Lesnoy Vestnik / Forestry BulletinLesnoy Vestnik / Forestry BulletinЛесной вестник / Forestry Bulletin2542-1468Eco-Vector70631210.18698/2542-1468-2025-4-94-103Biological and technological aspects of forestryБиологические и технологические аспекты лесного хозяйстваResearch ArticleChange in paste viscosity depending on water content and initial moisture content of soil samplesИзменение вязкости паст в зависимости от содержания в них воды и исходной влажности почвенных образцовFedotovGennadiy N.ФедотовГеннадий Николаевич
Russian Federation

Dr. Sci. (Biology), Senior Researcher of the Faculty of Soil Science

д-р биол. наук, вед. науч. сотр. факультета почвоведения МГУ

gennadiy.fedotov@gmail.comTarasenkoDarya A.ТарасенкоДарья Александровна
Russian Federation

Engineer of the Faculty of Soil Science

студент факультета почвоведения МГУ

ushkova_dasha@mail.ruGorepekinIvan V.ГорепекинИван Владимирович
Russian Federation

Cand. Sci. (Biology), Researcher of the Faculty of Soil Science; Researcher

канд. биол. наук, науч. сотр. факультета почвоведения; науч. сотр.

decembrist96@yandex.ruBatyrevYuriy P.БатыревЮрий Павлович
Russian Federation

Cand. Sci. (Tech.), Associate Professor

канд. техн. наук, доцент

batyrev@bmstu.ruM.V. Lomonosov Moscow State UniversityФГБОУ ВО «Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова»Eurasian Center for Food Security of Lomonosov Moscow State UniversityЕвразийский центр по продовольственной безопасности (Аграрный центр МГУ)BMSTU (Mytishchi Branch)ФГАОУ ВО «Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)» (Мытищинский филиал)15082025294941031704202617042026Copyright ©; 2025, Fedotov G.N., Tarasenko D.A., Gorepekin I.V., Batyrev Y.P.Copyright ©; 2025, Федотов Г.Н., Тарасенко Д.А., Горепекин И.В., Батырев Ю.П.2025Fedotov G.N., Tarasenko D.A., Gorepekin I.V., Batyrev Y.P.Федотов Г.Н., Тарасенко Д.А., Горепекин И.В., Батырев Ю.П.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://journals.eco-vector.com/2542-1468/article/view/706312

The effect of soil drying and the humidity to which soil samples were moistened, as well as the mechanical effect of pastes on their viscosity, was studied. The purpose of the study was to explain the observed phenomena from the standpoint of physical and gel models of soils. The studies were carried out on samples taken from humus-accumulative horizons of chernozem, sod-podzolic and gray forest soils. The viscosity of the soil pastes was determined by using a vibrating viscometer, and a laser diffractometer was used to study the size of the soil particles in the pastes. It has been established that with an increase in the magnitude of mechanical effects on soil pastes, upon reaching its limit for each soil, an increase in the viscosity of soil pastes occurs, called rheopexy in colloidal chemistry. It has been shown that rheopexy is characterized by an increase in the particle size in soil pastes. It was found that the moisture content of the soil sample before the preparation of the paste affects the viscosity of pastes in a complex way: for the studied soil samples, two maximum viscosities of pastes are observed. One of them is close to the soil hydrological moisture constant of capillary rupture, and the second is close to the lowest moisture capacity.

Изучено влияние высушивания почв и влажности, до которой увлажняли почвенные образцы, а также механического воздействия на пасты на их вязкость. Целью исследования являлось изучение и объяснение наблюдаемых явлений с позиций физической и гелевой моделей почв. Исследования проводили на образцах, отобранных из гумусово-аккумулятивных горизонтов чернозема, дерново-подзолистой и серой лесной почв. Вязкость почвенных паст определяли при помощи вибрационного вискозиметра, а для изучения размера почвенных частиц в пастах использовали лазерный дифрактометр. Установлено, что при росте величины механических воздействий на почвенные пасты по достижении своего для каждой почвы предела происходит увеличение вязкости почвенных паст, называемое в коллоидной химии реопексией. Показано, что реопексия характеризуется ростом размера частиц в почвенных пастах. Обнаружено, что влажность, которую почвенный образец имел перед приготовлением пасты, влияет на вязкость паст сложным образом: для изученных образцов почв наблюдаются два максимума вязкости паст. Один из них близок к почвенной гидрологической константе влажности разрыва капилляров, а второй — к наименьшей влагоемкости.

