DOI: 10.12731/wsd-2015-10.1-3 УДК 502.654/654:631.6
выращивание многолетних растений в Условиях крайнего севера с применением криогелей
Филатов Д. А., Фуфаева М.С., Овсянникова В.С., Алтунина Л.К.
Проведены полевые эксперименты по выращиванию многолетних растений в условиях Крайнего Севера с применением метода криоструктурирования верхнего слоя почвы. Показано, что применение криогеля в качестве криоструктуранта повышает выживаемость различных видов растений в целом от 40 до 100%. Установлено, что криоструктурирование почвы может применяться для облегчения адаптации древесных и кустарниковых растений-ин-тродуцентов к новым для них климатическим условиям Крайнего Севера, защищая их от вымерзания в зимний период и почву от эрозионных процессов.
В процессе эксперимента отмечено стимулирующее влияние криогеля на исследуемые физиологические группы микроорганизмов, участвующих в создании почвенного плодородия. Их численность была в 1,5-9 раз выше в опытных вариантах для всех экспериментальных площадок. Это могло явиться следствием изменения физических свойств почвы, а так же может быть связано с более интенсивным ростом растений в криоструктурированной почве.
Ключевые слова: Эрозия почв; поливиниловый спирт; криогель; кри-оструктурированная почва; почвенная микрофлора; многолетние растения.
cultivation of perennials in the far north using gryogels
Filatov D.A., Fufaeva M.S., Ovsyannikova V.S., Altunina L.K.
Field experiments have been carried out on the cultivation of perennials in the Far North by the method of cryo-structuring of the topsoil. The use of cryo-gel as a cryo-srtucturing agent was shown to increase the survival of different type plants generally from 40 to 100%. It was established that soil cryo-struc-turing can be used to facilitate the adaptation of unusual trees and shrubs to new climatic conditions of the Far North, protecting them from winterkilling and the soil from erosion processes.
During the experiment one observed a stimulating effect of the cryogel on the investigated physiological groups of microorganisms involved in the creation of soil fertility. Their number was in 1.5-9 times higher in the experimental variants for all pilot sites. This could be a consequence of changes in the physical properties of the soil, and also may be associated with more intensive growth of plants in the cryo- structured soil.
Keywords: Soil erosion; polyvinyl alcohol; cryogel; cryostructured soil; soil microflora; perennials.
Введение
В последние годы постоянно возрастает интерес к криогелям на основе ПВС. Метод криотропного гелеобразования открывает перспективы для совершенствования уже существующих и создания еще неизвестных материалов для различного практического использования [1]. Уникальное сочетание ряда свойств, в первую очередь высокой прочности, биосовместимости, стабильности в биологических средах и экологической безвредности, а также относительная простота технологии получения позволяет рассматривать криогели как новый тип полимерных систем, интересных в научном и прикладном аспектах. В последнее время эти
гели все шире используют в качестве материалов биомедицинского, биотехнологического назначения и пищевой промышленности [2].
В частности, с применением методов криоструктурирования возможно бороться с опустыниванием и эрозией почв, а также повысить выживаемость растений в неблагоприятных (температура, влажность и т.д.) внешних условиях среды [3].
Масштаб деградации почвенно-растительного покрова заставляет обращать все более пристальное внимание на состояние почвенной оболочки Земли, являющейся местом пересечения всех потоков энер-гомассообмена на планете и выполняющей важнейшие биосферные и экосистемные функции: обеспечение жизни на Земле, сохранение биоразнообразия, поддержание современного климата Земли и существующего режима функционирования всех структурно-составляющих биосферы - атмосферы, гидросферы, литосферы. Особенно это актуально для районов Крайнего Севера т.к. 58 % земельного фонда нашей страны находится в холодном поясе (тундра, северная тайга, высокогорья и тд.) Специальные исследования перечисленных функций приведены в обширной литературе [4,5,6]. Площадь всей почвенной оболочки Земли, естественно-исторически образовавшейся в ходе эволюции, составляет около 13 млрд. га [7]. По данным из различных источников, в мировом сельском хозяйстве используется около 4 млрд. га. Занятые в сельском хозяйстве площади зачастую подвержены эрозии, в большинстве случаев характеризуются уменьшением запасов органического вещества, снижением биологической продуктивности, изменением характера биологического круговорота [8].
Разрушение почвы в результате эрозии и дефляции проявляется в различных формах: образование промоин и оврагов, смыв и унос ветром плодородного слоя с полей, пыльные бури, и, как следствие, неконтролируемые эоловые отложения - дюны, барханы и др. Эти явления охватывают огромные площади во всем мире. Водной эрозии подвержены 31%, а ветровой - 34% суши. В Мировой океан ежегодно смывается до 60 млрд. тонн почвенного материала. На современном этапе развития сельскохо-
зяйственного производства защита почв от эрозии, сохранение растительного покрова и охрана окружающей среды от загрязнения - важнейшие проблемы мирового земледелия [9].
