СТРУКТУРООБРАЗУЮЩИЕ СПОСОБНОСТИ СОПОЛИМЕРОВ АКРИЛАМИДА И ИТАКОНОВОЙ КИСЛОТЫ В СИСТЕМЕ ПОЧВ КАРАКАЛПАКСТАНА

АННОТАЦИЯ

В работе приведены результаты исследования структурообразующих способностей сополимеров акриламида и итаконовой кислоты в системе почв Каракалпакстана. Использование сополимеров акриламида и итаконовой кислоты представляется перспективным направлением для создания эффективных структурообразующих композиций.

ABSTRACT

The work presents the structure-forming abilities of copolymers of acrylamide and itaconic acid in the soil system of Karakalpakstan. The use of copolymers of acrylamide and itaconic acid seems to be a promising direction for creating effective structure-forming compositions.

Ключевые слова: сополимер, акриламид, итаконовой кислоты, почва Караузякский района (ПК), почвы Амударинский района (ПА), структурообразующих свойства, водопрочных агрегат (ВПА).

Keywords: copolymer, acrylamide, itaconic acid, soil of the Karauzyak district (KR), soil of the Amudarinsky district (PA), structure-forming properties, water-resistant aggregate (WPA).

 Введение. В современном аграрном производстве важнейшим аспектом устойчивого развития является сохранение и улучшение плодородия почв, что напрямую зависит от их структурно-агрегатного состояния. Использование полиэлектролитов в качестве средства для обработки почв представляет собой передовой подход к решению проблемы деградации почв, особенно в условиях интенсификации сельскохозяйственного производства и изменения климата. Эти вещества способствуют улучшению структуры почвы, повышению её водоудерживающей способности и воздухопроницаемости, а также снижению риска эрозии.

Методы исследования. Структура почвы описывается как комплекс структурных единиц или агрегатов разнообразного размера, формы, пористости, механической устойчивости и способности сопротивляться воде. Агрегаты с диаметром более 0,25 мм классифицируются как макроагрегаты, в то время как агрегаты меньше 0,25 мм относятся к микроагрегатам. Комковато-зернистая структура с размером агрегатов в диапазоне от 0,25 до 10 мм, характеризующаяся пористостью и устойчивостью к воде, считается агрономически ценной, поскольку способствует созданию оптимального водно-воздушного баланса в почве.

Для дальнейших исследований в качестве объектов были выбраны образцы 1АА:ИК-5,5; 2АА:ИК-5,5 и их гидролизованные формы, которые условно были названы 1АА:ИК-5,5К и 2АА:ИК-5,5К. Для сравнения были отобраны товарные водорастворимые полимеры PAA GS Flokulyant (Ts 00203849 – 29:2014, «Навоиазот») и его гидролизованная с раствором КОН при температуре 70 °С форма.

Коэффициент структурности (К стр.) используется для оценки агрегатного состава структуры почвы, основываясь на количестве агрономически ценных агрегатов. Величина коэффициента структурности помогает качественно оценить структуру почвы, где значение более 1,5 указывает на отличное агрегатное состояние, значения от 1,5 до 0,67 свидетельствуют о хорошем агрегатном состоянии, а показатели менее 0,67 характеризуют неудовлетворительное агрегатное состояние почвы. Коэффициент структурности почвы представляет собой соотношение между процентным содержанием мезоагрегатов в почве (0,25≤10 мм) и общим процентным содержанием структурных элементов размером менее 0,25 мм и более 10 мм.

Внесение полимерных растворов (0,4–1,0 %) в почву проводилось опрыскиванием. Расход раствора составил от 100 до 500 кг/Га.

Таблица 1.

Изменение структурного состава поверхностного слоя почвы ПА при обработке (сухое просеивание)^*

^*-расход растворов составил 200 кг/Га; **-коэффициент структурности. PAA GS¹ – гидролизованный PAA GS.

Анализ таблицы 1, показывающей изменения в структурном составе поверхностного слоя почвы при обработке различными полиакриламидами (PAA) и сополимерами акриламида и итаконовой кислоты (АА:ИК), выявляет важные закономерности в воздействии этих полимеров на почвенную структуру. Все обработанные почвы показали изменение в распределении размеров фракций по сравнению с контрольной обработкой водой, при этом значительно увеличилось количество мезоагрегатов (0,25<10 мм).

Образцы, обработанные гидролизованными полиакриламидами и сополимерами, особенно в более высоких концентрациях (0,6 %), демонстрируют более высокий процент фракций в диапазоне 0,25<10 мм, что указывает на улучшение структуры почвы.

Вода как контроль показала самый низкий К_С (0,40), что отражает плохое агрегатное состояние почвы. Обработка полиакриламидами и их гидролизованными формами улучшила структурное состояние почвы, что видно из увеличения К_С, особенно при использовании сополимеров АА:ИК-5,5 и их калийных форм (1АА:ИК-5,5К и 2АА:ИК-5,5К), где коэффициент структурности достигает значений 1,46 и 2,65 соответственно при концентрации 0,6 %.

Увеличение концентрации полимерных растворов в некоторых случаях ведет к улучшению структурных характеристик почвы (например, 2АА:ИК-5,5К при концентрации 0,6 % показал К_С 2,65, что является наивысшим значением в таблице). Однако не во всех случаях повышение концентрации способствует улучшению К_С, что подчеркивает необходимость оптимизации дозировок для достижения наилучших результатов.

Из данных следует, что сополимеры акриламида и итаконовой кислоты, особенно их гидролизованные и калийные формы, эффективно улучшают структурно-агрегатный состав почвы, увеличивая количество агрономически ценных мезоагрегатов и повышая коэффициент структурности. Это указывает на их потенциальную полезность для улучшения физических свойств почвы и водоудерживающей способности.

