Istota powstawania struktury w glebach i próba sztucznego jej tworzenia za pomocą związków polimerycznych

R O C Z N I K I G L E B O Z N A W C Z E T . X I I ? W A R S Z A W A 1962 H. А. КАЧИНСКИЙ СУЩ НОСТЬ С Т РУ К Т У РО О Б РА ЗО В А Н И Я В ПО ЧВА Х И О П Ы Т ИСКУССТВЕННОГО О С ТРУ К ТУ РИ В А Н И Я ПОЧВ С ПОМ ОЩ ЬЮ ПОЛИМ ЕРО В 1 1. С труктура почвы — это ком плекс почвенны х агрегатов р а зл и ч ­ ной величины , ф ормы , прочности и водопрочности, образую щ ихся из п ервичны х м еханических элем ентов почвы и х ар ак тер н ы х д л я данной почвы и ее горизонтов. В настоящ ее врем я можно считать общ епризнанны м, что плодо­ родие почв, т я ж е л ы х по м еханическом у составу (среднесуглинисты х, тя ж ел о сугл и н и сты х и глинистых), в сильнейш ей степени зависит от и х структуры , т. к. х ар актер стру кту р ы определяет водный, возд уш ­ ны й, биологический, а значит, и п и тательн ы й р еж и м ы почвы. Д л я т я ж е л ы х почв справедливо определение: к у л ь т у р н ая почва — стр ук­ ту р н а я почва. В почвах различного типа генезис стру ктуры и природа ее водо­ прочности различны . М ы предпочтительно вы деляем следую щ ие процессы образования и закр еп л ен и я агрономически ценной стр уктуры почв. А. О бразование почвенны х агрегатов в процессе коагуляц и и ко л ­ лоидов, которая м ож ет протекать к а к взаим ное осаж дение коллоидов разноим енной электрической за р я д к и или к ак сверты вание их ионами диссоциировавш их электролитов, преимущ ественно катионов. К оагу­ лирую щ ие коллоиды явл яю тся клеем, скрепляю щ им более грубы е ме­ х ан и чески е элементы . Н ачинается процесс коагуляц и и с образованием перви чн ы х микро­ агрегатов. Но так к ак коагул яц и я частиц редко наблю дается в изо- электрической точке, то первичны е м икроагрегаты сами могут сохра-1 В экспериментальной части работы принимали участие: младший научный сотрудник Почвенного института им. проф. В. В. Докучаева С. А. Модина и млад­ ший сотрудник кафедры физики и мелиорации почв Биолого-почвенного ф а ­ культета Московского государственного университета А. И. Мосолова.

нить остаточны й зар яд — п олож и тельн ы й и ли о три ц ательн ы й и — в случае разноименной за р я д к и — будут взаим но п ритяги ваться, об­ р а зу я м икроагрегаты второго, третьего и т.д. порядков, вклю чи тельн о до м ел ки х зерен. В схеме этот процесс представлен на рис. 1. М ного- ф азн о сть процесса структурообразован ия почвы подтверж дается р я ­ дом наблю дений. Так, прочность стр у кту р н ы х отдельностей и водо- прочность их возрастаю т по мере д ви ж ен и я от комков и зерен к м икроагрегатам почвы, которы е образовались (рис. 1) при более в ы ­ соком электростатическом потенциале вход ящ и х в них компонентов. А грономически наиболее добротная с тр у к ту р а в процессе коагу­ л яц и и п олучается при условии, что в нем принимаю т участие, к а к компоненты, органические вещ ества типа гум иновы х кислот и к а

