Водопоглощающие полимеры для управления водообеспеченностью сельскохозяйственных культур

Выводы: 1. Новый среднеранний нематодоустойчивый сорт картофеля Евразия обладает высокой потенциальной продуктивностью при минимуме лимитирующих факторов.

2. Для сорта Евразия характерна высокая отзывчивость на внесение минеральных удобрений. Рекомендуемая доза полного минерального удобрения на дерново-подзолистой легкосуглинистой средне окультуренной почве, обеспечивающей урожай клубней около и более 40 т/га с хорошим качеством, является КэдКэдРэд, вносимая под предпосевную культивацию как основное удобрение.

3. В среднем за три года внесение различных доз удобрений обеспечило следующий рост урожайности по сравнению с контролем (без удобрений): КзоРзоКзо -25,4%; КбоРбоКбо -37,1% и К9оР9оК9о - 47,5%.

4. Посадка семенных клубней средней фракции (45-52 мм) с густотой 55 тыс.шт./га может быть рекомендована как при выращивании на продовольственные цели, так и для семеноводческих посадок. Загущение до 65 тыс.шт./га нецелесообразно с агрономической и экономической точек зрения, поскольку не обеспечивает роста валовой урожайности.

5. Совместное действие загущения посадок до 55 тыс.шт./га и применения дозы и №оР9оК9о обеспечило максимальную прибавку урожая клубней по сравнению с контролем на 14,8т/га, или 72,9%.

Литература

1. Жученко А.А. Адаптивная стратегия устойчивого развития сельского хозяйства России в ХХ1 столетии. Теория и практика. - М.: Изд-во «Агрорус», 2011. - Т.1. - 816 с.

2. Писарев Б.А. Сортовая агротехника картофеля. - М.: Агропромиздат, 1990. - 208 с.

3. Власенко Н.Е. Удобрение картофеля. - М.: Агропромиздат, 1987. - 219 с.

4. Котова З.П., Парфенова Н.В., Камова А.И. Удобрение картофеля на Севере// Картофель и овощи. - 2015. - №11. - С. 31-33.

5. Иванов А.И., Архипов М.В., Конашенков А.А. и др. Реализовать биоклиматический потенциал // Сельскохозяйственные вести. - 2015. - № 4. - С.36-39.

Literatura

1. Zhuchenko A.A. Adaptivnaya strategiya ustoychivogo razvitiya sel'skogo khozyaystva Rossii v XXI stoletii. Teoriya i praktika. - M.: Izd-vo «Agrorus», 2011. - T.1. - 816 s.

2. Pisarev B.A. Sortovaya agrotekhnika kartofelya. - M.: Agropromizdat, 1990. - 208 s.

3. Vlasenko N.E. Udobreniye kartofelya. - M.: Agropromizdat, 1987. - 219 s.

4. Kotova Z.P., Parfenova N.V., Kamova A.I. Udobreniye kartofelya na Severe// Kartofel' i ovoshchi. - 2015. - №11. - S.31-33.

5. Ivanov A.I., Arkhipov M.V., Konashenkov A.A. i dr. Realizovat' bioklimaticheskiy potentsial // Sel'skokhozyaystvennyye vesti. - 2015. - № 4. - S.36-39.

УДК 630.54.631

Канд. с.-х. наук Т.Н. ДАНИЛОВА

ВОДОПОГЛОЩАЮЩИЕ ПОЛИМЕРЫ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВОДООБЕСПЕЧЕННОСТЬЮ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

Водопоглощающие гидрогели - востребованный полимерный продукт, широко применяемый в различных областях народного хозяйства. Влагонабухающие гидрогели представляют собой нерастворимые полимеры (полиакриламиды) сетчатой структуры. За счет сетчатого строения макромолекулы полимера способны набухать - впитывать большое

количество воды, образуя гидрогель. Количество поглощенной воды превышает массу самого полимера в сотни раз. Поскольку при набухании не происходит прочного связывания воды с молекулой полимера, вода остается доступной для растений [1,2].

Общие принципы действия гидрогелей на водный режим почвы в том, что при внесении в почвенный корнеобитаемый слой частицы геля располагаются в порах и при поступлении влаги набухают, обеспечивая тем самым прирост влажности по сравнению с необработанной почвой. При этом создаются благоприятные условия водообеспеченности для роста и развития растений. При высыхании гидрогель сохраняет способность к набуханию. Эта цикличность поглощения и отдачи влаги на протяжении нескольких лет присуща гидрогелям полиакриламидного типа, поэтому применение этих гелей является наиболее оправданным вариантом при проведении сельскохозяйственных мероприятий [3].

