Сравнительная оценка способов повышения влагообеспеченности почв

СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ НАУКИ

Сравнительная оценка способов повышения влагообеспеченности почв Зайцев Р. Н.1, Ревенко В. Ю.2, Агафонов О. М.3, Волобуев В. А.4

'Зайцев Роман Николаевич / Zaytcev Roman Nikolajevich - кандидат экономических наук,

и. о. директора;

2Ревенко Валерий Юрьевич /Revenko Valerij Jur'evich - кандидат технических наук, заведующий лабораторией;

3Агафонов Олег Михайлович / Agafonov Oleg Mihajlovich - младший научный сотрудник;

4Волобуев Владимир Алексеевич / Volobuev Vladimir Alekseevich - младший научный сотрудник,

лаборатория агротехнологий, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Армавирская опытная станция

Всероссийского научно-исследовательского института масличных культур, г. Армавир

Аннотация: в лабораторных условиях исследованы способы сохранения запасов продуктивной влаги в почве с помощью различных мульчирующих материалов и полимерных гидрогелей.

Ключевые слова: влажность почвы, полимерные гидрогели, мульчирующие материалы, полиэтиленовая пленка.

Введение. Краснодарский край является одним из ведущих производителей сельскохозяйственной продукции в стране. Анализ данных метеонаблюдений за последние годы свидетельствует о том, что климат в крае заметно потеплел [1]. Более того, в его восточной зоне отмечается систематическое повторение длительных периодов отсутствия атмосферных осадков на фоне сильных сухих восточных ветров и экстремально высоких температур в вегетационный период [2].

Таким образом, более полное аккумулирование атмосферной влаги в почве в осенний и зимний периоды, позволяющее нивелировать неравномерный и неустойчивый характер выпадающих осадков, а также максимальное сохранение почвенной влаги в вегетационный и послеуборочный периоды путем снижения физического испарения, является одним из основных условий получения высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

Существуют традиционные приемы сохранения продуктивной влаги в почве: минимизация обработки почвы, пожнивное лущение стерни, корректировка сроков сева основных сельскохозяйственных культур и др.

Однако в последние годы все большее распространение получают иные способы аккумулирования и рационального использования растениями влаги, выпадающей в весенне-летний период. Например, в овощеводстве широко используются различные укрывные материалы, особенно эффективные при уходе за посевами широкорядных культур (например - бахчевых). Они позволяют не только снижать испарение влаги, но и препятствуют росту в междурядье сорной растительности. Данные технологии в настоящее время широко применяются и в растениеводстве. Например, при выращивании кукурузы «Бондюэль» современные технологии и техника, их реализующая (сеялки-пленкоукладчики Spapperi, SMP240, Samco и др.), позволяют полностью механизировать процесс укрытия почвы пленкой с одновременным высевом семенного материала.

Расширяется и использование различных композитов, улучшающих структуру почвы (производных торфа, минеральных мелиораторов), а также использование водопоглощающих полимеров на основе акриламида (гидрогелей), способных удерживать количество воды, превышающее их массу в 300-1000 раз. Последнее направление довольно перспективно, т.к. внесение гидрогелей способствует аккумулированию дополнительной влаги в почве, не давая ей уходить из корнеобитаемого слоя в нижние горизонты. За счет снижения потерь на гравитационный сток и физическое испарение гидрогель аккумулирует влагу в доступной для растений форме [3]. Затем эта влага питает растения в течение вегетационного периода. Таким образом, находясь в гелеобразном состоянии, эта влага не дренирует в нижележащие слои и не влияет на физические свойства почвы, но обеспечивает оптимальный водный режим питания растений. Кроме того, гидрогель увеличивает пористость почвы и повышает скорость впитывания атмосферных осадков в почву, снижая поверхностные водные стоки и водную эрозию почвы.

Распространение данной влагосберегающей технологии сдерживалось высокой стоимостью полимерных гидрогелей, которые в основном импортировались в страну. Однако сотрудникам Башкирского государственного педагогического университета удалось синтезировать гидрогель на

основе акриламида и диалилдиметиламмонийхлорида из местного сырья, что позволило существенно снизить его стоимость: по оценкам разработчиков - до 25 тысяч рублей за тонну.

Одним из самых безопасных на сегодняшний день в мире является гидрогель производства фирмы Evonik Industries AG (Германия) «Штокосорб 660». Основным отличием гидрогеля данной серии от гидрогелей других производителей является отсутствие в составе акриламида. Кроме того, активность в почве данного препарата сохраняется в течение 2-3 лет, а затем он разлагается на утилизируемые природой компоненты: углекислый газ, воду и соли калия.