-Rys. 1. Schem at pow staw ania m ikro- agregatów przy koagulacji koloidów

a — w y j ś c i o w e c z ą s t e c z k i k o l o i d a l n e i j o n y z d y s o c j o w a n y c h e l e k t r o l i t ó w , b — m i k r o a g - r e g a t y p i e r w s z e g o r z ę d u , с — m i k r o a g r e g a t y d r u g i e g o r z ę d u , d — m i k r o a g r e g a t y t r z e c i e g o r z ę d u , e — m i k r o a g r e g a t y c z w a r t e g o r z ę d u Рис. 1. Схема образования микроагре­ гатов при коагуляции коллоидов а — и с х о д н ы е к о л л о и д н ы е ч а с т и ц ы и и о н ы д и с с о ц и и р о в а в ш и х э л е к т р о л и т о в , б — м и ­ к р о а г р е г а т ы п е р в о г о п о р я д к а , в — м и к р о ­ а г р е г а т ы в т о р о г о п о р я д к а , г — м и к р о а г р е ­ г а т ы т р е т ь е г о п о р я д к а , д —- м и к р о а г р е г а т ы ч е т в е р т о г о п о р я д к а тионы Са** и Fe*-- (П. А. К осты чев, В. Р. В ильямс, К. К. Гедройц, М ит- черлих, Рессель, А. Н. Соколовский, И. В. Тюрин, М. М. Кононова, А. Ф. Тюлин, Н. А. К ачинский, А. Я. М усирович, К рау зе, В. В. К в ас­ ников и др.). Особенно интенсивное образование стр уктур ы отм ечается в ризо­ сф ере корней растений за счет ,д е я те л ь н о го перегноя” , образуемого в ф орм е ком плексны х соединений из азотсодерж ащ и х продуктов авто ли за тел бактерий и уроновы х кислот. П оследние (по исследова­

P ow staw anie i sztuczne tw orzenie struktury gleby 63 ниям и К . И. Р удакова) возн и каю т за счет ж и в ы х и отм ерш их корней растений под влиянием п екти н оразруш аю щ их и ли протоп екти н азн ы х бактерий, обнаруж иваем ы х в почве н а р азл агаю щ и хся р асти тельн ы х остатках. А грегаты при этом образую тся м ехан и чески прочные, во­ допрочны е и, что весьм а важ но, пористы е, к а к например в чернозем е, где пористость агрегатов всегда вы ш е 40% к их объему, а в л учш и х его образцах достигает 50% (рис. 2). Это в агрономическом понима-Рис. 2. Зарисовка ш лифа чернозема обыкновенного, суглинистого, пылева- то-иловатого. Гор. А п. Агрегат рыхлой упаковки 1 — п е р в и ч н ы е м и к р о а г р е г а т ы , 2 — о р г а н и ­ ч е с к и й ц е м е н т , 3 — в и д и м а я в м и к р о с к о п п о р о з н о с т ь ( Ш л и ф и з а р и с о в к а М . Н . П о л ь ­ с к о г о )

Rys. 2. Obraz m ikroskopow y szlifu zw y­ k łego czarnoziemu w ytw orzonego z gliny

pylastej. Poziom A orny

1 — m i k r o a g r e g a t y p i e r w o t n e , 2 — o r g a n i c z n e le p is z c z e , 3 — p o r o w a t o ś ć a g r e g a t u нии — вы сокоценная структура. Прочность и водопрочность ее соче­ таю тся с вы сокой порозностью и базирую тся на свойстве необратимой коагул яц и и коллоидов. В сл у ч ае плотной уп ако вк и м ехан и чески х элементов, а частично и при ры хл о й упаковке, после взаимного снятия эл ектри ч ески х з а р я ­ дов, в них проявляю тся м олекулярн ое и атомное п ри тяж ен и е: силы В ан -д ер-В аальса и остаточны х валентностей (И. Н. А н ти п ов-К ар а­ таев, Д. В. Хан, В. В. К еллерм ан, П. В. В ерш инин и др.). М еханические элем енты , обладаю щ ие вы сокой удельной поверхностью , а зн ачи т и поверхностной энергией (с диаметром < 0,001 мм), могут под в л и я ­ нием означенны х сил непосредственно сли п аться (процесс адхезии); д л я более кр у п н ы х частиц ( > 0,005 мм) такое слипание исклю чено или вы р аж ен о весьм а слабо, но они могут скл еи ваться за счет п ри липш их к ним кол л ои д ал ьн ы х ф р ак ц и й (процесс кохезии). П рочность связей будет тем больше, чем сильнее уплотн ен агрегат. Отсюда вы сокая ме­ х ан и ч еск ая прочность и водопрочность агрегатов, получаем ы х путем тщ ательного перем ятия почвы „при вл аж н о сти затв ор ен и я” и после­ дую щ его агрегирования ее под давлением (Д. Г. В иленский, П. В. В ер ­ ш инин, И. П. Колосов, А. А. Б у д ак о ва и др.).

