» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
 » Все публикации автора

Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Декабрь, 2017 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №9 2017

Автор: Клочков Яков Владимирович, к.т.н., м.н.с.
Рубрика: Технические науки
Название статьи: Криогелепосев трав как эффективный способ борьбы с эрозией

Статья просмотрена: 170 раз

криогелепосев трав как эффективный способ борьбы с эрозией

Сигачев Николай Петрович

Д.т.н.

Клочков Яков Владимирович

К.т.н.

Зима Юрий Владимирович

К.г.н.

Горбунов Иван Викторович

К.б.н.

Банщикова Екатерина Анатольевна

Институт природных ресурсов, экологии и криологии СО РАН, г. Чита

 

Аннотация. Разработана биотехнология криогелепосева для предотвращения эрозии с применением полимерных материалов и посевом семян многолетних трав, которая позволит значительно быстрее и лучше образовывать дернину в верхнем почвенном слое. Полученная, в результате экспериментальных исследований криосмесь, является прочной структурой для остановки разрушения грунта и эластичной для успешного прорастания семян. А добавленные в смесь определенного состава удобрения дадут неплохой старт для всходов и дальнейшего развития многолетних травянистых растений.

Ключевые слова: криогидропосев, водная и ветровая эрозия, криогель, многолетние травы, гуматы.

 

ВВЕДЕНИЕ

Проблема трансформации растительности, деградации лесов, опустынивания, эрозии почв в связи с халатной деятельностью человека с каждым годом становится всё более актуальной и острой как в России, так и во всём мире. В частности, пожары, несанкционированные рубки леса, приводят к нарушению экосистемы, что влечет за собой нарушение целостности и структуры почвы, образуются овраги, меняются русла рек, иссушаются озера и т.д., и т.п.

В большинстве регионов Сибирского Федерального и Дальневосточного округов и, в частности, Забайкальского края широко распространена ветровая и водная эрозия, в результате которой снижаются мощность и плодородие почв [1]. Для сельского хозяйства губительны выбывающие участки земель из севооборота, а для лесного хозяйства – не возобновляемые естественным путем участки леса из-за отсутствия вблизи маточных деревьев для семеношения. Особенно актуальной разработанная технология является в условиях севера сибири, ввиду протекающих здесь в настоящее время серьезных катастрофических последствий водной эрозии. Песок этот мелко структурирован, имеет гранулы порядка 0,2-0,3 мм.

Интенсивность ветровой и водной эрозии зависит от скорости ветра или потока воды соответственно, а также устойчивости грунта [2]. Единственный фактор, на который можно повлиять – это устойчивость грунта. По данным литературных источников известно, что объем вымываемых минеральных веществ из почвы по объему превышает объем вносимых минеральных [3,4,5,6]. Все эти проблемы возникают в результате антропогенного воздействия различного характера. А борьба с эрозией требует значительных экономических затрат.

Поэтому возникла идея разработки новой технологии посева и посадки растений. При этом решается несколько проблем:

1. Закрепление грунтов в регионах с высокой степенью эрозии почв и опустынивания.

2. Повышение приживаемости растений в резких климатических условиях.

3. Рекультивация техногенно-нарушенных земель.

Разработанный рекультивационный состав представляет собой жидкую смесь с использованием гелеобразующего водного полимерного раствора криогеля в качестве основного мелиоранта. Полимерный раствор является абсолютно безвредным для живых организмов веществом, используемым в пищевой промышленности и медицине.

Водный раствор криогеля малой концентрации (0,5-1%), который наносится после внесения в грунты специально подобранной смеси семян и стимуляторов роста растений, формирует на поверхности грунтов профилактическое покрытие. Создаваемое покрытие противодействует водной и ветровой эрозии и создает благоприятные для дернообразующих растений стартовые условия температуры и влажности. В течение 1-2 лет профилактическое покрытие, выполнив свою основную функцию, полностью разрушается. Как показывает опыт, устойчивый растительный покров формируется уже в первый год.

Данный мелиоративный состав уже успешно прошел апробацию:

1. В лабораторных условиях в искусственно созданных условиях среды по подбору оптимальной кригидропонической смеси.

2. На модельных площадях в районе Ингодинского лесного стационара Читинского района с посевом семян многолетних трав, таких как: овсяница красная, райграс пастбищный, мятлик луговой и посадкой хвойных древесных растений с использованием данного состава.

