11.5 Почвоукрепление

Применение искусственных структурообразователей почвы (ИСП) целесообразно только в том случае, если физические свойства почвы в данной местности являются фактором, ограничивающим урожай, а под воздействием структурообразователей он устойчиво повышается и в течение определённого времени сохраняется эффективность улучшающих мероприятий и обеспечивается их экономическая выгода.

Для оструктуривания почв широко используются структурообразователи как естественного, так и искусственного происхождения, улучшающие водно-физические характеристики почв и повышающие их устойчивость к водной и ветровой эрозии.

1. Силикатизация почв. В качестве ИСП для улучшения структуры почв давно и успешно используют щелочные силикаты - тонкодисперсные аморфные коллоиды силикатов натрия и калия, известные под названием жидкого стекла.

Жидкое натриевое стекло Na₂SiO₃ содержит от 7 до 13 % Na₂O и от 25 до 33 % SiO₂; жидкое калиевое стекло содержит от 8 до 12 % K₂O и от 19 до 26 % SiO₂. В ФРГ для силикатизации почв находят применение препараты агрозил LR, содержащий 36 % SiO₂ и 16 % Р₂О₅, и агрозил S, содержащий 36 % SiO₂, 10 % Р₂О₅ и 6 % S, действующие преимущественно в слабокислотной и нейтральной среде.

Во время внесения в почву щелочных силикатов её необходимо увлажнить путём дополнительного полива в норме 10-20 мм. Норма расхода силикатных препаратов зависит от содержания углерода в почве и повышается при росте содержания С_орг. Как правило, норма расхода агрозила колеблется от 1,5 до 4,0 т/га, щелочных силикатов - 0,5-1,5 т/га. Многочисленными исследованиями отмечены существенные прибавки урожая практически всех важнейших сельскохозяйственных культур. Однако продолжительность действия щелочных силикатов не превышает трёх лет.

2. Битумизация почв. Одним из приёмов, наиболее часто используемых в практике сельского хозяйства для улучшения структуры почвы, уменьшения испарения и температурных изменений, является мульчирование, то есть укрывание поверхности почвы различными материалами (соломой, торфом, опилками и т.п.) или неглубокую заделку их в самый верхний слой почвы. Аналогичный эффект даёт жидкое мульчирование, то есть разбрызгивание по поверхности почвы некоторых дисперсных систем, чаще всего эмульсий, покрывающих почву тонкой плёнкой. Проникая в поверхностный слой, эмульсия вовлекает и частицы почвы в образование этой плёнки. Эмульсии, используемые для мульчирования, как правило, имеют жидкую консистенцию и поддаются смешиванию с водой. Одним из самых распространённых видов ИСП такого типа являются битумные эмульсии.

Битумные эмульсии готовят путём интенсивного перемешивания битума и воды с добавлением эмульгаторов (стабилизаторов эмульсии). Использование так называемого мягкого битума позволяет получать более стабильные эмульсии с низкой вязкостью, что создаёт лучшие условия для транспортировки и разбрызгивания битумных эмульсий.

Перед применением битумных эмульсий в растениеводстве должна быть исключена возможность интоксикаций почвы и растений эмульгаторами, стабилизаторами и другими добавками, использованными при получении эмульсий. На их применение следует получать разрешение Министерства здравоохранения РФ.

Жидкое мульчирование можно проводить на любых типах почвы, при любом содержании в ней гумуса, при разных рН почвенного раствора, меняется лишь степень его действия. Так, хорошо оструктуренная почва с высоким содержанием коллоидов и гумуса и оптимальной водоудерживающей способностью слабо реагирует на жидкое мульчирование битумной эмульсией, тогда как плохо оструктуренная малогумусная почва показывает существенное снижение испарения и в ней отмечается значительное улучшение структуры.

Битумную эмульсию выпускают в 55-60 %-ной концентрации и перед использованием разбавляют водой на 50 % и более. В результате разбавления вязкость эмульсии уменьшается, что обеспечивает её разбрызгивание и оптимальное распределение по поверхности обрабатываемой почвы.

