Бесплатный автореферат и диссертация по сельскому хозяйству на тему

Агрофизические и экологические аспекты применения почвоулучшателей на черноземе типичном в условиях лесостепи ЦЧЗ

ВАК РФ 06.01.03, Агропочвоведение и агрофизика

Автореферат диссертации по теме "Агрофизические и экологические аспекты применения почвоулучшателей на черноземе типичном в условиях лесостепи ЦЧЗ"

2 1 ДЕК 1923

На правах рукописи

Рязанцева Нина Власовна

АГРОФИЗИЧЕСКИЕ И ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЧВОУЛУЧШАТЕЛЕЙ НА ЧЕРНОЗЕМЕ ТИПИЧНОМ В УСЛОВИЯХ ЛЕСОСТЕПИ ЦЧЗ

Специальность 06.01.03 - агропочвоведение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Курск - 1998

Диссертационная работа выполнена во Всероссийском научно-исследовательском институте земледелия и защиты почв от эрозии

Научные руководители: член корреспондент РАСХН, доктор

сельскохозяйственных наук, профессор

B,М. Володин

кандидат сельскохозяйственных наук

C.А.Чалабянц

Официальные оппоненты: доктор сельскохозяйственных наук

Г. А. Чуян

кандидат сельскохозяйственных наук А.Г.Балыкин

Ведущее предприятие: Курский НИИ агропромышленного

производства

Защита состоится часов на

заседании диссертационного совета Д.020.61.01 во Всероссийском научно-исследовательском институте земледелия и защиты почв от эрозии по адресу: 305021, г.Курск, ул..К.Маркса, 70-6, ВНИИЗиЗПЭ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВНИИЗиЗПЭ

Автореферат разослан " <-1998 г.

Ученый се!фетарь диссертационного совета, кандидат биологических наук

М.Г.Агаркова

Актуальность темы диссертации определяется необходимостью рационального использования земельных угодий, расположенных на склонах и подверженных водной эрозии. При усиливающемся техногенном воздействии на почву, следствием которого является обесструктуривание почв, целенаправленное изменение структуры путем применения почвоулучшателей создает принципиально новую возможность защиты почв от эрозии.

Применение структурообразователей с агроэкологических позиций целесообразно в первую очередь там, где почвы подвергаются наиболее интенсивному воздействию эрозионных процессов.

Целью работы было испытание и подбор новых видов почвоулуч-шаюших средств, способных обеспечить большую водопрочность, водопроницаемость почвы и разработать способы их применения для защиты почв от эрозии.

В задачу исследования входило выявление наиболее эффективных видов почвоулучшателей, разработка способов их применения для зашиты почв от эрозии и изучение их влияния на:

- водопрочность почвенных агрегатов;

- водопроницаемость почвы;

- морозоустойчивость почвы;

- эрозионную устойчивость почвы;

- физико-химические факторы новых видов структурообразователей с почвой;

- содержание основных элементов питания в почве;

- продуктивность возделываемых культур.

Научная новизна представленной работы состоит в том, что впервые в Центрально-Черноземной зоне России предлагается применение новых почвоулучшающих средств для защиты почв от эрозии, позволяющих в короткий срок и на значительный промежуток времени управлять почвенными условиями.

Положения, выносимые на зашиту.

1. Применение почвоулучшателей способствует сохранению структуры почвы и повышению водопрочности на 6-20 %, водопроницаемости в 1,7-5,1 раза, эрозионной устойчивости в 1,0-7,0 раза в зависимости от вида, дозы препарата и способа внесения, является эффективным средством защиты почв от эрозии.

2. Испытания почвоулучшателей различных видов выявили ряд эффективности: К-9 > ПАЛ > иономер ВО > латекс СКД-1 > ПАК-ПЭИ > ПАК-М-3 > ПАК-КСА > СЛХУ-1 > АЛС-120.

3. Внесение пленкообразующих веществ (латексов, поликомплексов), растительных остатков и их композиций целесообразно применять для создания временного защитного покрытия поверхности почвы как экспресс-метода для защиты почв от эрозии. Для создания оструктуренного пахотного горизонта применяют полиэлектролиты склеивающего типа К-9, ПАА и иономер ВО. Они улучшают физические свойства почвы.

4. Физико-химическое взаимодействие структурообразователей с почвой зависит от диаметра агрегатов. Для агрегатов диаметром менее 1 мм преобладает межагрегатное склеивание, для агрегатов диаметром более 1 мм характерна фиксация исходных размеров и повышение водопрочности.

Практическое значение. Почвоулучшатели могут применяться для защиты почв от эрозии как почво- и средозащитные препараты, оптимизирующие на агроклиматической основе физические, химические и эрозионные показатели почвы, в результате чего возрастает продуктивность сельскохозяйственных культур.

По результатам исследований предлагаются дозы и способы внесения препаратов в зависимости от почвоулучшателя на типах почв, подверженных водной эрозии.

Апробация работы. Основные положения рассматривались и получили положительную оценку на заседаниях Ученого совета ВНИИЗиЗПЭ, на

научно-практических конференциях в г.Курске (1990, 1998 гг.), на Всероссийской конференции "Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения", г.Москва (1998 г.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 печатных

работ.

Объем и структура работы. Диссертация изложена на 152 страницах машинописного текста, включает 65 таблиц и 10 рисунков. Состоит из введения, пяти глав, выводов и предложений производству. Библиографический список включает 254 наименования, в том числе 41 зарубежных авторов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Условия и методика проведения исследований.

Исследования проведены в 1978-1990 гг. в лаборатории агрофизики ВНИИ земледелия и защиты почв от эрозии, в ОППХ ВНИИЗиЗПЭ (Курская область, Медвенский район).

Почва опытного участка представлена черноземом типичным, тяжелосуглинистым с содержанием гумуса в верхнем 0-30 см слое 6,1 %, общего азота - 0,35 %, подвижного фосфора - 11,3 и обменного калия - 8,1 мг на 100 г почвы; pH солевой вытяжки - 5,3, гидролитическая кислотность - 5,06 мг-экв. на 100 г почвы.

Эффективность различных видов почвоулучшателей, доз и способов внесения препаратов изучалась в лабораторных и полевых опытах. Испыты-вались следующие препараты:

1. Полиакриламид (ПАА) и его модификации: сухой гранулированный полиакриламид СГС; сухой дробленый полиакриламид № 5; сухой дробленый полиакриламид № 7; катионный полиакриламид № 10.

2. Иономеры - это сополимеры, представляющие собой натриевую соль гидролизованного полиакрилонитрила; иономер ВО, JI и ВОС.

3. Латексы - продукты сополимеризации бутадиена и стирола, относятся к группе пленкообразующих веществ. Марки латексов: СКД-1; СКД-1С; СКС-С; СКС-ГНП; СКС-50П; БС-ЗОС.

4. Препарат К-9 - тройной сополимер нитрилакриловой, метакриловой и итаконовой кислот (отходы производства "Нитрон").

5. Поликомплексы - совместное применение двух препаратов образующих при контактировании сложное комплексное соединение. В качестве компонентов применялись:

- полиакриловая кислота (ПАК);

• полиэтиленимин (ПЭИ);

- крепитель М-3;

- модифицированная карбамидная смола (КСА);

- катионактивный препарат АК-б 18.