Одним из лимитирующих факторов при возделывании сельскохозяйственных культур является влага. Потери почвенной воды на испарение и просачивание в подземные воды составляют до 90%, и только 10% влаги естественных осадков доступны растениям. Растения, страдающие от недостатка влаги, задерживаются в росте, развитии и созревании плодов, становятся уязвимыми перед заболеваниями и вредителями, посевы плохо конкурируют с сорняками, все это сказывается на урожайности. Водопотребление сельскохозяйственных культур определяется продолжительностью всех фаз развития растений, условиями внешней среды (световой, температурный, водный, питательный, воздушный режимы), биологическими особенностями вида и сорта культуры [4]. Потребность растений в воде в разные фазы их развития различна. Например, наибольшее водопотребление у злаков приходится на фазы кущения и колошения, у картофеля — бутонизация - цветение. В проведенных ранее исследованиях влияния гидрогелей на водопотребление зерновых культур в засушливых и полузасушливых регионах установлено, что вегетативный рост и урожайность культур значительно повышаются с увеличением концентрации гидрогеля. При этом отмечается хороший прирост биомассы растений, лучшее развитие корневой системы растений, повышается качество зерна [5].

Цель исследования - дать оценку агрономической эффективности гидрогеля для управления водообеспеченностью сельскохозяйственных культур; выявить влияние гидрогеля на развитие корневых систем растений за счет улучшения водно-физических свойств почв и оценить влияние полимерного геля на урожайность зерновых, овощных и пропашных культур.

Материалы, методы и объекты исследования. Изучение влияния гидрогелей на водообеспечение зерновых, овощных и пропашных культур в технологическом цикле «посев

- товарная продукция» выполнено в полевом мелкоделяночном эксперименте в 2010-2011 г.г. Эксперимент проводился на полях с дерново-подзолистыми легкосуглинистыми почвами стационара Меньковского филиала ФГБНУ «Агрофизический институт» (Ленинградская область). На зерновых (яровая пшеница) и овощных (морковь, капуста) изучали влияние гидрогеля «РИТИН-10» - сшитый сополимер полиакриламида, синтезирован посредством внешнего воздействия ионизирующего излучения. Состав: C - 11%; N - 4,7%; O2 - 16,4%; Cl

- 1,01%; K - 27,05%; Na - 36,98%, (1 г гидрогеля удерживает около 300 мл воды, производство - Россия). На картофеле исследовали гидрогель В - 415 К - сшитый сополимер акриламида акриловой кислоты, калийная соль, синтезирован микробиологическим путем, содержание K 2O - не менее 21,4%, не растворим в воде и органических растворителях, рН = 7-8. Адсорбция: 400 г/г в деионизированной воде; 50 мг/ г в почвенном растворе, в растворе 0,125% NPK - 150 мг/л. Доступность воды для растений - 95%, устойчивость в почве - до 5 лет. Производство - Россия.

Гидрогель вносился в корнеобитаемый слой (5-7 см), в предпосевной период под зерновые культуры (пшеница (Triticum aestivum L.), сорт Эстер) в дозах 100 кг/га и 200 кг/га, а также был проведен посев семенами, инкрустированными гидрогелем (из расчета 0,009 г на 1 семя). Размер делянок - 20 м2 (4 х 5 м), повторность 3-кратная. Морковь (Daucus carota L), сорт Самсон (сортотип Нантская), норма высева - 1млн.800 шт./га, 150 шт. - на 1 м2. Гидрогель вносили из расчета 2 г. в рядок, и был проведен посев инкрустированными

семенами - 0,006 г. на 1 семя. Площадь делянок - 5 м2 (2,5 х 2,1м), повторность 3-кратная. Перед посевом была внесена аммофоска N48P60K60 кг д.в./га. Рассаду капусты (Brassica oleracea L.), сорт Куизор (Гибрид F1), среднеспелый, высаживали в борозды по схеме 70 х 35 см, размер делянок 4,5 х 2,5, повторность 3-кратная. Корневую систему капусты перед посадкой обрабатывали раствором гидрогеля (из расчета 3 г геля на 1 л. воды, так как 1 г полимера поглощает около 300 мл воды) и также вносили в лунку перед посадкой 2 г геля на 1 растение.