А грегаты этого типа обладаю т низкой порозностью: < 40 и д а ж е < 30ю/о объема почвы, причем больш ая часть порозности приходится на неакти вн ы е поры (Секера, Н. А. К ачинский, рис. 3.). Водопроч- ность та к и х аргегатов обусловлена в основном двум я причинами: а) больш ой площ адью ко н такта м еж ду м еханическим и элементами, а следовательно наилучш им и условиям и д л я атомного и м о л ек у л я р ­ ного п ри тяж ен и я частиц; б) затрудненны м проникновением в агрегаты или полным отсут­ ствием его д л я свободной (гравитационной) воды, разм ы ваю щ ей струк-Рис. 3. Поры почвы — активные и занятые связанной водой А — а к т и в н а я п о р о з н о с т ь ; О — о б щ а я п о р о з н о с т ь , а — т в е р д а я ф а з а п о ч в ы , в — с в я з а н ­ н а я п о ч в о й в о д а , N и M — ч и с л о с л о е в п р о ч н о с с в я з а н н о й с л а б о о р и е н т и р о в а н н о й в о д ы , + — — к а т и о н ы и а н и о н ы , о т д и с с о ц и и р о в а н н ы е т в е р д о й ф а з о й п о ч в ы , а т а к ж е к а т и о н ы и а н и о н ы д и с с о ц и и р о в а в ш и х э л е к т р о л и т о в , с в я з у ю щ и е ц е п о ч к и д и п о л е й в о д ы в п р е д е л а х д и ф ф у з н о г о с л о я п о ч в е н н ы х м и ц е л л и в т о л щ е а д с о р б и р о в а н н ы х в о д н ы х п л е н о к

Rys. 3. Рогу glebow e aktyw ne i zajęte w odą związaną (wg M. N. Polskiego)

A — p o r o w a t o ś ć a k t y w n a , O — p o r o w a t o ś ć o g ó ln a , a — f a z a s t a ł a g l e b y , b — w o d a z w i ą z a n a p r z e z g le b ę , N + M — w a r s t w y w o d y s i l n i e z w i ą z a n e i m a ł o r u c h l i w e , + k a t i o n y i a n i o n y z d y s o c j o w a n y c h e l e k t r o l i t ó w , a n i o n y i k a t i o n y z a s o r b o w a n e p r z e z s t a ł ą f a z ę g l e b y , w i ą ż ą c e ł a ń c u c h y w o d y d i p o l o w e j w p r z e d z i a l e d y f u z j i w a r s t w g l e b o w y c h m i c e l l i i a d s o r b o w a n y c h b ł o n e k w o d y туру. Подобные агрегаты р асп лы ву тся в воде ли ш ь после полного н аб у хан и я скрепляю щ их их коллоидов. С труктура этого типа агро­ ном ически неполноценна, та к к а к внутренность агрегатов в силу н еакти вн ы х пор недоступная д л я свободных воды и воздуха, а та к ж е корней растений и м икронаселения, о казы вается в зн ачи тельн ой мере омертвленной. В природе т а к а я стр укту ра встречается в и л л ю ви ал ь­