6. Препарат СЛХУ-1 - продукт конденсации гуминовых кислот с мочевиной посредством формальдегида.

7. Препарат АЛС-120 - акрилатнолигносульфонатный структурообра-зователь, полученный из отходов целлюлозно-бумажного производства.

8. Солома пшеничная тонкоизмельченная и ее композиции с полимерными препаратами.

Технология применения сухих препаратов (полиакриламидов) заключалась в совместном внесении их с основными удобрениями в первый год на трех полях одновременно в звене трехпольного севооборота: озимая пшеница - сахарная свекла - однолетние травы (вика-овес). Определения проводились в год внесения - действие, через год, два (в то же время) - последействие.

Технология внесения жидких препаратов латекса, иономера ВО, СЛХУ-1, АЛС-120 заключалась в применении 0,3-1,0 % рабочего раствора путем полива или опрыскивания двумя способами:

1 способ - поверхностное нанесение без нарушения сложения верхнего слоя почвы;

2 способ - внесение с одновременным перемешиванием верхнего пятисантиметрового слоя почвы.

Схемы основных полевых опытов:

Опыт с сухими полиакриламидами (ПАЛ), К-9, АЛС-120 в звене севооборота: озимая пшеница - сахарная свекла - однолетние травы при дозе ПАА 100 кг/га.

1. Контроль

2. К-9

3. АЛС-120

4. ПАА, СГС

5. ПАА №5

6. ПАА №7

7. ПАА №10.

Технология внесения жидких препаратов иономера ВО, АЛС-120 и латекса заключалась в применении 0,3-1,0 % рабочего раствора в зависимости от свойств препарата путем полива или опрыскивания разными способами.

Опыт с применением иономера ВО в звене севооборота озимая пшеница - сахарная свекла - кукуруза на зеленый корм:

1. Контроль - без внесения

2. Иономер ВО -100 кг/га, поверхностное внесение

3. Иономер ВО -100 кг/га, перемешивание

4. Иономер ВО - 250 кг/га, поверхностное внесение

5. Иономер ВО - 250 кг/га, перемешивание

6. Иономер ВО - 250 кг/га, перемешивание, через междурядье.

Опыт с мульчированием природными материалами (размолотая

солома) в композиции с полимерами:

В качестве почвоулучшателя применяли размолотую в порошок пшеничную солому (РП), которая смешивается с водой с добавлением связующего агента, например, латекса и наносится в виде жидкой пасты (жидкое мульчирование) на поверхность почвы в междурядье пропашных культур (кукуруза).

1. Контроль - без мульчирования

2. Сухое мульчирование соломой 20 ц/га

3. Мульчирование соломой 20 ц/га + латекс 100 кг/га

4. Жидкое мульчирование РП 20 ц/га

5. Жидкое мульчирование РП 20 ц/га + латекс 100 кг/га

6. Латекс 100 кг/га

7. Иономер ВО 250 кг/га.

Опыт по изучению продолжительности действия почвоулучша-телей (в дозе 100 кг/га) на водопрочность и водопроницаемость почвы:

1. Контроль - без препаратов

2. К-9

3. ПАА

4. Латекс СКД-1

5. Иономер ВО

6. Поликомплекс ПАК-КС А

Определения проводились в течение 20 месяцев с момента внесения почвоулучшателей (каждый год весной и осенью).

Наблюдения, анализы, учеты и определения проводились согласно существующим методам, принятым в почвоведении и общем земледелии:

1) определение влажности термостатно-весовым методом (Роде, 1960);

2) структурно-агрегатный состав почвы по Саввинову Н.И. (1931);

3) водопрочность макроструктуры по Саввинову в модификации Вершинина-Ревута (1964);

4) водопроницаемость почвы методом трубок по Вадюниной и Корчагиной (1973);

5) противоэрозионная устойчивость почвы методом искусственного дождевания по Швебсу Г.И. (1974);

6) агрохимические показатели определялись в почве оструктуренной и до оструктуривания:

- гумус - по Тюрину И.В;

- азот нитратный - по Грандвачь-Ляжу;

- азот аммиачный - фотоколориметрическим методом;

- фосфор и подвижный калий - по Чирикову Ф.В.;

7) морозоустойчивость определялась путем промораживания острук-туренных агрегатов при 1= -4-5° С;

8) данные учетов и наблюдений обрабатывались методами дисперсионного анализа по Доспехоау Б.А. (1979);

9) биоэнергетическая эффективность определялась по методике ВНИИЗиЗПЭ (Володин, Еремина, 1989);

10) экономическая эффективность определялась расчетным методом на основе технологических карт, нормативов затрат и государственных закупочных цен.

ВЛИЯНИЕ ПОЧВОУЛУЧШАТЕЛЕЙ НА ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПОЧВЫ.

Изменение водопрочности макроагрегатного состава почвы под действием почвоулучшателей. В условиях лабораторного эксперимента и проведенных полевых опытов с сухими полиакриламидами, К-9 и АЛС-120 отмечается значительное возрастание водопрочных агрегатов, особенно в

вариантах с ПАА № 5 и № 10 в первый год внесения и ПАА № 7 и № 10 - в последующем.

Более определенная зависимость от применения структурообразовате-лей этой группы прослеживается в полевых опытах по изменению средневзвешенного диаметра агрегатов (ф и относительного диаметра который показывает эффект структурообразования, где: <Зо - СВД без оструктуривания (контроль), с1- СВД после оструктуривания.

1 .Изменение водопрочности почвенных агрегатов в опыте с озимой пшеницей

Варианты Действие Последействие

ЕВПА >1,0 мм 1ВПА >0,25 мм (1, мм <Ш0 1ВПА > 1,0 мм 1ВПА >0,25 мм (3, мм <Шо

Контроль 33,3 74,2 1,27 - 27,9 61,2 0,5 -

К-9 54,1 76,4 2,14 1,7 22,2 69,5 0,87 1,7

АЛС-120 34,7 74,4 1,37 1,1 21,9 74,2 0,85 1,7

СГСПАА 36,8 74,8 1,57 1,2 22,6 78,1 0,89 1,8

№5 ПАА 46,0 80,8 1,80 1,4 17,3 75,5 0,78 1,6

№ 7 ПАА 38,8 73,7 1,60 1,2 18,8 80,4 0,86 1,7

№ 10 ПАА 47,0 77,4 1,87 1,5 32,9 83,2 1,12 2,24

Максимальный эффект структурообразования проявился сразу после внесения осенью на вариантах К-9 и ПАА № 10. Через год осенью на фоне общего снижения водопрочности 1, 2, 3 и 5-го вариантов эффект структурообразования увеличился (<!/<10) в среднем в 1,8 раза, причем максимально 2,2 раза на варианте с ПАА № 10, т.е. подтверждается возможность применения сухих почвоулучшающих средств в годы достаточного увлажнения, где они агрегируют почвенные элементы, постепенно растворяясь в почве под действием осадков.

Полевые испытания длительности воздействия на почву изучаемых препаратов выявили максимальную эффективность непосредственно после внесения иономеров, так как со временем происходит разрушение агрегатов под действием механических обработок, погодных условий и других факторов. Влияние иономера ВО через 20 месяцев после внесения в почву на структурообразование не обнаружено, а действие препарата К-9 сохраняется.