Материалы и методы. Цель исследований: выявить наиболее эффективный способ сохранения запасов продуктивной влаги в почве с помощью различных мульчирующих материалов и полимерных гидрогелей.

Предварительные лабораторные опыты выполнены на базе Армавирской опытной станции ВНИИМК. В качестве тестируемого объекта выступали ёмкости с почвой весом 12 кг, укрытые нетканым материалом, полиэтиленовой пленкой, древесными опилками. Одновременно оценивалось влияние различных вариантов заделки гидрогеля в почву на степень сохранности влаги в емкостях.

Полив почвы всех ёмкостей, участвующих в опыте, производился до одинаковой влажности, а именно до полного стока гравитационной влаги. Таким образом, были созданы одинаковые начальные условия для оценки процесса потери влаги почвой за определенный промежуток времени, при единообразии атмосферных условий: постоянной температуры воздуха, освещенности, полного отсутствия осадков.

Варианты опыта: 1. Контроль. 2. Гидрогель, в дозе 400 кг/га, заделанный в почву на глубину 7 см. 3. Гидрогель, в той же дозе, заделанный в почву на глубину 15 см. 4. Гидрогель, равномерно распределенный по объему лабораторного сосуда. 5. Мульчирование поверхности почвы нетканым материалом «Агроспан». 6. «Агроспан»+ гидрогель в 7-сантиметровом слое. 7. «Агроспан»+ гидрогель в 15-сантиметровом слое. 8. «Агроспан» + гидрогель, распределенный по объёму. 9. Мульчирование поверхности почвы черной полиэтиленовой пленкой. 10. Пленка + гидрогель 7 см. 11. Пленка + гидрогель 15 см. 12. Пленка + гидрогель распределенный. 13. Мульчирование древесными опилками (слоем 1,5 см). 14. Опилки + гидрогель 7 см. 15. Опилки + гидрогель 15 см. 16. Опилки + гидрогель распределенный. Повторность опыта трехкратная. Исследования проводили в несколько этапов - с февраля по июль 2016 года.

В почву были высажены семена сои сорт «Славия» в количестве 6 шт. на ёмкость. Посев проводили на глубину 4-5 см. Вегетация растений осуществлялась при температуре 23-250С, полном безветрии и естественном режиме освещения солнечным светом. Через определенные промежутки времени проводили взвешивание высокоточными весами ёмкостей с почвой, с целью выявления степени её иссушения при длительном отсутствии поступления влаги (до 3-х месяцев).

Результаты и обсуждение. На рисунке 1 приведена зависимость степени иссушения ёмкости с почвой в функции от времени проведения опыта (в сутках) и вида укрывного материала. Менее всего влага испарялась в ёмкостях, укрытых полиэтиленовой пленкой, толщиной 100 мкм. В сравнении с контролем (не укрытыми образцами) - в 1,4-1,8 раза. Если в образце, укрытом агроспаном, потеря 14% влаги наступала через 23 дня после прекращения полива, то в образце, покрытом полиэтиленовой пленкой, - через 45.

18,0

16,0

14,0

3i12,0

£10,0

m

8,0

а>

I 6,0

4,0 2,0 0,0

0 10 20 30 40 50 Сутки 60

Рис. 1. Зависимость потери влаги от времени наблюдений и типа укрытия поверхности почвы

55

Добавление в почву полимерного гидрогеля «Штокосорб-микро» несколько изменило характер испарения влаги из лабораторных сосудов. На рисунке 2 приведены графические зависимости испарения влаги из почвы в зависимости от способа заделки гидрогеля в почву.

Наилучшие результаты получены в вариантах с равномерно распределенным гидрогелем по всему объему лабораторного сосуда. Влага сохранялась в нем в среднем на 4 дня дольше, чем на контроле. И если на 23-и сутки времени проведения опыта на контрольном варианте вес сосуда снизился на 13,8%, то в варианте с распределенным гидрогелем - на 10,2% (в 1,35 раза меньше).

с ш к о >5 Ш

Э ш

а.

я

ц

о ч

16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0

12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

время опыта, сут

Рис. 2. Динамика испарения влаги в сосудах с полимерным гидрогелем

Показателен лабораторный эксперимент, с использованием двух мерных колб. В первую был засыпан шариковый гидрогель «Агрикола» в количестве 5 гр., а сверху насыпан слой почвы в количестве 300 мл, во вторую - почва и гель в тех же количествах, но равномерно перемешанных друг с другом. После добавления одинакового количества воды, необходимого для насыщения почвы влагой и набухания гидрогеля, полив был прекращен. Результаты наблюдений представлены на рисунке 3, из которого видно, что через 60 суток наблюдений без полива, в левой колбе почва практически вся высохла (имеет более светлый оттенок), а в правой колбе с распределенным гидрогелем почва сохранила влагу практически на всю глубину за исключением самого верхнего 3 -сантиметрового слоя.