Исследование влияния гидрогеля на водообеспечение картофеля проводили в 2011 г. Сорт картофеля (Solanum tuberosum L.) - Скарб, схема посадки 70 х 30 см. Варианты эксперимента - контроль и 2 дозы внесения гидрогеля - 70 и 100 кг/га. В вегетационный период, по фазам развития, проводили биометрические и фенологические наблюдения, влажность почвы определяли термостатно-весовым методом [6].

Результаты исследования. На делянках яровой пшеницы (Triticum aestivum L.) (Меньковский филиал ФГБНУ АФИ), посеянной инкрустированными семенами, отмечалось более раннее появление всходов (на 3 дня раньше, чем на контроле, и в варианте, где гель был внесен в почву). Это объясняется тем, что за период посев-всходы выпало всего 16,7 мм осадков, однако этого количества было достаточно, чтобы семена, обработанные гидрогелем набухли и проросли. Наибольшее влияние гидрогеля сказывается в период от фазы кущения до фазы цветения и особенно в фазу трубкования. Это самые критические фазы развития яровой пшеницы, когда происходит формирование урожая, и недостаток влаги в эти периоды сильно влияет на урожайность культуры. Наличие гидрогеля в корнеобитаемом слое существенно сказывалось на приросте биомассы. В период вегетации наблюдался усиленный рост растений с хорошей густотой стояния. При этом отмечалось хорошее развитие корневой системы, большая часть корней находилась в зоне внесения гидрогеля (рис.1). Результаты анализа влажности почвы в разные периоды вегетации показали, что в вариантах с гидрогелем влажность почвы значительно выше, чем в контрольных вариантах, т.е. без гидрогеля. Влажность почвы в варианте с гидрогелем, внесенным в почву на протяжении всего периода вегетации, была в интервале от 15 до 22%, на контроле и в варианте с инкрустированными семенами - всего 10-13%.

В 2010 году в фазу колошение - цветение наступила жаркая, засушливая погода, температура воздуха находилась в пределах 28-320С, осадков выпало всего 60,3 мм, и в этот период начал работать гидрогель, внесенный в почву. Наблюдалось лучшее состояние растений и по внешнему виду, и по приросту биомассы по сравнению с другими вариантами.

б)

Рис.1. Развитие корневой системы яровой пшеницы (ТтШеит aestivum Ь.) в фазу кущения:

а) без гидрогеля; б) с гидрогелем

Так как доступной влаги в варианте с гидрогелем, внесенным в почву, и в варианте с инкрустированными гелем семенам было достаточно для использования на транспирацию, то соответственно и урожайность в этих вариантах была получена больше, чем на контроле (табл.1).

Таблица 1. Влияние гидрогеля на урожайность яровой пшеницы (ТгШеит aestivum Ь.),

сорт Эстер

Вариант Урожайность, ц/га Прибавка к контролю

I II III среднее ц/га %

Контроль 25,3 23,8 26,3 25,1 100,0 -

Гель в почве 26,8 28,2 28,8 27,9 111,2 2,8

Инкрустация семян 27,1 27,9 28,2 27,7 110,4 2,6

НСР05 (А) 2,1 ц/га

НСР05 (В) 1,15 ц/га

Прибавка урожая 11,2% была получена в варианте с гидрогелем, внесенным в почву. Посев инкрустированными семенами дал прибавку урожайности 10,4% по сравнению с контролем.

Белокочанная капуста (Brassica oleracea L.) весьма требовательна к влаге. Хороший рост и формирование высокого урожая возможны только при достаточном водоснабжении. Особенно чувствительна капуста к недостатку влаги в первое время после высадки рассады в открытый грунт, а также в фазе активного роста и формирования кочана.

Рис.2. Рассада капусты: а) контроль; б) корневая система капусты, обработанная гелем;

в) гель, внесенный в почву

Перед высадкой рассады влажность почвы была на уровне 14-15% НВ. В течение вегетации, в период активного роста, влажность почвы на контроле поддерживалась в пределах 12-13,2%; в варианте с гидрогелем, внесенным в почву, - 15,4-17,7%; и в варианте обработка корневой системы раствором гидрогеля - 13,5-15,5 %.