2. Продолжительность действия почвоулучшателей на водопрочность почвенных агрегатов (доза 100 кг/га)

Варианты 1ВПА > 0,25 мм, (%) (1, мм

Длительность действия, месяцы

1 8 12 20 1 8 12 20

Контроль 46,1 52,1 42,4 49,3 0,31 0,39 0,35 0,40

К-9 61,2 61,4 51,3 55,7 0,83 0,68 0,50 0,45

ПАА 65,7 55,9 56,1 49,6 1,24 1,12 0,57 0,40

Латекс СДК 1 57,6 52,6 46,5 49,3 0,58 0,45 0,38 0,39

Иономер ВО 52,2 - 49,7 49,4 0,44 - 0,41 0,40

ПАК-КСА 50,8 54,6 46,9 49,1 0,72 0,64 0,69 0,40

Исследованиями установлено, что при увеличении дозы препаратов СЛХУ-1, латекса, иономера ВО увеличивается водопрочность, однако это возрастание идет непропорционально увеличению дозировок.

При сравнении двух способов внесения поверхностно и с перемешиванием максимальное увеличение водопрочных агрегатов у латекса СКД-1 и иономера ВО наблюдалось в вариантах с перемешиванием на 22,2 %.

Изменение водопроницаемости под действием почвоулучшателей.

Исследованиями установлено, что водопроницаемость возрастает с увеличением размера фракций. Получены аналитические зависимости водопроницаемости от размера фракций. В контроле (без структурообразователя) - это линейная зависимость; воздействие структурообразователя характеризуется гиперболической зависимостью, в которой четко прослеживаются ка-

чественные особенности действия К-9, АЛС-120 и иономера ВО. По данным, полученным в полевом опыте, выявляются особенности действия различных структурообразователей на водопроницаемость почвы в зависимости от продолжительности.

3. Продолжительность действия почвоулучшателей (доза 100 кг/га) на водопроницаемость почвы (мм/мин)

Варианты Длительность действия полимеров, месяцы

1 8 12 20 24

Контроль 8,9 4,5 8,3 4,8 3,4

ПАА 12,7 10,4 - 6,8 3,9

К-9 12,3 11,9 11,7 8,3 5,6

Латекс СКД-1 10,6 6,4 10,5 5,3 4,1

Иономер ВО 12,2 5,4 - 7?3 5,6

Имеются общие закономерности - это достаточно высокая водопроницаемость во времени, что связано с высоким эффектом структурообразова-ния и его сохранения в течение календарного года (12 месяцев). Препараты К-9 и иономер ВО сохраняют свое действие в течение 24 месяцев. Это значит, почва сохраняет свое рыхлое состояние, более высокую влажность, в ней более благоприятный комплекс условий для жизнедеятельности растений - в этом заключается агроэкологическое значение почвоулучшателей.

Оценка почвоулучшателей по показателям противоэрозионной стойкости. В качестве эрозионной характеристики использовалась смывае-мость почвы R0 „р и величина, обратная смываемости, принятая за эрозионную устойчивость 1/ r"„„p (методика Швебса, 1974).

Применение иономера ВО, К-9 и ПАА в дозе 250 кг/га обеспечивает прекращение стока, создаются условия полного поглощения дождя, а, следовательно, отсутствие смыва.

Изучение влияния различных доз почвоулучшателей показало, что препарат К-9 в дозе 25 кг/га способствует возрастанию эрозионной устой-

чивости почти в 5 раз, иономера ВО в той же дозе - в 7 раз. АЛС-120 проявляет эффективность при более высоких дозах - 100 кг/га предотвращает смыв на 31,5 %; СЛХУ-1 при дозе 50 кг/га - на 50 %. Результаты опытов с покрытием из растительных остатков в композиции с латексом подтверждают свое преимущество, т.к. создается поверхность, обеспечивающая эрозионную устойчивость, равную действию К-9 в дозе 500 кг/га.

4. Изменение эрозионных показателей под влиянием почвооулучшателей при дождевании (доза 250 кг/га)

Варианты Эрозионные показатели почвы

1ВПА >0,25 мм, (%) свд, й, мм мутность р0, г/л интенсивн. стока, Ьо им/мин смыв.почвы, Я о „р г/с с 1 м эрози- он. ус-тойч. 1/К о да

Контроль 60,5 0,67 14,4 2,47 0,88 1,14

Латекс СКД-1 74,4 1,54 10,2 0,87 0,124 8,06

ПАА 80,5 2,06 нет смыва

К-9 82,4 2,17 нет смыва

Иономер ВО 74,4 1,77 нет смыва

В целом результаты испытаний свидетельствуют о возможности использования почвоулучшающих средств как экспресс-метода для зашиты почв от эрозии. Выявлен ряд эффективности препаратов: К-9 > иономер ВО > латекс СКД-1 > ПАК-ПЭИ > ЛАК-МЗ > ПАК-КСА >СЛХУ-1 > АЛС-120.

Влияние почвоулучшающих средств на "криогенные" свойства почв. Для оценки возможности применения почвоулучшателей в борьбе с эрозией талых вод изучалось влияние процессов промораживания и оттаивания на водопрочность агрегатов, оструктуренных иономерами ВО, латексом СКД-1, К-9 и АЛС-120.

Испытания показали снижение водопрочности при трехмесячном непрерывном промораживании у иономера ВО на 20 %, АЛС-120 на 17,8 % по

сравнению с первоначальным состоянием. Наиболее стойким оказался препарат К-9. Поликомплекс ПАК-КСА при сравнительно невысоком острукту-ривающем эффекте способствует устойчивой агрегации почвы, практически не изменяющейся при разных режимах промораживания.

Физико-химические факторы взаимодействия структурообразова-телей с почвой на агрегатном уровне. Для выявления особенностей взаимодействия с почвой структурообразователей и установлению оптимальной дозы, обеспечивающей высокую водопрочность, проводили исследования с препаратами К-9, АЛС-12, иономером ВО.

Монофракции агрегатов размером 0,25-0,5; 0,5-1; 1-3; 5-7 мм острук-туривали в концентрации 0,005; 0,01; 0,1; 0,5; 1; 2 % квесу почвы.

Данные определения водопрочности показывают, что применение К-9, AJIC-120 увеличивает выход водопрочных агрегатов по сравнению с контролем на 34,0-53,4 % (рис.1, 2).

У

10

6

Г

-,-^ у-,-

ей o.ds 01 äs 1.0

С, Г.

2.0

г

3

4 .г

С t

0.4 0S 1.0

2.0

Количественными показателями противоэрозионного действия служат величины средневзвешенных диаметров. По данным агрегатного анализа строят график зависимости средневзвешенного диаметра от дозы препарата (рис. 3). Установлено, что в зависимости от дозы почвоулучшателей наблюдаются три фазы:

1-е повышением дозы водопрочность возрастает;

II - стабилизируется;

Ш - снижается.

Для сравнения берут максимальную эффективность первой фазы. Анализ результатов воздействия различных видов почвоулучшателей позволяет уже на первой стадии испытаний определить менее эффективные виды и найти примерный диапазон оптимальных цоз.

АГРОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЧВОУЛУЧШАТЕЛЕЙ.

Урожайность сельскохозяйственных культур под влиянием поч-воулучшающих средств. Положительное влияние на урожай сахарной свеклы и кукурузы на зеленую массу оказало применение иономера ВО и латекса. С возрастанием дозы почвоулучшателей выявлено повышение урожая на 35,0-55,3 ц/га сахарной свеклы и 10,0-32,0 ц/га зеленой массы ку-

курузы. В опыте с полиакриламидами существенные различия проявляются по урожаю с однолетними травами между вариантами ПАА СГС и ПАА № 5, прибавки составиви!2,1-9,6 ц/га, соответственно. Урожай озимой пшеницы колеблется от 15,8 до 36,5 ц/га даже на контроле, но в среднем увеличивается на 4,3 ц/га (таблица 5). Результаты корреляционного анализа показали, что наибольшее воздействие на процессы формирования урожая сельскохозяйственных культур оказала структура почвы. Коэффициенты парной корреляции равны 0,61-0,74.

Изменение агрохимических показателей почвы. Результаты исследования содержания в почве нитратного (N-N03) и аммонийного (М-КН+4) азота на опытах с почвоулучшателями свидетельствуют о том, что в целом его количество меняется в зависимости от вида препарата и возделываемой в севообороте культуры. В опыте с полиакриламидами содержание нитратного азота было наибольшим в варианте с АЛС-120 под озимой пшеницей, а под однолетними травами наибольшее его содержание в варианте с ПАП № 5 (0,7 мг на 100 г почвы).

Применение растительных остатков (соломы) при создании защитного слоя стимулирует образование аммонийного азота, содержание которого в варианте с жидким мульчированием на 15 % по сравнению с контролем увеличивается. Содержание доступного фосфора в почве изменяется под культурами в севообороте. В вариантах с К-9 и с ПАА № 7 под однолетними травами его содержится максимальное количество 23,4 и 23,7 мг на 100 г почвы, соответственно, что на 9,7 % больше контроля (таблица 6).

Анализ данных содержания обменного калия в почве показывает, что наибольшее количество его на вариантах с ПАА СГС под озимой пшеницей (15,2 мг) и в варианте с ПАА № 5 под однолетними травами (19,2 мг). В остальных опытах отмечается среднее содержание на всех вариантах.

Влагозапасы в почве. Применение почвоулучшателей обеспечивает повышение влажности почвы в слое 0-5 см на всех вариантах, однако, на

5. Урожайность сельскохозяйственных культур (ц/га) при внесении почвоулучшателей (доза 100 кг/га)

Озимая пшеница Сахарная свекла Однолетние травы

№ Варианты действие 1 последействие 2 последействие среднее действие последействие среднее действие последействие среднее

1. Контроль 15,8 36,5 22,9 25,0 719,0 583,7 651,3 257,7 266,2 261,9

2. К-9 19,0 38,1 27,5 28,2 746,2 653,7 699,9 264,0 275,9 269,9

3. гЛЛС-120 17,5 41,1 25,0 28,0 711,8 627,4 669,6 259,0 273,4 266,2

4. ПАА, СГС 18,0 43,0 24,6 28,5 737,5 633,2 685,3 268,2 279,9 274,0

5. ПАА, N5 21,8 40,4 24,9 29,0 737,8 659,9 698,8 260,7 282,4 271,5

6. ПАА, N7 19,9 40,7 24,4 28,3 743,5 667,7 705,6 261,7 279,7 270,7

7. ПАА, N10 19,7 39,3 24,9 27,9 720,5 685,9 703,2 260,0 272,2 266,1

НСР„5 3,0 3,2 3,1 46,4 34,6 8,4 12,4

а;

6. Содержание элементов питания в почве под сельскохозяйственными культурами в опыте с применением сухих полиакриламидов (доза 100 кг/га) (в среднем за годы исследований)

№ Варианты Глубина, см Озимая пшеница Сахарная свекла Однолетние травы

N-N0., Р205 кго N-N03 N-N114 Рг О, К20 N-N03 ы-ын4 РгО, К20

1. Контроль 0-5 _0,30 2,10 15,0 11,9 0,30 1,9 15,4 11,2 0,40 3,8 21,6 17,8

5-10 0,50 1,90 13,5 9,7 0,50 1,7 1з|Г] 9,7 0,40 2,2 . 16,2 12,2

2. К-9 0-5 0,14 1,90 15,1 11,2 0,40 1,9 15,Г1 11,9 0,50 2,5 23,4 18,1

5-10 0,15 1,70 13,9 10,6 0,20 1,7 13,9 10,6 0,50 2,3 18,5 14,6

3. АЛС-120 0-5 ПО/70 2,00 15,3 10,«Г1 0,50 2,6 16,4 15,2 0,40 2,3 20,1 16,3

5-10 0,50 1,90 13,3 9,8 0,20 2,6 16Д-1 14,5 0,40 2,2 17,7 14,3

4. ПАА, СГС 1_0-5__ 0,46 2,60 16,4 15,2 0,20 2,2 15,4 18,9 0,50 3,0 20,0 16,7

5-10 0,24 2,20 16,2 14,7 0,20 2,0 15,2 10,2 0,32 3,2 15,5 13,5

5. ПАА, N5 0-5 0,25 2,20 15,2 13,9 0,90 1,6 12,6 9,5 0,7 3,2 21,8 19,2

5-10 0,21 2,00 И,5 10,2 0,60 1,1 10,3 9,0 0,4 2,6 16,5 13,9

6. ПАА, N7 0-5 0,27 2,40 17,0 14,1 0,50 2,0 12,6 10,2 0,6 3,0 23,7 17,9

5-10 0,23 2,00 14,9 14,5 0,40 2,5 10,6 7,5 0,5 2,3 15,6 13,7

7. ПАА, N10 0-5 0,24 2,10 15,4 13,8 0,70 2,2 12,6 9,0 0,3 3,31 20,6 16,5

5-10 0,24 1,80 13,4 И,2 0,40 2,0 14,1 13,8 0,4 2,41 16,3 12,6

НСРоз 0-5 0,17 0,56 3,3 2,1 0,28 0,41 4,7 2,3 0,4 1,5 4,1 3,5

НСРо5 5-10 0,20 0,69 3,0 1,9 0,31 0,52 3,7 1,8 0,2 0,9 4,8 2,9

(Л

варианте с латексом влажность почвы увеличивается на 3,7 % больше, чем на контроле (таблица 7).

7. Изменение влажности почвы под влиянием почвоулучшателей (%)

Варианты Глубина(см)

0-5 5-10 10-20 20-40 40-60

*А В А В А В А В А В

1. Контроль 21,9 23,7 28,2 26,9 28,8 27,6 31,1 29,9 29,2 29,5

2. К-9 23,1 22,3 29,4 26,1 32,9 27,7 30,7 27,7 27,9 28,1

3. ПАА 22,3 24,7 28,2 27,2 33,0 27,1 30,3 28,8 28,7 27,8

4. Латекс 25,6 24,5 29,2 30,8 30,8 29,6 29,2 28,5 28,0 27,7

5.Иономер ВО 24,9 22,2 28,4 28,8 29,6 28,9 30,2 30,9 27,8 27,5

*А- действие; В - последействие.

