atmosferu y ee byohennoi strukturu. [On the importance of the soil atmosphere and its biogenic structure]. Pochvovedenye, 4-5, 137-143 [in russian].
3. Romashchenko, M., Husyev, Y., Shatkovskyi, A., Saidak, R., Yatsyuk, M., Shevchenko, A., & Matiash, T. (2020). Vplyv suchasnykh klimatychnykh zmin na vodni resursy ta silskohospodarske vyrobnytstvo [Impact of climate change on water resources and agricultural production]. Melioratsiia i vodne hospodarstvo, 1, 5 – 22. doi: https://doi.org/10.31073/mivg202001-235 [in Ukrainian].
4. Mynko, O.Y. (1988). Planetarnaia hazovaia funktsyia pochvennoho pokrova [Planetary gas function of soil cover]. Pochvovedenye, 7, 59-75 [in russian].
5. Metody yssledovanyia hazovoi funktsyy pochvy (1987). [Methods of studying the gas function of soil]. Sovremennye fyzycheskye y khymycheskye metody yssledovanyia pochv: pod red. A.D. Voronyna y D.S. Orlova. Moskva : Yzd. MHU. 118-156. [in russian].
6. Lykov, A.V. (1950) Teoriia sushki [Theory of drying]. Moscow. Gosenergoizdat. 416 p. [in russian].
7. Kolomiiets, S.S., & Yasenchuk, O.V. (2014). Osoblyvosti protsesiv neizotermichnoho masoobminu v gruntakh i perspektyvy yikh vykorystannia v innovatsiinykh ahrotekhnolohiiakh [Peculiarities of non-isothermal mass transfer processes in soils and prospects for their use in innovative agricultural technologies]. Melioratsiia i vodne hospodarstvo, 101, 247-2591. [in Ukrainian].
8. Kolomiets, S.S., & Iatsyk, M.V. (2009). Sposib vyznachennia struktury porovoho prostoru gruntiv (dyspersnyh seredovyshch) [Method for determining the structure of porous space of soils (dispersed media)]. Patent of Ukraine. № 45287.. [in Ukrainian]
9. Romashchenko, M., & Kolomiiets, S. (2015). Dynamic model of soil functioning and development. Draft book of Abstracts. Soil Science in a Changing World. Wageningen Soil Conference. Wageningen, the Netherlands. R. 228.
10. Kolomiets, S.S. (2021). Termodynamichna systema gruntu, ioho homeostaz i virohidnyj mehanizm utvorennia struktury [Thermodynamic system of soil, its homeostasis and a probable mechanism of structure formation]. Visnyk agnarnoi nauky, 3, 14–22 [in Ukrainian].
11. Kolomiets, S.S. (1999). Ekolohichna harakterystyka gruntu [Ecologic characteristic of soil]. Visnyk agrarnoi nauky, 12, 9–13 [in Ukrainian].
12. Lower, S. (2022). Solutions of gaseous solutes in liquid solvents]. Simon Fraser University. Retrieved from: https://chem.libretexts.org/@go/page/78395
13. Chaurasia, G. (2023). Nanobubbles: an emerging science in nanotechnology. Journal of Medical Sciences, 10(2), 327-334. DOI: 10.4103/mgmj.MGMJ_59_23.
14. Bulavin, L.A., Kekishev, P., Sysoiev, V.M., & Sheiko, N.L. (2014). Mekhanizm vynyknennia nanobulbashok u vodi na hidrofobnii poverkhni [Mechanism of nanobubbles formation in water on a hydrophobic surface]. Ukrainskyi fizychnyi zhurnal, 59(1), 96-98. [in Ukrainian].
15. Arablousabet, Y., & Povilaitis, A. (2024). The Impact of Nanobubble Gases in Enhancing Soil Moisture, Nutrient Uptake Efficiency and Plant Growth: A Review. Water, 16(21), 3074. DOI: https://doi.org/10.3390/w16213074.
16. Bian, Q., Dong, Z., Zhao, Y., Feng, Y., Fu, Y., Wang, Z., Zhu, J., & Ma, L. (2025). Micro-nanobubble oxygenation irrigation enhances soil phosphorus availability and yield by altering soil bacterial community abundance and core microbial populations. Front Plant Science, 15:1497952. DOI: 10.3389/fpls.2024.1497952.
17. Ouyang, Z., Tian, J., Yan, X.,& Yang, Z., (2023). Micro-nano oxygenated irrigation improves the yield and quality of greenhouse cucumbers under-film drip irrigation. Scientific Reports, 13:19453. DOI: 10.1038/s41598-023-45121-3.
18. Zheng, Z., He, Y., He, Y., Zhan, J., Shi, C., Xu, Y., Wang, X., Wang, J., & Zhang, C. (2025). Micro-nano bubble water subsurface drip irrigation affects strawberry yield and quality by modulation of microbial communities. Agricultural Water Management, Vol. 307, 109228. DOI: https://doi.org/10.1016/j.agwat.2024.109228.
