» 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
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-
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
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 (
№ площадки |
Состав смеси |
Концентрация криогеля, % |
Объем раствора на |
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
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
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-
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
– посев многолетних трав в борозды на глубину 1-
– полив почвы раствором 0,5%-го криогеля с гуматом калия с расходом
Список литературы:
- 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.
- 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.
- Качинский Н.А. Использование полимеров для оструктурирования почв / Н.А. Качинский, В.И. Мосолова, Л.Х. Таймуразова // Почвоведение. – 1967. – №12. – С. 95 – 118.
- 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.
- Мухаев Б.А. Применение полимеров в агролесомелиорации / Б.А. Мухаев. – М.: Россельхозакадемия, 1999. – 96 с.
- 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: