Как органическое вещество удерживает воду в почве даже в самых засушливых условиях

Учёные из Северо-Западного университета впервые раскрыли молекулярные механизмы, благодаря которым органическое вещество повышает способность почвы удерживать влагу даже в условиях, подобных пустынным. Исследование, опубликованное в журнале PNAS Nexus, показало, что углеводы — ключевые компоненты растений и микробов — действуют как молекулярный клей, формируя с помощью воды «липкие» мостики между органическими молекулами и почвенными минералами.

Это открытие объясняет, как почвы сохраняют влагу во время засухи, и даже может пролить свет на то, как вода могла сохраняться в течение миллиардов лет в горных породах вне Земли, включая Марс и метеориты. Понимание этих процессов позволит потенциально проектировать почвы с оптимальной химией, превращая их в долговременные «губки», сохраняющие влагу.

Исследователи изучили на наноуровне взаимодействия между глинистым минералом смектитом, водой и тремя типами углеводов (глюкозой, амилозой и амилопектином). Они обнаружили, что ключевую роль играют водородные связи: вода образует такие связи одновременно с поверхностью глинистых минералов и с углеводами, создавая между ними мостики, которые прочно удерживают влагу. Комплексные полимеры сахаров, такие как амилопектин, помогали глине связывать воду в пять раз прочнее, чем глина сама по себе. Кроме того, эти углеводы предотвращали полное схлопывание нанопор глины при высыхании, что способствует долгосрочному сохранению влаги.