Елена Кузина - Изменение плодородия почв Страница 2

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/см3 на 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/см3, при использовании дозы 0,05 % – от 1,10 до 1,16 г/см3 при значениях на контроле 1,21–1,26 г/см3 (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/см3 до 1,15–1,30 г/см3, а в горизонте 10–20 см – с 1,38–1,50 г/см3 до 1,18–1,40 г/см3. 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 %.

Способность гидрогеля изменять плотность почвы была показана в работах ряда ученых (К.С. Казанский и др., 1988; Н. Benkenstein, 1987; R.A. Arram, 1983). Так, К.С.Казанским, Г.В. Раковой, Н.С. Ениколоповым и другими (1988) было доказано, что при внесении полимерного гидрогеля в повышенных дозах (около 0,25 % для полиакриламидного геля) плотность песка снижается с 1,6 до 1,15–1,06 г/см3. Данная зависимость плотности песка от внесения гидрогеля была подтверждена и египетским исследователем R.A. Arram (1983, 1985) на песке, обработанном полимерным гелем RAPG, и плодородных глинистых почвах.

Снижение плотности почвы при внесении гидрогеля создает дополнительную пористость и, тем самым, повышенную влагоемкость – до 41,7–43,5 %, против 23,8 % в контроле. К.С. Казанский и др.(1988), Н.С. Зюзь, А.А. Лазарев, К.С. Казанский и Г.В. Ракова (1990),испытывая различные полимерные гидрогели, показали, что их внесение способствует значительному увеличению влагоемкости кварцевого песка. Влагоемкость песка увеличивалась от 5–6 % до 20– 25 %, т. е. на 15–20 % от массы скелетной части.

Праестол, используемый нормами 20 и 30 кг/га в сочетании с биомелиорантами, оказал наиболее существенное влияние на изменение водно-физических свойств серой лесной почвы. Равновесная плотность на этих вариантах была ниже контроля в 2007 году на 0,16–0,18 г/см3, в 2008 году – на 0,12–0,14 г/см3, в 2009 году – на 0,08–0,09 г/см3. Величина общей пористости превышала контроль в 2007 году на 6,2–7,0 %, в 2008 году – на 4,7–5,1 %, в 2009 году – на 2,9–3,5 %. Величина наименьшей влагоемкости была выше исходной в 2007 году на 1,2– 1,6 %, в 2008 году – на 2,2–2,4 %, в 2009 году – на 1,4–1,6 % (П.А. Иванов, Е.Н. Кузин, 2009).

Изучая внесение гидрогелей в почву, ряд исследователей (Б.Н. Нурыев и др., 1986; H. Benkenstein, 1987; Е.Н. Кузин, А.Ф. Блинохватов, 1999) считают, что применение гидрогелей на различных почвах способствует повышению влажности почвы.

По данным R.A. Arram (1983), внесение полимерного гидрогеля увеличивало запас доступной влаги песка в 2,4–8,0 раз, уменьшало потери воды на испарение. В исследованиях К.С. Казанского, Г.В. Раковой, Н.С. Ениколопова и других (1988), внесение гидрогеля полиакриламидного типа в дозах 0,002–0,040 % (100–2000 кг/га) в песок увеличивало его влажность от 1 до 20 %.

Работами R.А. Arram (1983, 1985), Е.Ю. Грудининой (1983), Филиппова М.В. (1986), М Salem, G.V. Guidi, R. Pini (1991) показана зависимость величины доступной (продуктивной) влаги от внесения полимерных гидрогелей. Запас продуктивной влаги песка от их внесения увеличивался в 2,4–8,0 раз. Однако внесение гидрогеля не только увеличивало влажность почвы, но и увеличивало коэффициент использования воды (К.С. Казанский и др., 1988; R.A. Arram 1985). Это позволило повысить устойчивость сельскохозяйственных растений к засухе при водном дефиците, улучшало их физиологическое состояние как при засухе, так и без нее (Артюшин, 1987, 1988; Казанский и др., 1988). Так, по данным Ю.А. Урманцева, Н.Л. Гудскова, Н.Д. Прониной, К.С. Казанского (1990), даже при воздействии засухи у растений томатов, выращенных на субстрате с добавлением гидрогеля, наблюдалась выраженная тенденция к усилению роста.

Опытами, проведенными на территории белорусского Полесья в течение 1971-1973 гг. на дефлированных дерново-под-золистых рыхлопесчаных почвах, установлено, что полиакриламидный сополимер, скрепляя пески, образует на поверхности почвы прочный почвозащитный слой мощностью до 3–5 см, который препятствует испарению влаги и эффективно защищает песчаные почвы от дефляции в наиболее эрозионноопасный весенний период. В то же время с контрольного участка общее количество снесенной почвы составило 8,9 т/га (Л.М. Ярошевич, В.В. Жилко, 1977).

По данным Е.Н. Кузина, Л.А. Кузиной, А.Ю. Кузнецова (2000), А.Ю. Кузнецова, Е.Н. Кузина (2002), использование полиакриламидного полимера создавало благоприятные условия для поддержания положительного баланса гумуса. Полиакриламидный полимер улучшал пищевой режим чернозема выщелоченного. Содержание легкогидролизуемого азота в черноземе выщелоченном при использовании полимера в дозе 0,1 % от массы почвы было выше, чем на контроле, на 13,5–19,3, доступного фосфора – на 13,1–16,3 обменного калия – на 14,1–26,2 мг/кг почвы. При использовании полимера в дозе 0,05 % от массы почвы – на 7,7–14,4 мг/кг почвы соответственно.