В опыте с мульчированием наибольшее влияние на запасы продуктивной влаги оказали композиции растительной пасты с латексом в верхнем 030 см слое почвы и К-9, превышая контроль на 4,6-14,4 мм. Таким образом, применение почвоулучшателей обеспечивает увеличение влажности верхнего слоя почвы, создавая лучшие условия жизнедеятельности для растений, что в конечном итоге положительно сказывается на продуктивности культур.

БИОЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ И ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПОЧВОУЛУЧШАТЕЛЕЙ

Биоэнергетическая оценка применения почвоулучшателей.

Энергетический подход дает возможность количественно оценить энергетическую стоимость получения сельскохозяйственной продукции, сравнивать агрофитоценозы по расходу затраченной энергии на единицу как

общей, так и товарной продукции. Этот показатель не заменяет, а лишь дополняет оценку возделывания сельскохозяйственных культур по экономическим показателям - затратам труда, себестоимости.

Но данный метод не дает объективной оценки применения почво-улучшателей, так как не учитывается энергопотенциал почвы и сохранения энергии в результате предотвращения смыва почвы. Для биоэнергетической оценки применение почвоулучшателей использовали методику ВНИИЗиЗ-ПЭ (Володин и др. 1989, 1995), по которой были определены:

1. Показатель биопроизводительности агроэкосистемы кукурузы на единицу совокупного энергетического ресурса, включающего энергию ФАР, энергию органического вещества почвы и антропогенную энергию.

2. Показатель направленности воспроизводства плодородия почвы -

У ~ 1прих. ! 1расх.; где:

1прих. - поступление энергии органического вещества в почву, МДж/га;

1расх- " расход энергии органического вещества через его минерализацию, МДж/га.

При у > 1.0 плодородие почв расширено, при у = 1,0 - простое и при

7 < 1 - суженное воспроизводства плодородия.

Исследованиями установлено, что применение почвоулучшателей снижает потери энергии в результате эрозионных процессов и способствует интенсивности связывания энергии АЭС кукурузы и повышению производительности агроэкосистемы кукурузы на единицу ресурса (таблица 8). Применение латекса и иономера ВО в чистом виде обеспечивает повышение производительности на 12,9-18,8 %. При сухом и мокром мульчировании соломой без почвоулучшателей производительность АЭС кукурузы по сравнению с контролем повышается всего лишь на 5,5-7,4 %, т.е. менее чем на 10 %. Следовательно, повышение производительности на этих фонах недостоверно.

8. Показатели биоэнергетической оценки применения почвоулучшателей для защиты почв от эрозии

Варианты Ед | Едю 1 К Г

ГДж/га

1. Контроль (без внесения) 14.5 13.9 1.611 0.054 0.818

2. Сухое мульчирование соломой 2 т/га 52.42 14.3 1.652 0.058 0.815

3. Сухое мульчирование соломой 2 т/га + латекс 100 кг/га 58.73 20.6 1.657 0.060 0.823

4. Жидкое мульчирование (РП 2 т/га + вода 2 т/га) 55.73 17.5 1.669 0.057 0.762

5. Жидкое мульчирование (РП 2 т/га + латекс 100 кг/га) 62.15 24.1 1.769 0.062 0.876

6. Латекс 100 кг/га 21.52 20.9 1.806 0.064 1.000

7. Иономер ВО 250 кг/га 21.15 20.5 1.660 0.061 0.867

Ед - совокупные затраты энергии на возделывание кукурузы, ГДж/га

Еа,„ - затраты невозобновляемой энергии, ГДж/га

1 - интенсивность связывания энергии АЭС кукурузы ГДж/сутки

у - показатель направленности воспроизводства плодородия почв

К - показатель биопроизводительности АЭС кукурузы на единицу совокупной энергии.

Экономическая эффективность применения почвоулучшателей.

Совершенствуя способы защиты почв от эрозии, исследователи предлагают новые способы и нетрадиционные элементы, в данном случае - поч-воулучшатели. Каждый из них определенным образом влияет на агрофизические и агрохимические свойства почвы, определяя рост и развитие культурных растений.

Для всесторонней оценки различных видов почвоулучшателей, изучаемых нами в опытах, наряду с биоэнергетической оценкой, дается экономическая оценка, с помощью которой определяется целесообразность их применения в сельскохозяйственном производстве.

При определении экономической эффективности урожайность переводили в кормовые единицы, принимая за кормовую единицу 1 ц зерна овса. Экономическая оценка почвоулучшателей проводилась по следующим показателям: затраты труда на 1 га, общие производственные затраты (руб/га), себестоимость 1 ц продукции, условно чистый доход на 1 га, уровень рентабельности (%).

Основным критерием, позволяющим дать экономическую оценку того или иного агроэкологического приема, является условный чистый доход. В нашем опыте различные почвоулучшатели обеспечивали неодинаковый чистый доход. Самым высоким он был при внесении латекса, его сумма составляла 768,8 руб/га. Заметна разница и в варианте с жидким мульчированием, разница чистого дохода по сравнению с контролем составила 101,58 руб/га. (таблица 9).

По уровню рентабельности варианты с применением латекса оказались также самыми высокими и составляли 205,7-211,7 %. Самая низкая рентабельность отмечалась на варианте с сухим мульчированием соломой (191,2 %) и с иономером ВО (191,6 %), хотя себестоимость продукции на этом варианте была самая низкая. Среди остальных вариантов себестоимость 1 ц кормовой единицы была выше контроля.

9.Экономическая эффективность применения почвоулучшателей на посевах кукурузы на зеленую массу.

Варианты Урожай Стоим, продукции руб/га Произ-водст. затраты руб/га Затраты труда чел/час Себестоимость 1 ц к.е. Стоим, сохран. пнтат. 8-в руб/га Условно чистый доход руб/га Уровень рентабельности (%)

ц/га к. е.

1. Контроль (без внесения) 498 104,6 1014,62 359,56 10,05 2,82 - 655,06 182,2

2. Сухое мульчирование соломой 2 т/га 512 107,5 1042,75 362,17 13,2 3,37 11,77 692,35 191,2

3. Сухое мульчирование соломой 2 т/га + латекс 100 кг/га 513 107,7 1044,70 364,75 15,3 3,39 21,77 713,72 195,7

4. Жидкое мульчирование (РП 2 т/га + вода 2 т/га) 523 109,8 1065,06 363,19 14,7 3,31 10,68 722,7 199,0

5. Жидкое мульчирование (РП 2 т/га + латекс 100 кг/га) 546 114,6 1111,62 367,81 15,8 3,21 12,83 756,64 205,7

6. Латекс 100 кг/га 548 115,1 1116,47 363,15 13,8 3,15 15,52 768,84 211,7

7. Мономер ВО 250 кг/га 510 107,1 1038,87 363,95 13,8 2,81 22,45 697,37 191,6

ю

Из анализа экономической эффективности вытекает вполне определенный вывод: наиболее оправдано с экономической точки зрения применение латекса и его композиций с растительными остатками.

Выводы.

1. Составлена классификация почвоулучшающих средств, что позволяет правильно выбрать вид почвоулучшателя и способы его применения.