Повышение температуры выше 25°С отрицательно сказывается на росте и развитии растений, значительно уменьшая их величину. Кочанообразование у капусты ухудшается, повышается заболеваемость растений. В 2010 году кочанообразование совпало с засушливым периодом, когда температура воздуха была 28-32° С, влажность воздуха всего 52-54%. Влажность почвы составила: на контроле - 7,2%; в варианте с гидрогелем, внесенным в почву, - 8,2%; в варианте обработка корневой системы раствором гидрогеля - 7,о%.

Высокая температура и низкая влажность воздуха отрицательно сказались на урожайности белокочанной капусты, было много пораженных гнилью кочанов. Анализируя данные табл. 2, можно сказать, что гидрогель не проявил себя как водоудерживающая

добавка, в период формирования кочана капуста нуждалась в дополнительном поливе. Урожайность в вариантах с гидрогелем практически не отличалась от контроля.

Таблица 2 . Влияние гидрогеля на урожайность капусты (Brassica oleracea L.), сорт Куизор

Вариант Урожайность, ц/га Приб конг] авка к ролю

I II III среднее ц/га %

Контроль 390,5 370 400 386,8 - 100

Гель в почве 386 428,5 364 392,8 6,0 101,5

Обработка корней гелем 411,5 458 351,5 407,0 20,2 105,2

НСР 05 80,31 ц/га

Рис. 3. Растения моркови (пучковая продукция): а) контроль; б) гель в почве; в) инкрустация семян

Морковь (Daucus carota L.) не очень требовательна к влаге. Но для нормального роста и развития она нуждается в бесперебойном влагообеспечении. Результаты анализа влажности почвы показали, что при посеве содержание влаги в почве было 12,3-12,8%. Растение испытывает большую потребность во влаге в период роста корнеплода, т.е. после линьки корня. В эту фазу сильно увеличивается листовая поверхность и повышается испарение. Влажность почвы в варианте с гидрогелем, внесенным в почву, находилась в пределах 14-16,5%, в варианте с семенами инкрустированными гелем - 13-14%, на контроле - 10-11%. На рис. 3(б) хорошо заметно, что в варианте с гидрогелем, внесенным в почву, корнеплоды моркови имеют разветвление. Избыток влаги в этот период привел к разветвлению, а в дальнейшем - и к растрескиванию корнеплода. При уборке урожая оказалось очень много нестандартных корнеплодов. Данные по урожайности моркови представлены в табл. 3.

Таблица 3 . Влияние гидрогеля на урожайность моркови (Daucus carotaL.), сорт Самсон

Вариант Урожайность, ц/га Прибавка к контролю

I II III среднее ц /га %

Контроль 530,5 588,6 586,6 568,5 - 100

Гель в почве 517,6 485,7 520,7 508,0 - 60,5 89,3

Инкрустация семян 682,8 645,7 658,2 662,2 93,7 116,5

НСР 05 74,5 ц/га

Для картофеля (Solanum tuberosum L.) содержание влаги в почве существенно в период клубнеобразования. Образование клубней начинается в конце бутонизации - начале цветения. Это критический период водопотребления. Недостаток влаги в почве в это время приводит к сильному снижению урожая. Наиболее благоприятные условия для образования клубней создаются при влажности почвы 70-80% от ППВ, но при влажности свыше 85% процесс роста клубней приостанавливается.

Рис.4. Гидрогель на корневой системе картофеля

В фазу цветения влажность почвы и на контроле, и в вариантах с гидрогелем была низкой - 11-12%, это также сказалось на урожайности. В дальнейшем выпало много осадков - 335,7 мм и влажность почвы увеличилась: на контроле до 18%; в варианте с гидрогелем с дозой внесения 70 кг /га - 17-20%; с дозой внесения 100 кг/ га - 20-21,7%.

Таблица 4. Влияние гидрогеля на урожайность картофеля (Solanum tuberosum L.) сорт Скарб

Вариант Урожайность, ц/га Прибавка к контролю

I II III среднее ц/га %

Контроль 620 460 610 560 - 100

I В (доза 70 кг га-1) 600 550 500 550 -10 98,2

II В (доза 100 кг га-1) 420 490 560 490 -70 87,5

НСР05 66,5 ц/га

Анализируя данные табл. 4, можно сказать, что в вариантах с гелем, внесенным в дозах 70 кг/га и 100 кг/га, оказался избыток влаги, что плохо отразилось на урожае. Внесение гидрогеля в дозе 100 кг/га способствовало снижению урожая на 12,5% по отношению к контролю. Следовательно, оптимальной дозой гидрогеля, необходимой для хорошего роста и развития растений картофеля в критические периоды вегетации, и обеспечения образования и роста клубней в период клубнеобразования, является доза гидрогеля меньше, чем 70 кг/ га.