Землеукрепление с помощью полимеров. Как известно, почва представляет собой многофазную систему, включающую твёрдую, жидкую и газообразную фазы. Каждая из этих фаз пространственно чётко ограничена от окружающей среды. Поверхность раздела фаз обычно в толщину представляет собой от одного до нескольких слоёв молекул и поэтому здесь можно говорить о пограничном слое. Свойства пограничного слоя отличаются от свойств обоих фаз и изменяются при переходе от одной фазы к другой.

Многие процессы, протекающие на поверхности раздела фаз - сорбция, смачивание, конденсация, капиллярные явления, оказывают значительное воздействие на свойства почв, определяющие их плодородие. Структурообразователи, которые влияют на процессы, протекающие на поверхности раздела фаз, тем самым изменяют физические, физико-химические и химические свойства почвы. К таким структурообразователям относят линейные полимеры, стабилизирующие комковатую структуру почв через адсорбционные силы, и поверхностно-активные вещества (ПАВ), действующие путём изменения смачиваемости почвы.

К линейным полимерам, используемым в качестве структурообразователей, относят полиакрилат, полиакриламид, полиметакрилат и их сополимеры и некоторые неионогенные полимеры, например, поливиниловый спирт. Все они представляют собой водорастворимые высокополимерные полианионы, линейные коллоиды.

Их оструктуривающее воздействие основано на их адсорбции на глинистых частицах, сцеплении с гранями поверхности глинистых минералов за счёт валентных связей. Степень их воздействия зависит от молекулярной массы, вязкости, концентрации и нормы расхода линейного полимера, а также от свойств почвы, рН почвенного раствора, вида глинистых минералов.

Линейные полимеры применяются преимущественно на бедных гумусом почвах с неустойчивой структурой. При применении структурообразователя необходимо стремиться к созданию в почве оптимальной общей влажности, примерно около 80 % наименьшей влагоёмкости. Структурообразователи вносят преимущественно в виде водных растворов с концентрацией от 1 до 3 %. Норма расхода от 0,7 до 1,25 ц/га – для обработки поверхностного слоя почвы и от 6 до 60 ц/га – для коренного улучшения пахотного слоя, в зависимости от вида линейного полимера и содержания в почве глинистой и илистой фракций.

Вещества, как правило, органические соединения, обусловливающие изменение поверхностного натяжения на границе раздела фаз, называются поверхностно-активными веществами (ПАВ). Их химический состав исключительно разнообразен, но для большинства из них характерно асимметрическое строение молекул, включающих гидрофильную (притягивающую воду) группировку и гидрофобный (отталкивающий воду) радикал.

Гидрофильность функциональных группировок улучшает водный режим почвы, усиливая полезную влагоёмкость и ослабляя эрозию. Гидрофобность препятствует поглощению воды. Благодаря этому сдерживаются процессы набухания, прекращается капиллярный подъём воды к поверхности почвы, не происходит заплывания агрегатов и не образуется корка, создаются условия для хорошей фильтрации осадков через крупные дренирующие поры.

При выборе ПАВ в качестве структурообразователей почвы необходимо обращать внимание на их безвредность для растений. Однако большинство из них стимулируют рост и развитие растений; прибавка урожая - от 10 до 50 %. Гидрофобизирующие вещества вносят отдельно и в сочетании с другими структурообразователями. В зависимости от препарата норма расхода ПАВ колеблется от 0,0001 до 1 % сухого вещества относительно к сухой массе почвы. Их вносят с помощью установок для внесения ядохимикатов, а водорастворимые препараты – при орошении дождеванием.

В материалах настоящей лекции приведены только основные сведения по кислоторегулированию, известкованию, пескованию и укреплению почв. Для формирования более полного представления по теории и практике этих мелиоративных мероприятий рекомендуется проработать материалы соответствующего раздела учебника и методических указаний по проведению практических и лабораторных занятий.