Влияние влагонабухающих гидрогелей на оптимальное влагообеспечение и питание сельскохозяйственных культур в звене севооборота тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 06.01.04, кандидат сельскохозяйственных наук Кротов, Павел Валентинович

• Кротов, Павел Валентинович
• кандидат сельскохозяйственных наук
• 1996

Оглавление диссертации кандидат сельскохозяйственных наук Кротов, Павел Валентинович

Общая характеристика работы.

1.Состояние изученности вопроса регулирования водно-физических свойств дерново-подзолистых почв легкого механического состава.

2.Объекты и методы исследования.

2.1 Природно - климатические условия.

2.2 Методика проведения полевых и вегетационных исследований.

2.3 Методика лабораторно-камеральных исследований и характеристика применявшиеся средств вычислительной техники.

3.Действие гидрогелей на изменение водно-физических свойств и активность микроорганизмов в дерново-подзолистой супесчаной почвы.

3.1 Изучение сорбционных свойств гидрогелей в отношении воды.

3.2 Изменение водно-физических свойств почвы при использовании влагонабухающих гидрогелей.

3.3 Влияние гидрогелей на активность микрофлоры почвы.

4.Влияние гидрогеля на рост культур севооборота.

5.Продуктивность культур севооборота при применении влагонабухающих полимерных гидрогелей.

6.Влияние гидрогелей на потребление азота,фосфора и калия культурами севооборота.

7 Качество и экологические регламентации продукции кормовых культур.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Влияние влагонабухающих гидрогелей на оптимальное влагообеспечение и питание сельскохозяйственных культур в звене севооборота»

Работа выполнена в соответствии с планом НИР Владимирского НИИ сельского хозяйства и кафедры агрономической и биологической химии ТСХА ( N государственной регистрации 01930000255 ).

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 воды; установлен 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 почве; выявлено положительное влияние оптимальных доз гидрогеля на урожай кормовых культур; проведена 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.

Заключение диссертации по теме «Агрохимия», Кротов, Павел Валентинович

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 160мм. 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 25мм.

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.

Список литературы диссертационного исследования кандидат сельскохозяйственных наук Кротов, Павел Валентинович, 1996 год

1. Абдужалалов А. Глинование песчаных почв.\\ Сельское хоз-во

2. Северо-Западной зоны,1961,N б

3. Абросимова Л.Н. Влияние искусственной структуры на водно-физические условия в почве и урожай растений. \\ Бюллетень науч.-техн.инф. по агр.физике,1960, N 7,с.21-27.

4. Авдонин Н.С. Повышение плодородия кислых почв. М.1969.301с.

5. Агроклиматические ресурсы Владимирской области.М.1968.137с.

6. Агрохимия.(Б.А.Ягодин,П.М.Смирнов,А.В.Петербургский и др.)1. М, 1989. 639с.

7. Алексеев A.M. Водный режим клеток растения в связи с обменом веществ и структурированностью цитоплазмы.М,1969. 36с.

8. Алпатьев A.M. Почвоувлажнительный и биологический эффектатмосферных осадков.\\Почвоведение,1959,N 2

9. Аникиев В.В. Биологическая природа критического периода кнедостатку воды в онтогенезе яровых злаков.-Водный режим растений и их продуктивность. МД968.

10. Антипов-Каратаев И.Н.,Келлерман В.В.Дан Д.В. О почвенномагрегате и методах его исследования. М.-Л,1948.

11. Антипов-Каратаев И.Н.,Рабинерсон А.И. Почвенные коллоиды иметоды их исследования. М-Л,1930.

12. Аркуша В.Е.,Буджерак А.И.,Першак И. Т.,Фирко В.Ю. Водопотребление культур полевого севооборота.\\Химизация с.х., 1992,N 1,с.71-74.

13. Артюшин A.M.,Пржевальская JI.К. ,Епишина Г.П.и др. Водопоглощащие полимеры в сельском хозяйстве.\\Химизац.с.х,1991, N 5,с.22-26.

14. Артюшин A.M. Полимеры в земледелии.\\3емледелие,1987,1. N 6,с.57

15. Артюшин A.M.Виноградов С.В. Применение полимеров в земледелии. \\Химизац.с.х.,1990,N 7,с.58-60.

16. Артюшин A.M. Применение полимеров в сельском хозяйстве.

17. Достижения науки и техники АПК,1991,N 1,с.52-53.

18. Артюшин A.M. Химическая ирригация против засухи.\\Достижения науки и техники АПК,1988,N 11,с.19-21.

19. Артюшин A.M.,Белошапкина 0.0,,Епишина Г.П.,Пржевальская Л.К.

20. БычковаТ.М. Цеолиты и гидрогели при микроклональном размножении земляники.\\Достижения науки и техники АПК, 1991,N 9,с.19-20.

21. Архипенко Ф.Н. Содержание сухого вещества в растениях в зависимости от удобрений,орошения и метеорологических факторов.\\Вестник с.х.науки,1981,И 7,с.81-87.

22. Афанасьев Н.И.,Янович Н.И. Структурообразующая роль полиакриламида на некоторых почвах БССР.\\Почвоведение и агрохимия ,1970,вып.7,с.137-141.

23. Афендулов К.П.,Лаптухова А.И. Удобрения под планируемыйурожай. М,1973. 240с.

24. Бамбурова Л.С. Гидропосев при возделывании овощных культур.

25. Достижения с.х. науки и практики,1984,N 3,с.21-27.

26. Барбер С.А. Биологическая доступность питательных веществ впочве.Пер.с англ. МД988.

27. S3. Барыгина Г.С. Влагообеспеченность некоторых сельскохозяйственных культур на дерново-подзолистых супесчаных почвах Московской области.\\Почвоведение,1986,N 1,с.59-68.

28. Батяхина Н.А. Влияние приемов обработки серой лесной почвыпосле различных предшественников на ее свойства и урожайность озимой ржи ( на примере Владимирского Ополья). Канд.дисс. Немчиновка,1987.

29. Битюков К.К.,Михайлов М.Н.,Попова В.Я. Накопление и сохранение влаги в почве. М,1956. 175 с.

30. Блэк К.А. Растения и почва.Пер.с англ. М,1973. 503с.

31. Бондарев А.Г. Проблема регулирования физических свойствпочв в интенсивном земледелии.\\Почвоведение,1988,N 9, с.64-70.

32. Бузмаков В.В.,Ламзин В.П. Окультуривание песчаных и супесчаных почв Нечерноземной зоны. МД971. 216с.

33. Бузмаков В.В. Плодородие легких почв.\\Химизация с.х.,1989,1. N1,с.66-89.

34. Букова Т.М.,Горобец С.А. Некоторые свойства перлита как наполнителя субстрата для выращивания растений.\\Агрохимия,1979,N 8,с.90-95.

35. Вадюнина А.Ф.Корчагина З.А. Методы исследования физическихсвойств почв. М.,1986. 416с.

36. Важенин И.Г. Песчаные и супесчаные подзолистые почвы и ихплодородие. Соликамск-Пермь,1939. 126с.

37. Вальков В.Ф. Почвенная экология сельскохозяйственных растений. М. ,1986. 207с.

38. Вериго С.А.,Разумова Л.А. Почвенная влага и ее значение всельскохозяйственном производстве. Л.,1963. 289с.35