Таблица 2.

Изменение структурного состава поверхностного слоя почвы ПК при обработке (сухое просеивание)

Анализ показателей таблицы 2, представляющий изменение структурного состава поверхностного слоя почвы ПК после обработки различными полиэлектролитами показывает, что все типы почвенной обработки привели к уменьшению доли мелких фракций (≤0,25 мм) и увеличению доли мезоагрегатов (0,25<10 мм), что указывает на улучшение структуры почвы по сравнению с контрольной обработкой водой.

Как и в предыдущем случае значительные изменения наблюдаются при обработке калийными формами сополимеров 1АА:ИК-5,5К и 2АА:ИК-5,5К, где процент мезоагрегатов увеличивается до 69,39 % и 70,61 % соответственно при концентрации 0,6 %. Также коэффициент структурности значительно улучшился после обработки, особенно заметно при использовании сополимеров с калием (К), где К_С достигает значений 2,27 и 2,40 для 1АА:ИК-5,5К и 2АА:ИК-5,5К соответственно при более высокой концентрации (0,6 %). Это свидетельствует о высокой эффективности данных обработок в улучшении агрегатного состояния почвы.

Увеличение концентрации полимерного раствора с 0,3 % до 0,6 % в большинстве случаев приводит к улучшению структурных характеристик почвы, что отражается в повышении доли мезоагрегатов и улучшении коэффициента структурности.

Оба образца почвы реагируют на обработку полимерными растворами улучшением структурного состава за счёт увеличения доли мезоагрегатов и занижения доли мелких и крупных фракций. Однако степень изменения и эффективность обработки различаются в зависимости от типа почвы и используемого полимера.

При этом образцы почвы ПК (вторая почва) демонстрируют более выраженный рост доли мезоагрегатов и коэффициента структурности после обработки по сравнению с почвой ПА.

Значительное улучшение коэффициента структурности наблюдается в образцах почвы ПК после обработки, особенно при использовании калиевых форм сополимеров. В то же время, почва ПА также демонстрирует улучшение, но в меньшей степени. Это может быть связано с различием в исходных физико-химических свойствах почв.

Повышение доли мезоагрегатов и улучшение коэффициента структурности указывают на улучшение агрономической ценности обоих типов почв после обработки. Однако, почва ПК демонстрирует более выраженные улучшения, что делает её потенциально более пригодной для сельскохозяйственного использования после обработки сополимерами.

Обработка почв различными полиэлектролитами, особенно сополимерами акриламида и итаконовой кислоты, способствует улучшению структурно-агрегатного состава, что положительно влияет на агрономические характеристики почв. Почва ПК показывает более выраженные улучшения после обработки, что может быть связано с её исходными свойствами и более эффективным взаимодействием с применяемыми полимерами.

Заключение. Исходя из вышеприведенного анализа, можно сделать вывод о том, что обработка почвы полиакриламидами и их модифицированными формами влияет на структурный состав почвы, улучшая её агрегатное состояние, что, в свою очередь, может способствовать повышению водопроницаемости и воздухопроницаемости почвы, что благоприятно сказывается на росте и развитии растений. Сополимеры акриламида и итаконовой кислоты, особенно их калиевые формы, показали наивысшую эффективность в улучшении структуры почвы, что делает их перспективными агентами для агрономического применения в условиях Каракалпакстана.

Список литературы:

1. Кулдашева Ш.А. Химическая мелиорация подвижных почвогрунтов Сурхандарьинской области новыми комплексными закрепителями на основе отхода производства для предотврашения ветровой эрозии // Композиционные материалы. – Ташкент, 2017. – № 3. – 14–18 с.
2. Кулдашева Ш.А., Эшметов И.Д., Салиханова Д.С., Агзамходжаев А.А. Разработка многофункциональных структурантов на основе водорастворимых ПАВ для закрепления подвижных засоленных песков. – Ташкент: «ЎзР ФА Асосий кутубхонаси», 2018. – 210 с.
3. Ребиндер П.А. Конспект общего курса коллоидной химии. – М.: МГУ, 1950. – 131с.
4. Цыганов А.Р., Чернуха Г.А. Продолжительность влияния обработки дерново-подзолистой песчаной почвы водорастворимым полимером на урожайность сельскохозяйственных культур и накопление радионуклидов // Земледелие и защита растений. – 2018. – №5. – С. 12–16.
5. Шаповал О.А., Можарова И.П., Коршунов А.А. Эффективность применения и перспективы использования регуляторов роста растений комплексного действия в агротехнологиях сельскохозяйственных культур // Матерiали доповiдей IX Мiждународнанаукова-практична конференцii da Rostim- 2013 «Фiтогормонi, гумiновi речовини та iншi бiологiчно активнi сполуки для сiльськогого сподарства, здоровя людины i охорони навколишнього середовища» / под ред.: В. Новиков. – Львiв: Видавництво Львiвскої полiтехнiки, 2013. – С. 159–165.
6. Banerjee S., Zhao C., Garland G. Biotic homogenization, lower soil fungal diversity and fewer rare taxa in arable soils across Europe // Nature Communications. – 2024. – Vol. 15. – P. 327. https://doi.org/10.1038/s41467-023-44073-6
7. Lavallee J. M., Chomel M., Alvarez Segura N. Land management shapes drought responses of dominant soil microbial taxa across grasslands // Nature Communications. – 2024. – Vol. 15. – P. 29. https://doi.org/10.1038/s41467-023-43864-1
8. Ren S., Wang, T., Guenet, B. Projected soil carbon loss with warming in constrained Earth system models // Nature Communications. – 2024. – Vol. 15. – P. 102. https://doi.org/10.1038/s41467-023-44433-2