reopexy of soil pastesparticle size in soil pastespoint of limited availability of waterlowest moisture capacityреопексия почвенных пастразмер частиц в почвенных пастахвлажность разрыва капилляровнаименьшая влагоемкостьРоссийский научный фондRussian Science Foundation22-14-00107The work was carried out within the framework of the RNF project No. 22-14-00107Работа выполнена в рамках проекта РНФ № 22-14-00107Shein E.V. Kurs fiziki pochv [Course in Soil Physics]. Moscow: Moscow University Press, 2005, 430 p.Шеин Е.В. Курс физики почв. М.: Изд-во МГУ, 2005. 430 с.Nikolaeva I.V., Pochatkova T.N., Manucharov A.S. Vliyanie azotnykh udobreniy i izvestkovaniya na reologicheskie svoystva dernovo-podzolistykh pochv [Effect of Nitrogen Fertilizers and Liming on the Rheological Properties of SodPodzolic Soils]. Vestnik Altayskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta [Bulletin of the Altai State Agrarian University], 2008, no. 2, pp. 31–35.Николаева И.В., Початкова Т.Н., Манучаров А.С. Влияние азотных удобрений и известкования на реологические свойства дерново-подзолистых почв // Вестник Алтайского государственного аграрного университета, 2008. №. 2. С. 31–35.Kong L., Kong L.W., Wang M., Guo A.G., Wang Y. Effect of drying environment on engineering properties of an expansive soil and its microstructure. J. of Mountain Science, 2017, v. 14, pp. 1194–1201.Kong L., Kong L.W., Wang M., Guo A.G., Wang Y. Effect of drying environment on engineering properties of an expansive soil and its microstructure // J. of Mountain Science, 2017, v. 14, pp. 1194–1201.Tang C.S., Cui Y.J., Shi B., Tang A.M., Liu C. Desiccation and cracking behaviour of clay layer from slurry state under wetting–drying cycles // Geoderma, 2011, v. 166, no. 1, pp. 111–118.Tyulin A.F. Organomineral’nye kolloidy v pochve, ikh genezis i znachenie dlya kornevogo pitaniya vysshikh rasteniy [Organomineral colloids in soil, their genesis and significance for root nutrition of higher plants]. Moscow: AN SSSR [USSR Academy of Sciences], 1958, 52 p.Тюлин А.Ф. Органоминеральные коллоиды в почве, их генезис и значение для корневого питания высших растений. М.: Изд-во АН СССР, 1958. 52 с.Fedotov G.N., Shein E.V., Ushkova D.A. Salimgareeva O.A., Gorepekin I.V., Potapov D.I. Nadmolekulyarnye obrazovaniya iz molekul guminovykh veshchestv i ikh fraktal’naya organizatsiya [Supramolecular formations from humic substance molecules and their fractal organization]. Pochvovedenie [Soil Science], 2023, no. 8, pp. 903–910.Федотов Г.Н., Шеин Е.В., Ушкова Д.А. Салимгареева О.А., Горепекин И.В., Потапов Д.И. Надмолекулярные образования из молекул гуминовых веществ и их фрактальная организация // Почвоведение, 2023. № 8. С. 903–910.Lehmann P., Leshchinsky B., Gupta S., Mirus B.B., Bickel S., Lu N., Or D. Clays are not created equal: How clay mineral type affects soil parameterization. Geophysical Research Letters, 2021, t. 48, no. 20, p. e2021GL095311.Lehmann P., Leshchinsky B., Gupta S., Mirus B.B., Bickel S., Lu N., Or D. Clays are not created equal: How clay mineral type affects soil parameterization // Geophysical Research Letters, 2021, t. 48, no. 20, p. e2021GL095311.Cronan C.S., Cronan C.S. Mineral Weathering // Ecosystem Biogeochemistry: Element Cycling in the Forest Landscape, 2018, pp. 87–100.Di Iorio E., Circelli L., Angelico R., Torrent J., Tan W., Colombo