Pow staw anie i sztuczne tw orzenie struktury gleby 65 ном горизонте солонцов и подзолисты х почв, в сли ты х чернозем ах, в некоторы х типах болотны х почв (рис. 4). В. А грегаты , в которы х м еханические элем ен ты скреплен ы водно­ нерастворим ы м и или слабо растворим ы м и в воде хим ическим и соеди­ нениями, к а к С а С 0 3, Fe(OH)3, Са3( Р 0 4)2 и др. (Н. А. К ачинский, А. И. М осолова, Н. И. Горбунов, Р. В. К овалев). Типичной в этом отнош е­ нии я в л я е тс я стр укту ра р яд а перегнойно-болотны х почв, которы е попеременно переж иваю т периоды п ер еу вл аж н ен и я и просуш ивания. П ри п ер еувл аж н ен и и в почве разви ваю тся раски сли тельн ы е процес­ сы, сопровож даю щ иеся образованием растворим ы х в воде заки сн ы х ф орм ж е л е за, которы е вместе с почвенным раствором пропиты ваю т Рис. 4. Ш лиф ж елтозем о-среднеподзо- листой тяжелосуглинистой почвы. Гор. В2. 1 — п е р в и ч н ы е м и к р о а г р е г а т ы п л о т н о й у п а ­ к о в к и , 2 — о с к о л к и м и н е р а л о в , 3 — м и к р о - п о р ы , 4 — п а р ы - т р е щ и н ы . X 50 ( ш л и ф и ф о т о А . И . М о с о л о в о й )

Rys. 4. Szlif żółtoziem u średnio zb ielico- w anego, w ytw orzonego z ciężkiej gliny.

Poziom B2 1 — m i k r o a g r e g a t y p i e r w o t n e , z w ię z łe , 2 — o d ­ ł a m k i m i n e r a ł ó w , 3 — m i k r o p o r y , 4 — p o r y s z c z e l m y (w g A . J . M o s o ło w e j) агрегаты . В засуш ли вы й сезон, при опускании грунтовы х вод или верховодки, просы хаю щ ие слои почвы аэрирую тся, закисное ж ел езо п ереходит в нерастворим ы е ф орм ы окисного ж ел еза, которы е цем ен­ тирую т агрегаты. Т акую структуру м ы исследовали на средней зе р ­ нистой пойме р. Завихост, на рисовы х п олях Т ал ы ш а А зер б ай д ж ан ­ ской ССР и в других местах. Она обладает вы сокой м еханической прочностью и водопрочностью, но агрегаты при этом мало пористы (порозноеть < 40%), так к а к часть объема пор постепенно зап ол н яется Fe(OH)3. В других почвах в качестве химического „цем ента” м ы отме­ ч ал и С аС 0 3, Са3( Р 0 4)2 и некоторы е другие соединения. С. Водопрочность агрегатов возрастает при склеивании м ехан и чес­ к и х элементов слизью разн ообразн ы х бактерий из группы кл у б ен ь­ к овы х азотобактера и P seudom onas, скрепления их гиф ам и грибов (на-5 R o c z n ik i G le b o z n a w c z e

пример, T richoderm a lignorum ) и сетью корней растений (Ф. Ю. Г ел ь- цер, E. Н. М иш устин, А. Я. М усерович, Н. А. К ачинский, И. И. К ан и - вец и др.). О бщ еизвестна та к ж е со врем ен Д арвина в оструктури ван и и почв роль д о ж д евы х червей, которы е п ерерабаты ваю т массу почвы в ж елудочном тракте и вы брасы ваю т ее в ф орме пористы х зерен губ­ чатого строения, склеенны х ж елудочн ы м соком червей — копролитов (рис. 5, 6). А грегаты почвы, образованны е при участии биологических про­ цессов, ценны не только тем, что они водопрочны и пористы, но и бо­ гатством запаса в них п и тател ьн ы х вещ еств. Д. В оптимально смоченных почвах оструктуриваю щ им ф актором вы ступаю т т а к ж е кап и л л яр н ы е (менисковые) силы и связан н ая поч­ вою вода. С труктурообразую щ ая роль их сказы в ается и при вы сы ­ хании почвы, так к а к при этом м ениски и адсорбированная вода спо-Рис. 5. Копролиты дождевого червя на поверх­ ности дерново-подзолистой почвы (фото П. У. Бахтина) Rys. 5. Koprolity czerwi na powierzchni darniow o-

bielicow ej gleby. Fot. P. U. Bachtina собствует суж ению капилляров, сближ ению м еханических элем ен­ тов, после чего сильнее п роявляю тся атомные и м олеку л яр н ы е силы м еж частичного п р и тяж ен и я (рис. 7). Особо больш ое значение м енисковы е силы имеют при агрегиро­ вании л егки х почв; например, рассы пчаты е пески приобретаю т с в я з­ ность лиш ь во влаж ном состоянии.

