Работа выполнена в соответствии с планом НИР Владимирского НИИ сельского хозяйства и кафедры агрономической и биологической химии ТСХА (N государственной регистрации 1 930 000 255).
Актуальность темы
Повышение плодородия песчаных и супесчаных разновидностей дерново-подзолистых почвзанимающих в центральном регионе Российской Федерации около 15% пашни, и увеличение выхода продукции с единицы их площади обеспечиваются комплексом факторов, среди которых наибольшее значение имеют минеральное и водное условия питания растений. Последнее имеет место ввиду того обстоятельства, что на общем, относительно благоприятном, сред-не^многолетнем фоне выпадения осадков продуктивность культурных ценозов в значительной степени зависит от годовых и, что особенно важно, сезонных циклов колебания уровней влагообеспеченности.
В связи с этим на первый план среди задач практического земледелия выходит поиск агрохимических биофильных средств промышленного производства (альтернативой агротехническим средствам), способных прямо либо косвенно обеспечивать пролонгирование оптимальных условий водного и минерального питания в течение вегета-ций растений, нивелируя тем самым действие неблагоприятных природных условий.
К числу перспективных агрохимических средств, расширяющих возможности управления водным и минеральным режимами почв, относятся влагонабухающие полимерные гидрогели, синтез которых осваивается отечественной химической промышленностью. Применительно к условиям для дерново-подзолистых почв Владимирской области эти вопросы ранее не рассматривались, что определяет актуальность проблемы.
Цель и задачи исследований. Основная цель исследований заключалась в установлении качественных и количественных закономерностей действия влагонабухающих полимерных гидрогелей на изменение водно-физических свойств почвы, выявлении влияния их на физиологию возделываемых культур и для обоснования приемов их эффективного применения в кормовых ценозах региона. Предусматривалось решение следующих задач: -изучить сорбционные свойства гидрогеля в отношении воды и питательных веществ;
— выявить закономерности и математически формализовать изменение водно-физических свойств и микрофлоры почвы при использовании гидрогелей;
— изучить влияние гидрогелей на рост, развитие растений и характер пространственного распределения корневой массы в почве;
— установить влияние различных доз, видов и способов внесения гидрогелей на продуктивность культур севооборота и качество продукции;
— установить параметры расхода элементов питания и воды планируемым урожаем кормовых культур при использовании влагонабухающих полимерных гидрогелей.
Научная новизна. Изучены количественные изменения сорбционных свойств влагонабухающих полимерных гидрогелей в отношении водыустановлен характер действия гидрогеля на изменение водно-физических свойств почв изучаемого агрорегиона и благоприятное влияние его на условия водопотребления культур, биологическую активность почвы и пространственное распределение корневой системы, выраженное в оптимальном развитии первичной и вторичной сети, с наличием пролиферации в очагах сосредоточения гидрогеля в почвевыявлено положительное влияние оптимальных доз гидрогеля на урожай кормовых культурпроведена экологическая регламентация его качества-изучено влияние мелиоранта на поступление и использование элементов питания растениями-рассчитаны многофакторные модели указанных зависимостей.
Практическая значимость. Для условий изучаемого региона в кормовых севооборотах предлагается рациональная доза гидрогеля (2000 кг/га на 3 года), обеспечивающая на фоне расчетной дозы минеральных удобрений независимо от климатических условий увеличение продуктивности звена севооборота (овес + многолетние травы) на 2,2 — 2,5 ц/га к.е.
Экспериментально установленные величины расхода элементов питания на единицу продукции, коэффициенты регрессий апроксимадион-ных зависимостей и другие параметры взаимосвязи изучаемых процессов могут быть использованы в практике планирования продуктивности кормовых культур при использовании гидрогелей на легких дерново-подзолистых почвах.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на заседаниях Ученого Совета Владимирского НШСХ (1991;1995 годы), кафедры агрономической и биологической химии ТСХА (1991;1994 годы), на научно-практических конференциях Ивановского СХИ (1994;1995 годы). По материалам диссертации опубликованы 4 работы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из семи глав, выводов и приложений. Работа изложена на 183 страницах машинописного текста (47 страниц приложений), содержит 24 таблицы, иллюстрирована 18 рисунками.
Список литературы
включает 175 наименований, в том числе 13 иностранных авторов.
Автор выражает свою искреннюю признательность научным руководителям: члену-корреспонденту РАСХН Иванову Андрею Леонидовичу и кандидату сельскохозяйственных наук Артюшину Аркадию Михайловичу за оказываемую ими постоянную методическую помощь в проведении исследований и подготовке настоящей работы.
ВЫВОДЫ.
1.Применение гидрогеля в звене кормового севооборота обеспечивает улучшение водно-физических свойств легких дерново-подзолистых почв: создается оптимальная объемная масса 1,35−1,40г/см3 (1,51г/см3 на контроле) достигается соизмеримая с более тяжелыми аналогами предельно-полевая влагоемкость 40−47% (35%).увеличивается запас продуктивной влаги. Зависимость влажности почвы описывается уравнением гиперболы с зоной оптимума в диапазоне доз гидрогеля порядка 2000;3000кг/га.