C. Environmental implications of interaction between humic substances and iron oxide nanoparticles: A review // Chemosphere, 2022, v. 303, p. 135172.Kurochkina G.N. The effect of humic acid adsorption on the coagulation stability of soil suspensions // Eurasian Soil Science, 2020, v. 53, pp. 62–72.Philippe A., Schaumann G.E. Interactions of dissolved organic matter with natural and engineered inorganic colloids: a review // Environmental science & technology, 2014, v. 48, no. 16, pp. 8946–8962.Xu Z. Niu Z., Pan D., Zhao X., Wei X., Li X., Wu W. Mechanisms of bentonite colloid aggregation, retention, and release in saturated porous media: role of counter ions and humic acid // Science of The Total Environment, 2021, v. 793, p. 148545.Angelico R., Colombo C., Di Iorio E., Brtnický M., Fojt J., Conte P. Humic substances: from supramolecular aggregation to fractal conformation – Is there time for a new paradigm? // Applied Sciences, 2023, v. 13, no. 4, p. 2236.Оsterberg R., Mortensen K. Fractal dimension of humic acids. A small angle neutron scattering study // European Biophysics J., 1992, v. 21(3), pp. 163–167.Wilkinson K.J., Senesi N. Biophysical Chemistry of Fractal Structures and Processes in Environmental Systems. JohnWiley & Sons, 2008, 323 p.Milanovskiy E.Yu. Gumusovye veshchestva pochv kak prirodnye gidrofobno-gidrofil’nye soedineniya [Humic substances of soils as natural hydrophobic-hydrophilic compounds]. Moscow: GEOS, 2009, 186 p.Милановский Е.Ю. Гумусовые вещества почв как природные гидрофобно-гидрофильные соединения. М.: ГЕОС, 2009. 186 с.Shoba S.A., Potapov D.I., Gorepekin I.V., Ushkova D.A., Gracheva T.A., Fedotov G.N. Sostoyanie pochvennykh geley pri raznoy probopodgotovke k viskozimetrii obraztsov dernovo-podzolistoy pochvy [The state of soil gels with different sample preparation for viscometry of sod-podzolic soil samples]. Doklady Rossiyskoy akademii nauk. Nauki o zhizni [Reports of the Russian Academy of Sciences. Life Sciences], 2022, v. 504, pp. 240–244.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 o жизни, 2022. Т. 504. С. 240–244.Kaiser M., Kleber M., Berhe A.A. How air-drying and rewetting modify soil organic matter characteristics: an assessment to improve data interpretation and inference. Soil Biology and Biochemistry, 2015, v. 80, pp. 324–340.Kaiser M., Kleber M., Berhe A.A. How air-drying and rewetting modify soil organic matter characteristics: an assessment to improve data interpretation and inference // Soil Biology and Biochemistry, 2015, v. 80, pp. 324–340.Estabragh A.R., Parsaei B., Javadi A.A. Laboratory investigation of the effect of cyclic wetting and drying on the behaviour of an expansive soil // Soils and foundations, 2015, v. 55, no. 2, pp. 304–314.Abrukova L.P. Kinetika protsessov tiksotropnogo strukturoobrazovaniya v pochvennykh suspenziyakh [Kinetics of thixotropic structure formation processes in soil suspensions]. Pochvovedenie [Soil Science], 1970, no. 3, pp. 104–114.Абрукова Л.П. Кинетика процессов тиксотропного структурообразования в почвенных суспензиях // Почвоведение, 1970. № 3. С. 104–114.Gor’kova I.M. Fiziko-khimicheskie issledovaniya dispersnykh osadochnykh porod v stroitel’nykh tselyakh [Physicochemical studies of dispersed sedimentary rocks for construction purposes]. Moscow: Stroyizdat, 1975, 151 p.Горькова И.