P ow staw anie i sztuczne tw orzenie struktury gleby 67 Н азван н ы е нами процессы оструктури ван и я почв п роявляю тся обычно в совокупности их. Р азд елен и е этих процессов, к а к сделано в настоящ ей статье, можно понимать лиш ь в том смысле, что в к а ж -Рис. 6. Поперечный разрез копро- лита. Ш лиф и фото М. Н. Поль­ ского. Увеличено в 33 раз Rys. 6. Poprzeczny przekrój kopro- litu w 33-krotnym powiększeniu

дом конкретном случае в оструктуривании почв п ревалирую т то один, то другой процесс или несколько из них. 2. Основными методами о структури ван и я почв пока остаются: а) методы обработки почв, в том числе термической; б) обогащ ение почв гумусом типа гуминового и ульминового ком­ плексов; в) известкование ки сл ы х почв и гипсование солонцов или приме­ нение зам енителей извести и гипса; г) введение травопольны х севооборотов. Зд есь мы хотели бы уточнить ли ш ь три вопроса: об оптим альной вл аж н о сти д л я обработки почвы; о вли ян и и пром ораж и ван и я на стр укту ру почвы; роль м ноголетних трав. А. О птим альная вл аж н ост д л я обработки почвы — величина пе­ ременная. Она изм еняется в ш ироких пределах в зависимости от типа почвы и степени ее оструктуренности, м еханического ее состава, угодья и скорости вспаш ки. Л егкие почвы в сыром состоянии п р а к ти ­ чески можно п ахать во всем диапазоне их общей влагоемкости 2. Д ля 2 Под общей влагоемкостью мы понимаем максимальное количество влаги, которое может быть удерж ано почвой после длительного дож дя или искусствен­ ного полива и полного стекания из почвы гравитационной воды. 5*

т я ж е л ы х почв он колеблется от 60 до 90% относительной влаж ности. Ч ем структурнее почва, тем оптим альная вл аж н ость д л я обработки ее вы ш е. Оптимум относительной вл аж н о сти почвы повы ш ается так ж е, примерно, на 10% на пластовы х к у л ь т у р а х и на 5— 10% при повы ш ен­ н ы х скоростях вспаш ки — до 7— 8 килом етров в час (Н. А. К ачинский, П. У. Б ахтин). В. Свободная вода в незасоленной почве зам ер зает при отри ц атель­ н ы х тем пературах, б л и зки х к 0 °С. К а п и л л я р н а я вода зам ерзает в почве при тем пературах < — 0,5 °С. Вода., соответствую щ ая м акси­ м альной гигроскопичности, не зам ер зает и при — 70 °С. Эта закон о­ мерность определяет роль п ром ораж ивания почв в процессах струк- турообразования. Н аблю даем ы е в природе отри ц ательн ы е тем п ературы не влияю т на стру кту ру сухой почвы. П ром ораж ивание оптим ально смоченной почвы (не свы ш е общей ее влагоемкости) сопровож дается улучш ен и ем стр у кту р ы почвы: за счет спрессования комков и зерен водой, зам ер­ заю щ ей в кр уп н ы х порах и за счет возрастаю щ ей коагуляц и и колло­ идов и н езам ерзш ей части раствора. Рис. 7. Схема связи м еж ду частицами глины при их агрегации (по Расселю)

Rys. 7. Schem at w iązań m iędzy cząsteczkami gliny, tw orzącym i agregat

Pow staw anie i sztuczne tw orzenie struktury gleby 69 П ром ораж ивание п ереувлаж н ен н ой почвы, которая к а к бы н али та водой, сопровож дается разры вом ком ков и зерен и почти полны м обес- структуриванием почвы. С. М ноголетние травы (бобовые и злаковы е) в условиях, где они хорош о развиваю тся, л учш е всех других растений оструктури ваю т Рис. 8. Соотношение абсолютносухого вещества надземных и подземных частей растений для площади 625 см2 и глубины почвенного разреза 200 см Rys. 8. Stosunek suchej m asy nadziem nych i podziem nych części roślin na po­

почвы в силу своей м ощ норазвитой и хорошо разветвлен н ой корневой системы. К а к видно из рис. 8, по массе корней бобовые и зл аковы е м ноголетние тр ав ы на всех и сследованны х нами п очвах превосходят зерновы е, пропаш ны е и технические к у л ьтур ы . О бращ ает на себя вним ание мощной корневой системой та к ж е к у к у р у за (рис. 9). При сравнении массы пож н и вн ы х и корневы х остатков однолетних к у л ьт у р и многолетних трав, следует та к ж е учи ты вать, что первы е Рис. 9. Корневая система кукурузы на западно-предкавказском выщелоченном черноземе.