2. Установлено, что эффект по улучшению физических свойств почвы достигается в зависимости от вида, дозы и способа внесения почвоулучшателя. Изменения начинают проявляться при минимальной дозировке и возрастают, но непропорционально количеству внесенного препарата. Наиболее эффективные дозы 100-250 кг/га.

Внесение почвоулучшателей с одновременным перемешиванием ост-рукгуриваемого слоя на 22 % увеличивает эффективность препаратов по сравнению с поверхностным способом внесения.

3. Выявлен ряд эффективности почвоулучшателей по водопрочности, водопроницаемости и эрозионной устойчивости: К-9 > ПАА > иономер ВО > латекс СКД-1 > ПАК-ПЭИ > ПАК-М-З > ПАК-КСА > СЛХУ-1 > АЛС-120.

4. Продолжительность действия К-9, ПАА сохраняется 20 месяцев, иономера ВО, латекса и поликомплекса -12 месяцев.

5. Установлено, что промерзание почвы, оструктуренной почвоулуч-шателями, не снижает эффективность препаратов при переменном температурном режиме, что позволяет рекомендовать их применение для защиты почв от эрозии талых вод.

6. Применение гранулированных почвоулучшателей типа полиакри-ламида под озимую пшеницу, сахарную свеклу и однолетние травы способствует устойчивому пролонгированному действию и улучшает агрегатный состав, водопрочность и противоэрозионную стойкость почв.

7. Выявлена перспективность применения природных материалов (соломы) в композиции с клеящими добавками из полимерных препаратов (латекса, К-9). Противоэрозионная стойкость почв повышается в 2,0-4,5 раза при дозе 20 ц/га соломы со 100 кг/га латекса, смыв уменьшается в 5 раз.

8. Оптимальную дозу почвоулучшателей необходимо устанавливать, учитывая структурно-агрегатный состав почвы. Для агрегатов диаметром менее одного миллиметра характерно межагрегатное склеивание, приводящих к образованию более крупных водопрочных агрегатов. Для агрегатов с диаметром более 1 мм характерна фиксация размеров исходных агрегатов и повышение их водопрочности.

9. Для создания временного защитного покрытия поверхности почвы целесообразно применять латексы типа СКД-1, которые вносятся поверхностно. Для оструктуривания верхнего горизонта почвы применяются поли-акриламиды, иономеры и поликомплексы.

10. Установлено, что применение почвоулучшателей снижает потери энергии в результате эрозионных процессов и способствует повышению производительности агроэкосистемы кукурузы на единицу ресурса. Показатель направленности воспроизводства плодородия составил 1,0 по латексу и 0,82 по иономеру ВО.

11. Расчет экономической эффективности применения почвоулучшателей показал, что наибольший условный чистый доход был в вариантах с использованием латекса. Высокий уровень рентабельности 205,7 и 211,7 также в вариантах с применением латекса.

Предложения производству.

1. На почвах, подверженных водной эрозии, использовать почвоулуч-шающие средства по эффективности установленного ряда и по типу действия препаратов, принимая во внимание агроэкологическую значимость их свойств.

2. Для создания структурного пахотного горизонта почвы рекомендуется вносить полиэлектролиты склеивающего типа (К-9, иономер ВО, поликомплексы), для временного защитного покрытия поверхности почвы целесообразно применять латексы типа СКД-1 и композиции его с соломой.

3. Сухие гранулированные полиакриламиды целесообразно применять совместно с посевом культур в годы достаточного увлажнения, а водорастворимые препараты применять в виде 0,3-1,0 % раствора путем полива при помощи опрыскивателей или машин для внесения жидких удобрений.

4. Дозы почвоулучшателей, наиболее эффективные в противоэрозион-ном отношении, рассчитывать по агрегатному составу почв и применять в пределах 100-250 кг/га.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. К вопросу использования водорастворимых полимер-аналогов по-лиакрщтонигрила для защиты почв от водной эрозии // НТБ ВНИИЗиЗПЭ. Курск. 1979. Вып. 1. С. 47-52.

2. Улучшение противоэрозионных свойств почвы с помощью латексов //НТБ ВНИИЗиЗПЭ. Курск. 1979. Вып. 1. С. 62-67 (в соавторстве).

3. Регулирование водопрочности почвенных агрегатов искусственными структурообразователями // НТБ ВНИИЗиЗПЭ. - Курск. 1979. Вып. 3. С. 22-27 (б соавторстве).

4. Изменение некоторых физических свойств почвы и урожая под влиянием полимеров // НТБ ВНИИЗиЗПЭ. Курск. 1980. Вып. 2. С. 50-52 (в соавторстве).

5. Полимеры-почвоулучшатели // Достижения науки и техники АПК. 1988. № 11. С. 22 (в соавторстве).

6. К вопросу оценки противоэрозионной эффективности синтетических почвоулучшателей // Деп. рук. № 104/6-80 ВНИИТЭИС. 1981. С.26.

7. Агрофизические и экологические аспекты применения почвоулуч-шателей на черноземе в условиях ЦЧЗ // Тезисы докладов научно-практической конференции. Курск. КГСХА. 1998. С. 8 (в соавторстве).

8. Повышение эрозионной устойчивости при разных способах мульчирования // Тезисы и доклады Всероссийской конференции "Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения". М., 1998. С. 294 (в соавторстве).

9. A.c. № 912073 МКИ 01 В 13/16. Способ защиты почв от эрозии под посевами сахарной свеклы. 16.11.81. (в соавторстве).

Текст научной работыДиссертация по сельскому хозяйству, кандидата сельскохозяйственных наук, Рязанцева, Нина Власовна, Курск

всероссийский научно-исследовательский институт земледелия и защиты почв от эрозии

На правах рукописи

Рязанцева Нина Власовна

агрофизические и экологические аспекты применения почвоулучшателей на черноземе типичном в условиях лесостепи цчз

Специальность 06.01.03 - агропочвовдение

диссертация

на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

Научные руководители: доктор сельскохозяйственных наук,

профессор, член-корреспондент

расхн Володин В.М

кандидат сельскохозяйственных наук

Чалабянц С.А.

Курск - 1998 г.

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

ВВЕДЕНИЕ................................................................4-7

Глава 1. Современное состояние проблемы применения

поч воулу чшател ей......................................................8-25

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Глава 2. Условия и проведение исследований........................26-42

2.1. Краткая характеристика почвенно-климати-

ческих условий Центрально-Черноземной зоны . . . 26-28

2.2. Характеристика опытного участка......................29-30

2.3. Метеорологические условия................................30-34

2.4. Методика проведения исследований..................35-42

Глава 3. Влияние почвоулучшателей на физические свойства почвы....................................................................43-94

3.1. Классификация почвоулучшающих материа- 43-48 лов.........................................