М. Физико-химические исследования дисперсных осадочных пород в строительных целях. М.: Стройиздат, 1975. 151 с.Manucharov A.S. K ispol’zovaniyu reologicheskikh issledovaniy v pochvovedenii [On the use of rheological studies in soil science]. Vestnik Moskovskogo un-ta. Ser. 17. Pochvovedenie [Bulletin of the Moscow University. Series 17. Soil Science], 1983, no. 3, pp. 40–56.Манучаров А.С. К использованию реологических исследований в почвоведении // Вестник Московского университета. Серия 17. Почвоведение, 1983. № 3. С. 40–56.Baumgarten W. Soil microstructural stability as influenced by physicochemical parameters and its environmental relevance on multiple scales. Habilitation thesis, Kiel University, 2013, 263 p.Lal R. Tillage effects on soil degradation, soil resilience, soil quality and sustainability // Soil Tillage Res., 1993, v. 27, pp. 1–8.Khaydapova D.D., Mishchenko A.V., Karpova D.V. Reologicheskie svoystva pochv kak odna iz kharakteristik fizicheskoy sredy obitaniya rasteniy [Rheological properties of soils as one of the characteristics of the physical habitat of plants]. Agrofizika [Agrophysics], 2022, no. 1, pp. 17–21.Хайдапова Д.Д., Мищенко А.В., Карпова Д.В. Реологические свойства почв как одна из характеристик физической среды обитания растений // Агрофизика, 2022. № 1. С. 17–21.Chestnova V.V. Reologicheskie svoystva chernozemov tipichnykh kurskoy oblasti: vzaimosvyaz’ s fizicheskimi svoystvami i osnovnoy gidrofizicheskoy kharakteristikoy [Rheological properties of typical chernozems in the Kursk region: relationship with physical properties and basic hydrophysical characteristics]. Dis. Cand. Sci. (Biol.). Moscow: Moscow State University, 2017, 116 p.Честнова В.В. Реологические свойства черноземов типичных курской области: взаимосвязь с физическими свойствами и основной гидрофизической характеристикой: дис канд. биол. наук. М.: МГУ, 2017. 116 с.Metodicheskoe rukovodstvo po izucheniyu pochvennoy struktury [Methodological guide to the study of soil structure]. Ed. I.B. Revuta, A.A. Rode. Leningrad: Kolos, 1969, 528 p.Методическое руководство по изучению почвенной структуры / под ред. И.Б. Ревута, А.А. Роде. Л.: Колос, 1969. 528 с.Frolov Yu.G. Kurs kolloidnoy khimii [Colloid chemistry course]. Moscow: Khimiya, 1982, 463 p.Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии. М.: Химия, 1982. 463 с.Kawahigashi M., Sumida H., Yamamoto K. Size and shape of soil humic acids estimated by viscosity and molecular weight // J. of colloid and interface science, 2005, v. 284, no. 2, pp. 463–469.Umarova A.B., Butylkina M.A., Suslenkova M.M., Aleksandrova M.S., Ezhelev Z.S., Khmeleva M.V., Shkhapatsev A.K., Gasina A.I. Agregatnaya struktura estestvennykh i pakhotnykh pochv raznogo genezisa: morfologicheskie i reologicheskie kharakteristiki [Aggregate structure of natural and arable soils of different genesis: morphological and rheological characteristics]. Pochvovedenie [Soil Science], 2021, v. 55, no. 9, pp. 1019–1032.Умарова А.Б., Бутылкина М.А., Сусленкова М.М., Александрова М.С., Ежелев З.С., Хмелева М.В., Шхапацев А.К., Гасина А.