Rys. 9. System korzeniowy kukurydzy na w yługow anym czarnoziem ie zachodniego Przedkaukazu содерж ат в основном лиш ь к л етч атк у и древесинны е вещ ества, тогда к а к во вторы х (в ж и в ы х корн ях и корневищ ах, в стеблевы х остатках и в почках возобновления) содерж атся в значительном количестве белки, углеводы и ж и в ы е клетки. В заклю чение обзора структур приводим схему строения стр у кту р ­ ного культурного пахотного слоя (рис. 10). 3. Об искусственны х „с тр у к ту р ах ” или агрегаторах почвы. В последние 10-летия уд ел яется больш ое внимаие изы сканию ис­ к у сствен н ы х препаратов д л я о структури ван и я почвы. В самые по­

Pow staw anie i sztuczne tw orzenie, struktury gleby 71 следние годы в ряде стран м ира наибольш ее внимание уделено исполь­ зованию д л я оструктуривани я почв вы соком олекулярны х, полимери- зую щ и х ся соединений, получивш их собирательное н азвание „кри- л и ум ов”. Б ол ьш и е работы в этом направлен и и проводил и проводит А гроф и зический институт ВА СХ НИ Л (Ф. Е. К олясев, II. В. Верш ини, И. Б. Р евут, Н. Я. Солечник и др.). К а ф е д р а Ф и зи ки и М елиорации почв М осковского государствен­ ного университета совместно с Л абораторией Ф и зи ки и Технологии Рис. 10. Порозность культурной, структурной почвы (по Н. А, Качинскому) — схема 1 — т о н к и е , п р е и м у щ е с т в е н н о к а п и л л я р н ы е п о р ы в к о м к а х — п р и с м а ч и в а н и и п о ч в ы з а п о л н я ю т с я в о д о й , 2 — с р е д н и е п о р ы в к о м к а х ( я ч е й к и , к а н а л ь ц ы ) — п р и с м а ч и в а н и и н а к о р о т к и й п е р и о д з а п о л н я ю т с я в о д о й , п о т о м , п о с л е р а с с а с ы в а н и я е е — в о з д у х о м , 3 — к а п и л л я р н ы е п о р ы н а с т ы к е к о м к о в — в с ы р о й п о ч в е б о л ь ш е ю ч а с т ь ю з а п о л н е н ы в о ­ д о й , 4 — к р у п н ы е п о р ы м е ж д у к о м к а м и — о б ы ч н о з а п о л н е н ы в о з д у х о м

Rys. 10. Porowatość uprawnej strukturalnej gleby (wg Kaczyńskiego) — schemat

1 — d r o b n e , p r z e w a ż n i e k a p i l a r n e p o r y z a p e ł n i a j ą s ię w o d ą , 2 — ś r e d n i e p o r y w g r u z e ł k a c h ( g r u z e ł k i , k a n a l i k i ) w c z a s ie z w i l ż a n i a n a k r ó t k o z a p e ł n i a j ą s ię w o d ą , a p o j e j o d s ą c z e n i u p o w i e t r z e m > 3 — k a p ila ir n e p p r y n a s t y k u g r u z e ł k ó w , w ś w i e ż e j g l e b i e w w i ę k s z e j c z ę ś c i z a p e ł n i o n e w o d ą , 4 — p o r y g r u b e m ię d z y g r u z e ł k a m i , z w y k l e z a p e ł n i o n e p o w i e t r z e m почв Почвенного института АН СССР провела, н ачи н ая с 1957 года, зн ачи тельн ы е эксперим енты в лаборатории и частично в поле по и зу ­ чению природы „кр и л и у м о в” и дей стви я их на оструктури ван и е почв. К ратко излагаем теоретическую основу действия крилиум ов на почву.