Методы исследования

Методика работ в лабораторных  условиях

В течение 2015-2016 гг. в лабораторных условиях проводилась опытная работа по подбору оптимальной смеси и состава семян многолетних трав. Для работы использовались контейнеры размером 20*10*6 см и объемом 0,4 л. В контейнеры насыпали песок толщиной в 4 см, затем засыпали семена вразброс и сверху снова песок толщиной в 1 см. Далее полученная модель участка почвы проливалась раствором криогеля различной концентрации и добавлением разных видов удобрений и стимуляторов роста. При этом параллельно обязательно готовилась модель с контрольными параметрами, то есть без добавления криогеля, либо с криогелем различной концентрации, но без добавления удобрений и стимуляторов роста. Затем опытные образцы подвергали вымораживанию.

Модели проверялись на влагоемкость и текучесть грунта под различными углами наклона. На данных моделях испытывались различные виды травосмесей в зависимости от концентрации криогеля, видов удобрений и стимуляторов роста, температуры грунта (+24°С и -30°С).

Методика работ в природных условиях

В мае 2016 года в окрестностях Ингодинского лесного стационара были заложены модельные площадки (1*2 м) на эрозийных почвенных участках (овраге) для испытания разработанной технологии в природных условиях.

На данной территории заложено 11 модельных участков с различными вариантами грунтозакрепляющей смеси и способов заделки семян многолетних трав (табл. 1).

Таблица 1. Варианты грунтозакрепляющей смеси и способов заделки семян многолетних трав (2016 г.)

№ площадки

Состав смеси

Концентрация криогеля, %

Объем раствора на 1 м2, л

Способ заделки

семян

1

2

3

4

5

1

вода

-

10

вразброс с заделкой граблями

2

вода

-

10

бороздами до полива

3

криогель+вода

1

20

бороздами до полива

4

криогель+вода +гумат

1

8

бороздами до полива

5

криогель+вода +гумат

1

20

бороздами до полива

6

криогель+вода

+гумат

1

15

бороздами до полива

7

криогель+вода

+гумат

1

19

бороздами после полива

8

криогель+вода

+гумат

0,5

15

бороздами до полива

9

криогель+вода

+гумат

0,5

17

бороздами после полива

10

криогель+вода

+гумат

1

20

бороздами после полива

11

криогель+вода

+гумат

0,5

20

бороздами после полива

 

Результаты и их обсуждение

Результаты работ в лабораторных  условиях

Перед тем как начать подбирать состав криосмеси, была необходимость узнать какова будет оптимальная концентрация раствора криогеля, как с точки зрения успешного прорастания семян и закрепления грунта, так и с точки зрения экономической выгодности.

В данном эксперименте участвовали растворы криогеля следующих концентраций: 0,5%, 1%, 1,25%, 1,5%, 2%, 2,5%, 3%, 5%, 10% (табл. 2).

Таблица 2. Подбор оптимальной концентрации раствора криогеля для развития растений

№ п/п

Концентрация раствора криогеля, %

Всхожесть семян через 10 дней, %

Интенсивность роста через 15 дней, %

1

0,5

60

70

2

1

60

70

3

1,25

60

60

4

1,5

50

50

5

2

50

50

6

2,5

40

40

7

3

30

30

8

5

10

10

9

10

1-2

1-2

Контроль

нет

80

80

Далее в лаборатории проводились исследования по подбору оптимальной криосмеси с добавлением различных удобрений и стимуляторов роста растений (табл. 3).

Таблица 3. Подбор криосмеси при 1%-ой концентрации раствора криогеля

№ опыта

Удобрения и стимуляторы роста

Всхожесть семян через 10 дней, %

Интенсивность роста через 15 дней, %

1

Контроль

60

70

2

Гетероауксин

80

80

3

Гумат+7

100

100

4

Идеал

40

50

5

Корневин

50

60

6

Альбит

40

60

7

Циркон

40

50

При этом объем используемого раствора смеси и состав многолетних трав во всех пробах были одинаковыми. Объем раствора криогеля составлял 0,33 л. Состав травяной смеси: овсяница красная 50%, райграс пастбищный 40%, мятлик луговой 10%.

Наилучшие результаты по всхожести семян многолетних трав в почве и их интенсивности дальнейшего роста дают образцы с гуматом (100%) и гетероауксином (80%).

Замечено быстрое пересыхание контрольной пробы, поливать приходилось через 1-2 дня. В то время как в остальных образцах влага удерживалась 7-10 дней.

Проводились точно такие же опыты, но с добавлением гидрогеля. Его вносили в сухом виде непосредственно перед посевом семян в контейнер с песком на глубину 5 см. Результаты были чуть лучше по интенсивности роста растений и их достаточно было поливать один раз в 10-14 дней.

Но по нашему мнению использование в дальнейшей работе гидрогелей в промышленных масштабах является нецелесообразным по причине экономической невыгодности.

Выводы по результатам работ в лаборатории:

1. Оптимальная концентрация раствора криогеля для дальнейшей работы лежит в диапазоне 0,5 – 1,25%.