2.При внесении гидрогеля непродуктивное расходование влаги снижается на 30−50%. Наиболее благоприятный водный баланс создается при дозе гидрогеля 2000кг/га.
3. Полимерный гидрогель в силу выраженных адсорбционных свойств на 15−35% снижает скорость фильтрации воды в почве. Испарение влаги с поверхности гидрогеля на 25% меньше, чем с водной поверхности. Способность гидрогеля к поглощению воды снижается с увеличением экспозиции взаимодействия с почвой.
4.Активность микрофлоры под посевом овса максимальна при внесении доз гидрогеля 2000;3000кг/га и количества выпадаемых осадков до 160 мм. С увеличением влажности она снижается. Под посевом многолетних трав активность микрофлоры определяется количеством выпадающих осадков и не зависит от доз гидрогеля.
5.Применение гидрогеля не оказывало влияния на календарные сроки и длительность фенофаз, способствовало некоторому повышению габитуса овса и тимофеевки. Фенотипическим проявлением действия гидрогеля является положительный хемотропизм корневой системы, выраженный в усиленном ветвлении и пролиферации первичных и вторичных корней в зоне его внесения.
6.Эффективность гидрогеля определяется обеспеченностью культур влагой в критические периоды развития растений: у овса-выход в трубку-выбрасывание метелки, у многолетних трав-стеблевание-начало цветения. Максимальный эффект от гидрогеля обеспечивается при выпадении осадков в критический период менее 25 мм.
Оптимальная продуктивность звена севооборота порядка 2,2 ц/га кормовых единиц по сравнению с контролем обеспечивается при дозе гидрогеля 2000кг/га.
7.Рассчитаны многофакторные модели урожайности от доз гидрогеля, количества выпавших осадков и влажности почвы, адекватность которой экспериментальным данным превышает 92% (R=0,962−0,972). Насыщение гидрогелей аммонием и калием значительного эффекта не проявило.
8.Установлено, что в благоприятные и удовлетворительные по количеству осадков годы при рассчете доз удобрений под овес следует учитывать величины удельного расхода азота 40−42 кг, фосфора 21.
— 22 кг, калия 44−50 кг/т.В неблагоприятные для зерновых годы эти величины соответственно ниже: 32−34,18−19 и 35−37 кг/т продукции. Оптимальный расход азота с урожаем многолетних трав 11−12 кг, фосфора 6−7 кг, калия 23−24 кг на 1 т продукции.
9.Применение гидрогелей не оказывало влияния на зоотехническую ценность кормов. Признаков ксенобиотиков в составе гидрогелей, в кормовой продукции, а также отрицательных негативных экологических ситуаций, связанных с его применением, не обнаружено.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
.
В завершение проведенного обсуждения экспериментальной части работы следует подчеркнуть, что изучаемые влагонабухающие полимерные гидрогели способствуют аккумуляции влаги в легкой дерново-подзолистой почве, препятствуя ее непродуктивное расходование в виде гравитационного стока и испарения. Их применение положительно сказывается на условиях развития микроорганизмов, на пространственном распределении корневой системы, что в совокупности благоприятно влияет на продуктивность возделываемых культур.
Не отмечено каких-либо изменений в составе почвы и урожая кормовых культур, выходящих за рамки экологических ограничений и существующих медицинских норм.
К сожалению, проведенные с использованием традиционной методики расчеты экономической эффективности не позволяют сделать выводы о целесообразности широкого практического использования гидрогелей ввиду их дефицита и как следствие дороговизны. Ожидаемый эффект может быть получен при условии развития и совершенствования отечественного промышленного производства влагонабухающих полимерных гидрогелей, в результате которого должно стать существенное удешевление мелиоранта.
Препятствием для его широкого практического применения является также высокая энергоемкость препарата. Так, проведенные расчеты по методике энергетической оценки технологий в земледелии (Кащенко, 1994) показывают несоизмеримость энергетических затрат, связанных с применением изучаемых форм гидрогелей, и аккумулированной энергии в составе урожаев. Вполне справедливым в связи с этим представляется необходимость усовершенствования методик подобных расчетов с включением косвенных дополнительных эффектов от применения гидрогелей, а также синтез новых полимерных их форм, обладающих меньшей энергоемкостью. Более того, назрел, очевидно, вопрос об испытании его в качестве мелиоранта в более высокопродуктивных и рентабельных схемах севооборотов (с пшеницей, картофелем и др.), в том числе и на более плодородных типах почв.
Пока же приходится констатировать, что первый опыт изучения эффективности гидрогелей на дерново-подзолистых почвах Владимирской области показал, что они являются перспективным агрохимическим средством как с агробиологической, так и с экологической позиции.