3.2. Характеристика изучаемых почвоулучшателей 49-54

3.3. Изменение водопрочности макроагрегатов состава почвы под действием почвоулучшателей .... 54-68

3.4. Изменение водопроницаемости под действием почвоулучшателей......................................................69-73

3.5. Оценка почвоулучшателей по показателям противоэрозионной стойкости почв........................73-78

3.6. Влияние почвоулучшающих средств на криогенные свойства почв ................................................78-82

3.7. Физико-химические факторы взаимодействия стр у кту р о о б р аз о в ате л е й с почвой на агрегатном

уровне..........................................................................82-94

Глава 4. Агрономическая оценка эффективности применения почвоулучшателей ..............................................95-118

4.1. Урожайность сельскохозяйственных культур

под влиянием почвоулучшающих средств..............95-104

4.2. Изменение агрохимических показателей почвы 104-114

4.3. Влияние почвоулучшателей на запасы продуктивной влаги................................................................115-118

Глава 5. Биоэнергетическая оценка эффективности почвоулучшателей ................................................................119-127

5.1. Биоэнергетическая оценка применения почвоулучшателей ................................................................119-124

5.2. Экономическая оценка применения почвоулучшателей ................................................................124-127

ВЫВОДЫ....................................................................128-129

ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВУ......................130

ЛИТЕРАТУРА............................................................131-152

введение

Проблема охраны природы и рационального использования земельных угодий, расположенных на склонах и подверженных эрозии является 'одной из важнейших в современном сельском хозяйстве. В ЦентральноЧерноземной зоне 25 % площади пашни представлено слабо- и среднеэро-дированными почвами (около 500 тыс.га) и 40 % потенциально эрозионно-опасными. Интенсивное использование пахотных земель вызывает ряд экологических нарушений, которые наносят серьезный ущерб сельскому хозяйству; на эродированных почвах урожай зерновых культур на 10,40 % ниже, чем на неэродированных (Каштанов, Заславский, 1984).

В борьбе с деградацией физического состояния черноземов особое место занимают вопросы их структурного состояния как важного фактора, определяющего физические условия плодородия почв.

В настоящее время актуальность проблемы возрастает в связи с усиливающейся антропогенной нагрузкой на почву, переуплотнением ее сельскохозяйственной техникой, развитием эрозии, следствием которых является обесструктуривание почв.

В этом аспекте целенаправленное изменение структуры почв путем применения почвоулучшателей создает принципиально новую возможность для борьбы с эрозией почв, повышения их плодородия и стабильности урожаев сельскохозяйственных культур.

Применение структурообразователей целесообразно в первую очередь там, где почвы обладают низкой противоэрозионной стойкостью, наблюдается интенсивное развитие эрозионных процессов, физические свойства неудовлетворительные и оказывают отрицательное воздействие на плодородие почв.

В то же время разногласия в оценке почвоулучшателей связаны с тем, что один и тот же препарат по-разному действует в различных поч-

венно-климатических условиях. Поэтому в целях объективной оценки эффективности того или иного вида почвоулучшателя, необходимо всестороннее изучение его в зональном аспекте.

Цель настоящей работы - подбор и испытание новых почво-улучшающих средств, способных обеспечить большую прочность и водоустойчивость агрономически ценных агрегатов и разработать способы их применения для защиты почв от эрозии.

Новизна представленной работы состоит в том, что впервые в Центрально-Черноземной зоне России применили новые почвоулуч-шающие средства для защиты почв от эрозии, позволяющие в короткий срок и на значительный промежуток времени возможность управления почвенными условиями.

В задачу исследований входило выявить наиболее эффективные виды почвоулучшателей и изучить их влияние на:

- водопрочность почвенных агрегатов;

- водопроницаемость почвы;

- морозоустойчивость почвы;

- эрозионную устойчивость почвы;

- физико-химические факторы взаимодействия новых видов структурообразователей с почвой;

- содержание основных элементов питания в почве;

- продуктивность возделываемых культур.

Исследования проведены в 1978-1990гг. и являлись составной частью плана научно-исследовательских работ ВНИИЗиЗПЭ на основании постановления ГКНТ № 390 от 2.08.1979 г.

В результате проведенных исследований установлены и выносятся на защиту следующие положения:

1. Применение почвоулучшателей способствует сохранению структуры почвы и повышению водопрочности на 6-20 %, водопрони-

цаемости в 1,7-5,1 раза, эрозионной устойчивости в 1^-7,0 раза в зависимости от дозы, вида препарата и способа внесения.

2. Испытания 23 видов почвоулучшателей выявили ряд эффективности:

К-9 > К-4 > иономер ВО > латекс СКД-1 > ПАК-ПЭИ > ПАК - М-3 > ПАК-КСА.

3. Внесение пленкообразующих веществ (латексов поликомплексов) и пасты из растительного порошка в композиции с латексом целесообразно для создания временного защитного покрытия поверхности почвы, как экпресс-метода для защиты почв от эрозии. Для создания оструктуренного пахотного горизонта применение полиэлектролитов склеивающего типа (К-9, ПАА, иономер ВО) позволило улучшить почвозащитные физические свойства почвы.

4. Физико-химическое воздействие структурообразователей с почвой зависит от диаметра агрегатов. Для агрегатов диаметром менее 1 мм преобладает межагрегатное склеивание, приводящее к образованию агрегатов, для агрегатов диаметром более 1 мм характерна фиксация исходных размеров и повышение водопрочности.

Проведенные исследования дают основание рекомендовать производству применение почвоулучшателей как средство защиты почв от эрозии и устойчивого сохранения плодородия.

Основные итоги исследований рассматривались и получили положительную оценку на заседаниях Ученого совета ВНИИЗиЗПЭ, на научно-практической конференции в г.Курске (1998 г.), на Всероссийской конференции "Антропогенная деградация почвенного покрова и меры ее предупреждения" (г.Москва, 1998 г.).

Способы применения почвоулучшателей, разработанные по материалам исследований, защищенные тремя авторскими свидетельствами, были представлены на Выставке достижений народного хозяйства.

Главный комитет ВДНХ наградил руководителя темы Чалабянца С.А. золотой медалью, а автора данной диссертационной работы - серебряной медалью.

По материалам диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Автор выражает искреннюю признательность и глубокую благодарность научным руководителям член7 -корреспонденту РАСХН Володину В.М. и кандидату сельскохозяйственных наук Чалабянцу С.А. за оказанную помощь и поддержку в работе.

Глава 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПОЧВОУЛУЧШАТЕЛЕЙ.

Исследования по применению веществ, улучшающих структуру почв, проводятся в нашей стране и за рубежом уже более 60 лет, однако интерес разработчиков к почвоулучшателям не ослабевает и в наши дни.

Приоритет в этой области человеческих знаний принадлежит российской школе агрофизиков. В самом начале 30-х годов в Агрофизическом институте впервые был поставлен вопрос об искусственных струк-турообразователях и даже о физических удобрениях, т.е. о веществах, способных не только отдавать элементы питания растениям, но и кондиционировать физические условия в почве путем создания длительно устойчивых в воде комков.

Агрофизики П.В. Вершинин, Ф.Е. Колясев, В.П. Константинов, Н.И. Саввинов, Д.Л. Талмуд, А.Ф. Иоффе являлись первооткрывателями и инициаторами этого направления в науке и прикладной деятельности. Однако практическое применение оструктуривания почвы впервые получило в США в конце 40-х и начале 50-х годов. Для целей структуро-образования в ряде стран было предложено довольно большое количество препаратов промышленного производства, получивших в США собирательное название крилиумов, обладающих высокими клеящими свойствами и относящихся к полимерным соединениям акриловой и метак-риловой кислот (фирма Мансата). Свыше ста разновидностей полимерных материалов использовались в качестве почвоулучшателей за это время.