2. Наибольшее влияние на всхожесть семян многолетних трав и их интенсивности дальнейшего роста имеет гумат калия (100%).

3. Криогель концентрации 0,5% очень хорошо удерживает воду в почве.

Результаты работ в природных условиях

Спустя 10 дней после посева семян в грунт с использованием разработанной смеси «криогель-вода-гумат» появились единичные всходы, а через две недели – массовые всходы, но с различной интенсивностью по модельным площадкам. Наиболее эффективно всходы появлялись на площадках № 6 – 9 (рис. 1).

Рис. 1. Влияние концентрации раствора криогеля на всхожесть

семян многолетних трав

Площадки № 1 и № 2 являются контрольными, то есть без внесения в грунт дополнительных материалов, но с различными способами заделки семян многолетних трав – вразброс и бороздами. На площадке № 1, где семена были заделаны граблями вразброс самые плохие всходы и низкая интенсивность роста. Связано это с вымыванием семян на поверхность почвы при поливе и последующим выпадением осадков.

Особенно интенсивные и равномерные всходы наблюдались на площадке №9, где сначала почва была пролита 20-тью литрами смеси, с использованием 0,5%-го раствора криогеля. Затем были сделаны борозды по влажной почвы и засыпаны в эти борозды семена. А борозды были закрыты почвой и утрамбованы. И в конце почва была пролита еще 15-тью литрами используемого раствора.

Через 10 дней после проделанных работ по данной технологии, была проведена проверка грунта на влажность и степень пропитки раствором криогеля. На контрольных площадках почва просохла на глубину 5-7 см, а на остальных – всего на 1-2 см. Глубина пропитки криогелем составила порядка 10-12 см (рис. 2).

Таким образом, вариант №9 грунтозакрепляющей смеси и способов заделки семян многолетних трав является наиболее оптимальным. При этом даже нет необходимости добавлять гидрогель и проводить дополнительные механические воздействия на поверхность почвы, такие как – прокалывание и прорезывание для улучшения аэрации и прорастания семян. В лабораторных условиях такая необходимость была из-за образования пленки, которая механически препятствовала выходу ростков растений на поверхность почвы.

ВЫВОДЫ

1. Оптимальная концентрация раствора криогеля для дальнейшей работы лежит в диапазоне 0,5 – 1,25%.

2. Наибольшее влияние на всхожесть семян многолетних трав и их интенсивности дальнейшего роста имеет гумат калия (100%).

3. Криогель даже в 0,5%-ой концентрации очень хорошо удерживает воду в почве.

4. Оптимальной грунтозакрепляющей технологией является:

– полив почвы раствором 0,5%-го криогеля с гуматом калия с расходом 20 л на 2м2;

– посев многолетних трав в борозды на глубину 1-2 см и расстоянием между бороздами 10-15 см;

– полив почвы раствором 0,5%-го криогеля с гуматом калия с расходом 15 л на м2.

 



Список литературы:

  1. Гуссак В.Б. Опыт применения гуминовых и полимерных препаратов на сероземах в целях улучшения их структуры и борьбы с эрозией / В.Б. Гуссак // Почвоведение. – 1961. – № 8. – С. 42 – 54.
  2. Гюгай З.Н. О возможности повышения водоудерживания песчаных почв с помощью сильнонабухающих полимерных гидрогелей / З.Н. Гюгай, Н. Б. Садовникова // Биологически активные полимеры и полимерные реагенты для растениеводства: тезисы докладов 2 Всесоюзного совещания, Звенигород, 20-24 окт.1991. – Звенигород, 1991. – С. 27.
  3. Качинский Н.А. Использование полимеров для оструктурирования почв / Н.А. Качинский, В.И. Мосолова, Л.Х. Таймуразова // Почвоведение. – 1967. – №12. – С. 95 – 118.
  4. Кондратьев В.Н. Временные указания по укреплению откосов земляных инженерных сооружений гидропосевом трав с применением водных раство-ров эмульсии ВЭП-2 / В.Н. Кондратьев, Т.Г. Свиридович, Г.А. Самбурский. – Мн.: БелНИИМиЛ, 1994. – 16 с.
  5. Мухаев Б.А. Применение полимеров в агролесомелиорации / Б.А. Мухаев. – М.: Россельхозакадемия, 1999. – 96 с.
  6. Немжилов Н.Б. Влияние полиакриламида на некоторые физические свойства и противоэрозионную устойчивость супесчаных почв Бурятской АССР / Н.Б. Немжилов, М.Ж. Бутеев // Труды Бурятского СХИ. – Улан-Удэ, 1969. – Вып. 19. – С. 96 – 103.


Комментарии:

Фамилия Имя Отчество:
Комментарий: