Елена Кузина - Изменение плодородия почв

Современные успехи в области полимеров позволяют открыть новый путь улучшения агрофизических свойств почв, накопления и рационального использования влаги при формировании урожая сельскохозяйственных культур.

Полимеры по сравнению с минеральными и органическими удобрениями являются экологически чистыми веществами.

Наибольшее применение в оструктуривании почвы нашли линейные коллоиды. Известными среди них являются: фердикунг AN (ГДР), солакрол (ВНР), полимеры серии К – гидролизованный полиакрилнитрил (К-4), очень близкие по химическому строению полиакриламиды (ПАА), – например, помид (СССР), сепаран (США), седипур (ФРГ), сополимер метакриловой кислоты и метакриламида (Со-8, СССР), VAMA (США), который представляет собой смешанную натриевую и кальциевую соли сополимеризата из винилацетата и метилового эфира малеиновой кислоты. Г.Л. Масленковой (1961); Н.А. Качинским и А.И. Мосоловой (1967); С.М. Эпштейном (1976); В.Г. Витязевым (1979); А.Д. Ворониным (1986,1990) показан принцип действия полимерных линейных структурообразователей.

При применении полиэлектролитов рыхлая комковатая структура почвы, образующаяся в результате механической обработки, остается стабильной в течение длительного времени по отношению к воздействиям температуры, атмосферных осадков и механическим нагрузкам. Созданное таким образом устойчивое оптимальное структурное состояние почвы и, следовательно, улучшение ее водного, воздушного и теплового режимов благоприятно сказываются на формировании урожая.

Испытания полимеров, проведенные в СССР, США, Англии, Бельгии, Германии, Индии, Египте и ряде других стран выявили достаточно высокую их эффективность при малых дозах внесения в почву (W.W. Emerson, 1956; R.M. Holmes, S.J. Toth, 1957; П.В. Вершинин, 1958; Л.Н. Абросимова, 1960; И.А. Романов, 1960; Г.Л. Масленкова, 1961; В.Б. Гуссак, 1961; Н.А. Качинский, 1962; А.И. Мосолова, 1964, 1970; Н.А. Качинский и др., 1967; К.С. Паганяс, 1972; И.Б. Ревут и др., 1973; De Boodt М, 1974; С.А. Вахба, 1980, 1981; Е.В. Куценко, 1981; А. Кульман, 1982;). Так, обработка суглинистой дерновоподзолистой почвы дозой метакрилата натрия всего 0,05 % от массы почвы практически втрое (с 24 до 67 %) увеличила содержание водопрочных агрегатов (П.В. Вершинин, 1958). Использование ПАА в такой же дозе в глинистой дерново-подзолистой почве дало прирост водопрочных агрегатов на 25 % (И.А. Романов, 1960).

Действие полимеров на агрегирование глинистых минералов зависит от многих факторов. Особенно сильное влияние на степень агрегирующего действия полимеров оказывает их дозировка (Н.А. Качинский, 1967; А. Кульман,1982). Так, Н.А. Качинским и А.И. Мосоловой (1967) в результате электронного микроскопирования было установлено, что полимеры даже при малых концентрациях образуют физико-химические связи между почвенными частицами. При высоких дозах полимеров избыток их не взаимодействует с поверхностью почвенных частиц, а заполняет свободные поры почвы. В этом случае водопрочность агрегатов не усиливается, а ослабляется.

М.В. Филипповой (1987) установлено, что применение полиакриламида (ПАА) и навоза на светло-каштановых и дерновоподзолистых почвах приводит к увеличению водоустойчивости макроструктуры. Увеличение водоустойчивости макроструктуры светлокаштановой почвы под действием ПАА тем больше, чем выше доза полимера.

Полиакриламид и навоз способствуют увеличению пористости, водопроницаемости, уменьшению плотности сложения исследованных почв. Под действием полиакриламида увеличивается водоудерживающая способность светло-каштановой почвы. Навоз оказывает влияние на водоудерживающую способность дерново-подзолистой почвы только в первый год после внесения (М.В. Филиппова, 1986, 1987, 1990).

По обобщенным данным, внесение полимерного структурообразователя повышает содержание водопрочных агрегатов в 1,8–2,0 раза по сравнению с исходной водопрочностью (Г.Л. Масленкова, 1966; А.И. Мосолова, 1970; Н.П. Качинский,1967). В опытах Л.И. Абросимовой (1960) на суглинистой дерново-под-золистой почве за вегетационный период плотность оструктуренной почвы к концу вегетационного периода не превышала 1,17-1,26 против 1,24-1,44 г/см 3на контроле. Кроме того, повышение в результате внесения полимеров водопрочности агрегатов создает благоприятные условия для впитывания и фильтрации воды. По данным Г.Л. Масленковой, Д.Б. Ревута, И.А. Романова (1966), скорость фильтрации воды была выше в 14 раз при оструктуривании, по сравнению с контролем (0,05 мм/мин). По наблюдениям Л.Н Абросимовой (1960),скорость испарения воды из почвы составила на контроле 2,7 мм/сутки, на оструктуренных делянках – 2,3 мм.

В опытах М.Г. Тарасовой (1982) количество водопрочных агрегатов при обработке почвы полиакриламидом увеличилось на 13 % по отношению к почве, обработанной водой. Применение полиакриламида способствовало повышению влажности почвы, особенно в засушливые периоды вегетации растений. На контроле влажность почвы в засушливый период доходила до 1,3 % в слое 0–10 см и 4,2 % в слое 10– 20 см. Внесение полиакриламида увеличило процент влажности почвы в слое 0–10 см до 3 % и в слое 10–20 см до 5,3 %.

В опытах В.И. Штатнова и Н.И.Щербаковой (1964) применение структурообразователя снижало испарение более, чем на 50 %, не изменяя максимальной гигроскопичности.

Максимальное количество водопрочных агрегатов было отмечено при использовании полиакриламидного полимера в дозе 0,1 % от массы почвы. Содержание водопрочных агрегатов на этом варианте по завершении третьего года исследований составило 68,3–69,7 %, на четвертый год – 71,3 %. Разница с контрольным вариантом составляла 15,7–16,5 %. (Е.Н. Кузин, 2002; Е.Н. Кузин, Т.А. Власова, А.Ю. Кузнецов, Г.Е. Гришин, 2004).

При использовании полимера в дозе 0,1 % от массы почвы равновесная плотность чернозема по годам исследований изменялась в интервале от 1,02 до 1,12 % г/см 3, при использовании дозы 0,05 % – от 1,10 до 1,16 г/см 3при значениях на контроле 1,21–1,26 г/см 3(Е.Н. Кузин, А.Ф. Блинохватов и др., 1999).

Исследованиями П.А. Иванова, Е.Н. Кузина (2009); П.А. Иванова (2009) установлено, что наибольший эффект по восстановлению агрономически ценной структуры обеспечивало применение повышенных норм праестола в сочетании с биомелиорантами. Количество водопрочных агрегатов на этих вариантах возросло на 18,0–20,4 %, коэффициент структурности увеличился на 0,33–0,39.

В результате изменения структуры почвы под влиянием полимера, прежде всего, изменяется ее плотность. По данным Т.Х. Ишкаева (1967), на фоне без удобрений полиакриламидный сополимер способствовал уменьшению плотности почвы в горизонте 0–10 см с 1,36–1,43 г/см 3до 1,15–1,30 г/см 3, а в горизонте 10–20 см – с 1,38–1,50 г/см 3до 1,18–1,40 г/см 3. С изменением плотности почвы изменяется и ее пористость. Если до внесения полиакриламидного сополимера соотношение капиллярной и некапиллярной пористости, по данным Т.Х. Ишкаева (1967, 1968), в среднем было 3,7:1, то под действием сополимеров оно стало 1,6:1. Положительное влияние полиакриламидного сополимера на пористость почвы продолжалось на второй год, где общая пористость почвы была выше, чем на контроле, на 7–10 %, пористость аэрации – на 3–6 %, некапиллярная пористость – на 7–11 %.