Выводы. Проведенные исследования показали, что внесение гидрогеля в предпосевной период хорошо влияет на развитие корневой системы зерновых культур в фазу кущения; посев инкрустированными семенами способствует более раннему и дружному появлению всходов. На овощных культурах было выявлено, что рассада капусты лучше приживается, если при посадке корневая система погружается в насыщенный раствор геля. В эксперименте с морковью лучшим был вариант с инкрустированными гидрогелем семенами. Наблюдалось раннее появление всходов по сравнению с контролем и с вариантом внесения геля в почву. В варианте, где гель был внесен в почву, наблюдали менее дружное появление

всходов (были выпады растений) и в онтогенезе наблюдалось разветвление корнеплода и даже его растрескивание. Поэтому, по причине избыточного поглощения влаги корневыми волосками желательно овощные культуры (морковь, свекла) высевать инкрустированными семенами. Полученные результаты свидетельствуют об эффективности испытуемых типов гидрогелей, что проявляется: в улучшении водно-физических свойств почвы; внесение гидрогеля повышает всхожесть семян, увеличивает темпы развития растений, их устойчивость к дефициту влаги и действию засухи, приводит к росту биологического урожая.

Литература

1. Данилова Т.Н., Оленченко Е.А. Управление водно - физическими свойствами почвенно-растительного комплекса // Экология, генетика, селекция на службе человечества: материалы международной научной конференции / ГНУ Ульяновский НИИСХ Россельхозакадемии (28-30 июня 2011г.). - Ульяновск, 2011.

2. Катичева И.А., Агафонов О.А. Сильнонабухающие полимерные гидрогели для растениеводства // Вестник с.-х. науки. - 1990. - № 12. - С.164-166.

3. Данилова Т.Н. Возможности использования водоудерживающих полимеров в растениеводстве: материалы Международного агроэкологического форума / ГНУ СЗНИИМЭСХ Россельхозакадемии (Санкт-Петербург - Пушкин, 21-23 мая 2013г.). -СПб., 2013. - С. 158-161.

4. Годунова Е.И., Гундырин В.Н., Шкабарда С.Н. Перспективы использования гидрогеля в земледелии Центрального Предкавказья // Достижения науки и техники АПК. - 2014. -№1. - С.24-27.

5. Растениеводство / под ред. Вавилова Н.И. - М.: Агропромиздат., 1986 - 512с.

6. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. - М: Агропромиздат, 1985. - 351с.

Literatura

1. Danilova T.N., Olenchenko E.A. Upravlenie vodno - fizicheskimi svojstvami pochvenno-rastitel'nogo kompleksa // EHkologiya, genetika, selekciya na sluzhbe chelovechestva: materialy mezhdunarodnoj nauchnoj konferencii / GNU Ul'yanovskij NIISKH Rossel'hozakademii (28-30 iyunya 2011g.). - Ul'yanovsk, 2011.

2. Katicheva I.A., Agafonov O.A. Sil'nonabuhayushchie polimernye gidrogeli dlya rastenievodstva // Vestnik s.-h. Nauki. - 1990. - № 12. - S.164-166.

3. Danilova T.N. Vozmozhnosti ispol'zovaniya vodouderzhivayushchih polimerov v rastenievodstve: materialy Mezhdunarodnogo agroehkologicheskogo foruma / GNU SZNIIMEHSKH Rossel'hozakademii (Sankt-Peterburg - Pushkin, 21-23 maya 2013g.). - SPb., 2013. - S. 158-161.

4. Godunova E.I., Gundyrin V.N., SHkabarda S.N. Perspektivy ispol'zovaniya gidrogelya v zemledelii Central'nogo Predkavkaz'ya // Dostizheniya nauki i tekhniki APK. - 2014. - № 1. -S.24-27.

5. Rastenievodstvo / pod red. Vavilova N.I. - M.: Agropromizdat., 1986 - 512s.

6. Dospekhov B.A. Metodika polevogo opyta. - M: Agropromizdat, 1985. - 351s.