Ущерб, причиняемый эрозией и дефляцией сельскому хозяйству, проявляется не только в разрушении почв, но и в выносе из них питательных элементов - N К, Р, Са, Mg. Из почвенного покрова мира эрозия уносит с полей и пастбищ в 60 раз больше элементов питания растений, чем их поступает с удобрениями. Эрозия не только уносит элементы питания, но и разрушает почву в целом. Производительность эродируемых почв снижается на 35-80% [10].
В Институте химии нефти разработан метод получения полимерной матрицы криогеля на основе ПВС с высокой адгезией к песку, глине и почве [11, 12]. Частички почвы связываются в наполненные криострук-тураты, практически неподверженные эрозии. Преимуществом разрабатываемого метода является комплексный подход к решению проблемы опустынивания почв, основанный на выращивании многолетних трав и древесных пород растений в почве, обработанной раствором полимера. Семена прорастают сквозь криогелевый слой и образуют устойчивый зеленый покров [13, 14]. Ранее установлено, что криогель влияет на содержание макро- и микроэлементов в почве, обеспечивает больший прогрев, уменьшает амплитуду суточных температур, улучшает водообеспе-ченность субстрата, повышая его водоудерживающую способность [15]. Было показано, что интенсивность фотосинтеза и эффективность использования воды у растений, выращенных в криоструктурированной почве, в 2-2,5 раза выше по сравнению с растениями, выращенными в обычной почве [16, 17]. Это говорит о том, что растения, выращенные с применением криогеля, обладали более высокой адаптивностью по сравнению с контролем.
Целью работы было провести опытные испытания по выращиванию многолетних растений в районах крайнего севера (ЯНАО) с применением метода криоструктурирования почвы в условиях полевого эксперимента.
материалы и методы исследования
На территории Ямало-Ненецкого автономного округа (ЯНАО) были проведены полевые эксперименты по посадке растений в криострукту-рированную и обычную почву. Полевые эксперименты включали по 2 варианта: контроль (почва без обработки) и опыт (криоструктурированная почва). При посеве трав криогелеобразующий раствор наносили на почву методом дождевания после высева и заделки в почву семян из расчета 2,5 литра на 1 м2 почвы. При высадке саженцев древесных пород растений раствор ПВС вносили в лунки и обрабатывали приствольные круги из расчета 350-400 мл раствора на один саженец.
После того как температура воздуха ночью опускалась ниже 0°С в почве на опытных грядках с раствором ПВС естественным способом образовался криогель [6].
До закладки опытов на исследуемых площадках ничего не выращивалось, местами росли сорняки. Почву на исследуемых площадках вскапывали, освобождали от растительных остатков и выравнивали. Все исследованные семена взвешивали и высевали одинаковое количество в контрольную и опытную почву. Масса внесенных семян варьировалась в зависимости от вида растения. Семена всех исследованных растений проверяли на всхожесть в лабораторных условиях.
полевые эксперименты на территории г. салехарда
Опыт проводили на территории общеобразовательной школы №2 (г. Салехард). Была заложена экспериментальная площадка, размеры 48 м ^ = 32 м2). Были высажены саженцы древесных и кустарниковых культур в почву с криогелем (опыт) и обычную почву (контроль). Высадку проводили 12 сентября 2013 года. На площадке были заложены контрольные и опытные грядки, которые располагались друг против друга. Посадочный материал был представлен следующими видами: кедр, пихта, ива изящная, ель, черная смородина, рябина Кене, барбарис, Тунберга.
полевые эксперименты в окрестности г. салехард (песчаный карьер)
Опыт проводили на территории песчаного карьера (г. Салехард). Была заложена экспериментальная площадка, размеры 6 10 м ^ = 60 м2). Были посеяны многолетние травы (овсяница сизая, клевер ползучий, вербейник) и высажены саженцы кедров в криоструктурированный и обычный грунт. Высадку проводили 13 сентября 2013 года, на площадке было заложено 8 участков, 4 опытных и 4 контрольных, грядки располагались друг против друга.
полевые эксперименты на территории г. новый - Уренгой
10 сентября 2013 года в г. Новый Уренгой на территории экологической станции была заложена экспериментальная площадка размером 6 5 м ^ = 30 м2). Были посеяны семена многолетних травянистых, кустарниковых и древесных пород растений (овсяница голубая, вербейник, герань, ясколка, кедр сибирский, овсяница сизая).
полевые эксперименты на территории г. ноябрьский
Опыт был поставлен 9 сентября 2013 года в г. Ноябрьске на территории Лесхоза. Была заложена экспериментальная площадка размером 6*10 м ^ = 60 м2). Исследовали рост многолетних травянистых растений и древесных культур (клевер ползучий, ясколка войлочная, герань корневищная, вер
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.