Полиакриламиды и полиакрилметакрилаты также известны как гидроабсорбирующие полимеры, суперабсорбирующие полимеры или гидрогели опробывались в сельском хозяйстве начиная с 60-х годов, из-

за своей способности абсорбировать воду в количествах, превышающих в несколько сот раз собственный вес (Bouranis et. al., 1995).

Появление нового поколения гидроабсорбентных полимеров и сополимеров из пропенамидного и пропеноактивного семейства в начале 80-х годов предоставило возможность команде из университета Гента (Бельгия) создать новый продукт путем смешивания различных гидрогелей со специально отобранными минералами, органическими и слаборастворимыми удобрениями, а также элементом стимулирующим рост растений (Коттем, 1997).

Десять лет исследований в лабораторных условиях и на полях были завершены производством смеси Терра Коттем в 1993г., которая успешно продается в 20 странах мира.

. До 90-х годов и в нашей стране велись разработки новых препаратов. Был исследован сополимер (YIII), разработанный в Институте высокомолекулярных соединений в содружестве с АФИ; препараты серии "К" - К-4, К-6, К-9, АКС, АКМ, были получены в Институте химии АН Узбекистана под руководством К.С. Ахмедова в содружестве с Почвенным институтом Узбекистана под руководством В.Б. Гуссака. Новый препарат, изготовленный из угля, - угольный клей или азотно-гуматное удобрение (A.c. № 417133 Вольфковича). В 1995г. разработана серия комплексных органо-минеральных гуминосодержащих удобрений (ОМ-ГУ) на основе гуматов бурого угля (АООТ "Тулауголь"). Эффективность применения углегуматов в качестве ценных комплексных органо-минеральных удобрений подтверждена многолетними полевыми и лабораторными исследованиями (Аммосова и др., 1996, Зимина и др., 1997).

Использование торфа и бурых углей для производства гуминовых препаратов обусловлено высоким содержанием в них гуминовых кислот; простотой и дешевизной производства препаратов и возможностью ор-

ганизации безотходного и экологически чистого производства. Для изучения возможности использования препарата ГУМИ-БАШИНКОМ в качестве нетрадиционного удобрения проводился опыт на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве (пахотный слой), в результате которого установлено положительное влияние на урожайность овса и вики (Садовникова и др., 1997).

Исследования ведутся в направлении применения почвоулучшате-лей, полученных преимущественно как из высокомолекулярных соединений путем сложных химических препаратов, так и природных, а также отходов целлюлозно-бумажной, угольной и текстильной промышленности.

Об этом свидетельствуют отечественные и зарубежные публикации научно-технических результатов и патентной информации.

Во многих развитых странах США, Германии, Франции, Японии и России увеличилось число изобретений на способы применения почво-улучшающих средств. По данным патентной и научно-технической литературы, за период с 1976 по 1997 годы значительный интерес обнаружен к следующим группам почвоулучшателей: I структурообразующий тип - линейные, природные и модифицированные полимеры, смолы; II стабилизирующий тип - пленкообразующие почвоулучшатели и пены.

Отмечается большое число разработок по совместному применению различных видов почвоулучшателей и в комбинации с удобрениями. Заметно возросло число изобретений за последнее десятилетие по пенам и смолам. Многих исследователей привлекает возможность использования природных (естественных) почвоулучшателей и их модификаций. Возросло число изобретений, рекомендующих применение линейных полимеров в качестве способов защиты почв от эрозии.

Анализ патентной информации по наиболее развитым странам мира выявил основное направление, по которым ведутся разработки по применению почвоулучшателей (рис. 1).

Так, в России за последнее десятилетие получили развитие исследования по совместному применению разных видов почвоулучшателей: природных, поверхностно-активных, линейных, пленкообразующих. Разработки ведутся по другим группам препаратов - поликомплексам.

В США за последние годы защищены патентами способы получения и применения пленкообразующих веществ и по совместному применению полимеров, в Великобритании - только по последней группе. Во Франции и Германии - зарегистрировано наибольшее число патентов на неорганические почвоулучшатели. В Японии за последнее десятилетие защищались патентами вещества группы смол (рис. 2).

Наиболее широкая информация имеется по линейным полимерам. Полимеры этой группы - эффективные агрегаторы почвы, т.е. преобладает склеивающий характер взаимодействия с твердой фазой почвы по адгезионному типу. Это препараты серии "К", полиакриламиды, сополимеры и другие.

Отмечается, что полимерные препараты К-4, К-9, ПАА, создавая макроструктуру, коренным образом перестраивают физические, водные, физико-химические и агрохимические свойства орошаемых сероземов хлопковой зоны. Переход поверхностного пятисантиметрового слоя почвы из микро- в макроструктурное состояние улучшает режим питания растений (Паганяс, 1972).

Выявлено, что ионизируемые водорастворимые полимеры являются более эффектными структурообразователями почв, чем не ионизируемые. В этом отношении полифункциональные полимеры превосходят монофункциональные. Усиливается структурообразующий эффект со степенью ионизации карбоксильных групп. Эффективность структу

80т

70 -

60 - !

50 |

Россия США Великоб. Франция Г ермания Япония

Общее количество изобретений Количество изобретений за последнее десятилетие

Рисунок 1.1. Количество изобретений по применению почвоулучшателей в в России и за рубежом за 1976-1997 годы.

40

30

20

10

1 - Линейные полимеры

2 - ПАВ

3 - Пленкообразующие

4 - Смолы

5 - Природные и модифиц.

6 - Неорганические

7 - Смеси прочие

Общее количество изобретений

Количество изобретений за последнее десятилетие

Рисунок 1.2. Напрвление исследований по применению почвоулучшателей в развитых странах мира.

рообразующего действия воднорастворимых полимеров (ВРП) резко улучшается при переходе от легкоглинистых к тяжело глинистым почвам (Хамраев и др., 1982).

О неослабевающем интересе исследователей к линейным полимерам свидетельствуют многочисленные публикации результатов испытаний. Так, на суглинистых дерново-подзолистых почвах Центрального района РСФСР проведено сравнительное изучение полимеров структурообразующего типа почвоулучшения: К-4, ПАА, а также природного поч-воулучшателя - лигнина. Установлено, что мелиоративное влияние К-4 и ПАА на водопроницаемость и агрегатный состав проявляется сильнее, чем у лигнина. Рекомендуется экономически оправданная доза 0,05 % от веса почвы (Туев, Аксенов, 1978; Мосолова, Доля, 1979; Дизенгоф, 1981).

Установлено высокое оструктуривающее действие гидролизованно-го полиакрилонитрила на торфяных почвах. Дозы 200-300 кг/га дают достоверную прибавку урожая и существенно влияют на водно-физические и агрохимические свойства почв разной степени окультуренности: 15 и 65 лет использования (Бразгунов и др., 1981).

Наблюдается повышенный интерес к применению поверхностно активных веществ для почвоулучшения. По материалам Института почвоведения АН Казахстана большое внимание уделено использованию поверхностно-активных веществ (ПАВ) и других полимеров для улучшения водно-солевого режима, структуры почв, повышения урожайности �