И. Агрегатная структура естественных и пахотных почв разного генезиса: морфологические и реологические характеристики// Почвоведение, 2021. Т. 55. № 9. С. 1019–1032.Galicia-Andrés E. Oostenbrink C., Gerzabek M.H., Tunega D. On the adsorption mechanism of humic substances on kaolinite and their microscopic structure // Minerals, 2021, v. 11, no. 10, p. 1138.Fedotov G.N., Shoba S.A., Ushkova D.A., Gorepekin I.V., Sukharev A.I., Potapov D.I. Three-Phase and Gel Models of Soils in the Analysis of Experimental Results // Doklady Earth Sciences, 2024, v. 515, pp. 453–457.Linkevich E.V., Yudina N.V., Savel’eva A.V. Formirovanie guminovykh kolloidov v zavisimosti ot rN sredy vodnykh rastvorov [Formation of humic colloids depending on the pH of aqueous solutions]. Zhurnal fizicheskoy khimii [J. of Physical Chemistry], 2020, v. 94, no. 4, pp. 568–573.Линкевич Е.В., Юдина Н.В., Савельева А.В. Формирование гуминовых коллоидов в зависимости от рН среды водных растворов // Журнал физической химии, 2020. Т. 94. № 4. C. 568–573.Tarasevich Yu.I., Dolenko S.A., Trifonova M.Yu., Alekseenko E.Yu. Assotsiatsiya i kolloidno-khimicheskie svoystva guminovykh kislot v vodnykh rastvorakh [Association and colloid-chemical properties of humic acids in aqueous solutions]. Kolloidnyy zhurnal [Colloid Journal], 2013, v. 75, no. 2, pp. 230–236.Тарасевич Ю.И., Доленко С.А., Трифонова М.Ю., Алексеенко Е.Ю. Ассоциация и коллоидно-химические свойства гуминовых кислот в водных растворах // Коллоидный журнал, 2013. Т. 75. № 2. С. 230–236.Fasurová N., Cechlovska H., Kucerik J. A comparative study of South Moravian lignite and standard IHSS humic acids, optical and colloidal properties // Petroleum & coal, 2006, v. 48, no. 2, pp. 24–32Volkova N.N., Dzhardimalieva G.I., Krisyuk B.E., Chukanov N.V., Shershnev V.A., Shilov G.V. Mekhanokhimicheskoe razrushenie kristallogidratov atsetilendikarboksilatov kobal’ta i tsinka pri degidratatsii [Mechanochemical destruction of crystalline hydrates of cobalt and zinc acetylenedicarboxylates during dehydration]. Izvestiya Akademii nauk. Seriya khimicheskaya [Bulletin of the Academy of Sciences. Chemical Series], 2016, no. 8, pp. 2025–2033.Волкова Н.Н., Джардималиева Г.И., Крисюк Б.Э., Чуканов Н.В., Шершнев В.А., Шилов Г.В. Механохимическое разрушение кристаллогидратов ацетилендикарбоксилатов кобальта и цинка при дегидратации // Известия Академии наук. Серия химическая, 2016. № 8. С. 2025–2033.Miftakhova N.Sh., Petrova T.P. Rakhmatullina I.F. Kristally. Kristallogidraty [Crystals. Crystal hydrates]. Kazan: Kazan State Technological University, 2006, 24 p.Мифтахова Н.Ш., Петрова Т.П. Рахматуллина И.Ф. Кристаллы. Кристаллогидраты. Казань: Изд-во Казанского государственного технологического университета, 2006. 24 с.Spetsov E.A. Aleksandrova Yu.V., Mal’tseva N.V., Vlasov E.A. Issledovanie vliyaniya mekhanokhimicheskogo aktivirovaniya na svoystva gibbsita [Study of the influence of mechanochemical activation on the properties of gibbsite]. Izvestiya Sankt-Peterburgskogo gosudarstvennogo tekhnologicheskogo instituta (tekhnicheskogo universiteta) [Bulletin of the St. Petersburg State Technological Institute (Technical University)], 2013, no. 18 (44), pp. 008–010.Спецов Е.А. Александрова Ю.В., Мальцева Н.В., Власов Е.А. Исследование влияния механохимического активирования на свойства гиббсита // Известия Санкт-Петербургского государственного технологического института (технического университета), 2013. № 18 (44). С. 008–010.Chen X. Wu Q., Gao J., Tang Y. Hydration characteristics and mechanism analysis of β-calcium sulfate hemihydrate // Construction and Building Materials, 2021, v. 296, p. 123714.