♦ контроль  гидрогель 7 см А гидрогель 15 см • гидрогель распределенный

—1-1-1-1-1-

Рис. 3. Характер распределения влаги в почве 56

В серии опытов с полимерным гидрогелем и одновременным использованием поверхностных мульчирующих материалов: полиэтиленовой пленки, нетканого материала «Агроспан-60», разница во влагосберегающей эффективности была еще большей. Так укрытие емкостей с гидрогелем полиэтиленовой пленкой позволило, в зависимости от варианта опыта, снизить испарение влаги в 1,3-2,2 раза, в сравнении с контролем (см. рисунок 4).

О 10 20 30

Рис. 4. Испарение влаги в емкостях, укрытых полиэтиленовой пленкой и нетканым материалом

Более того, на 30-й день проведения опыта в ёмкостях с распределенным гидрогелем, укрытых полиэтиленовой пленкой влаги сохранилось в 1,65 раза больше, чем в ёмкостях с гидрогелем, заделанным в слой почвы 7-7,5 см, и укрытых нетканым материалом. По результатам данного лабораторного опыта можно сделать предварительный вывод, что по степени аккумулирования и сохранности влаги в ёмкостях с почвой варианты распределились следующим образом: наилучшие показатели у образцов с полиэтиленовой пленкой и распределенным по всему объему ёмкости гидрогелем. Далее по убыванию следуют образцы, укрытые пленкой и с гидрогелем, заделанным в слое 15 см, затем - в слое 7 см, затем - образцы с распределенным гидрогелем, укрытые «Агроспаном». Наихудшие показатели получены у варианта с гидрогелем, заделанным в 7-- и 15-сантиметровый слой почвы и укрытым «Агроспаном».

В серии наиболее продолжительных лабораторных опытов с различными видами мульчирующих материалов на поверхности почвы полиэтиленовая пленка опять доказала свою наибольшую влагосберегающую эффективность. На втором месте оказались древесные опилки, застеленные слоем 1,5 см, из твердых пород дерева (бука), на третьем - вариант с нетканым материалом «Агроспан», незначительно отличающийся от контрольного (без укрытия).

На рисунке 5 приведены графические зависимости снижения веса лабораторных ёмкостей в течение наблюдаемого периода. Примечательно, что 55 суток сосуды, укрытые пленкой теряли влагу более медленными темпами, чем сосуды, мульчированные опилками. Затем, по истечении 80-ти суток кривые слились в одну линию, параллельную оси абсцисс.

а*

>5

а о и и

0

1

и =

I О

18

16

14

12

10

—»- без укрытия -»-агрогпан —пленка полиэт. опилки

Времяо 1ыта,сут

10

20

30

40

50

60

70

80

Рис. 5. Динамика испарения влаги в зависимости от типа укрывного материала

Доказательством высокой влагосберегающей эффективности полиэтиленовой пленки в сравнении с нетканым материалом, опилками, гидрогелем, служит тот факт, что после прекращения полива, растения сои в опытах с пленкой продолжали вегетировать ещё в течение месяца, в то время как на других вариантах произошло их полное завядание.

Выводы. По результатам проведения лабораторных исследований можно сделать однозначный вывод о высокой влагосберегающей эффективности полиэтиленовой пленки. Укрытые ею ёмкости с почвой, как с гидрогелем, так и без него, удерживали влагу дольше остальных. В настоящее время все большее распространение получают биоразлагаемые пленки, изготовленные на основе кукурузных крахмалов или других растительных элементов, совершенствуются технологии укрытия ими почвы, расширяется их использование в растениеводстве.

Полученные данные, несомненно, нуждаются в опытной проверке в полевых условиях и только в случае получения аналогичного результата, можно говорить о перспективности использования биоразлагаемых полимеров в качестве мульчи.

Литература

1. Зеленцов С. В., Бушнев А. С. К вопросу изменения климата Западного Предкавказья // Масличные культуры. Науч.-тех. бюлл. ВНИИМК, 2006. Вып. 2 (135). С. 79-92.

2. Ревенко В. Ю. Зайцев Р. Н. Изменение влагообеспеченности сельскохозяйственных культур в восточной зоне Краснодарского края // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. М. № 5 (88), 2016. Ч. 6. С. 9-12.

3. Кузнецов А. Ю. Влияние полимерной мелиорации на свойства чернозема выщелоченного, тепличного почвогрунта и урожайность сельскохозяйственных культур. Автореферат диссертации. к. с.-х. наук. Кузнецов А. Ю. Пенза, 2003. 25 с.