„К р и л и у м ы ” в основном производны е трех органических кислот: акриловой, м етакриловой и малеиновой (Чичибабин — 1957). П ривож у их ф орм улы : а) акр и л о вая кислота СН2 = СН— СООН; б) м етакр и л овая к -та СН2 ~ С(СН3)— СООН; в) м алеиновая к -та СООН— СН = СН— СООН. К а к видно из ф орм ул, все эти ки слоты обладаю т двойны ми этиле­ новы ми связами, способными (под влиянием р азл и ч н ы х ка та л и за то ­ ров) к раскры тию . Следствием р аскр ы ти я двойной связи в мономере я в л я е тс я возникновение д ву х ко вал ен тн ы х связей в м олекуле дан ­ ного вещ ества. И з мономера, скаж ем , акриловой кислоты : СН2 = = СН— СООН возни кает мономерное звено: — СН2—С Н —СООН. По линии вновь возн и кш и х ковал ен тн ы х связей м ож ет идти присоеди­ нение новы х м олекул. П олучается цепь м олекул, или полимер. В по­ лимерной цепи могут участвовать и производны е н азван н ы х кислот содерж ащ ие активны е группы, к а к н и тр ал ьн ая (— CN), аминогруппа (—N H 2), амид кислоты (— СО— N H 2) и др. Проводим прим еры таки х производны х: А крилони трил (СН2 — = СН— CN) — мономер; А крилони трил после р аскр ы ти я двойной эти ­ леновой связи — (СН2— СН— CN) — мономерное звено; в р е зу л ьта те полим еризации звеньев акри лон и три ла возн и кает цепь: (СН2—СН— — CN)x — это будет полимер акри лонитрила, в написании которого х обозначает коэф ф и ц и ен т полим еризации, у казы ваю щ и й количество полим ерны х звеньев, участвую щ и х в цепи. Если в полимерной цепи участвую т одинаковы е мономерные звен ья, цепь образует полимер. Если цепь образована разл и чн ы м и полимери- зую щ им ися звеньям и, она носит н азван и е сополимера. П римером по­ следнего м ож ет быть кал ьц и евая соль сополимера вини лац етата и м а­ леиновой кислоты : полимерной цепи м ож ет достигать многих ты сяч, в р е зу л ьта те чего К оличество мономерных звеньев, участвую щ их в полимерной или

со-Pow staw anie i sztuczne tw orzenie struktury gleby 73 возн и кает гигантская м олекул а с м олекул ярн ы м весом в д есятки и сотни ты сяч единиц. Т ак к а к вы ш ен азван н ы е полим еризую щ иеся соединения в растворе способны диссоциировать преимущ ественно по связям акти вн ы х групп, то в р е зу л ь та те отдиссоциации ионов — анионов и ли катионов — в мо­ ном ерны х зв е н ь я х возни каю т полианионы и ли поликатионы , несу­ щ ие заряд ы . П риводим прим еры поликатиона и полианиона; пунктиром п ока­ зан а л и н и я отдиссоциации ионов. Полиметакрилат натрия Гидроацетат поли-р-де- митиламиноэтилмета- крилат (Дмаем)

(По R. A. R uchrwein and D. W. Ward — 1952).

П олиэлектролиты , будучи внесены в почву и неся зар я д ы то поло­ ж и тел ьн ы е, то отрицательны е, взаим одействую т с почвенны м и колло­ идами, в ы зы в а я и х коагуляцию и образуя м остики скрепления м еж ду отдельны м и м еханическим и элем ентам и почвы и м икроагрегатам и. П олианионы могут коагулировать и сами под влиянием катионов р ас­ твора, преим ущ ественно C a" A I-" и F e -”. В силу того, что гигантская м олеку л а полимера им еет ты сячи и де­ сятки ты сяч акти в н ы х точек, она способна вы зы в ать коагуляцию и са­ м а коагулировать в значительном объеме коллоидного раствора, спо­ собствуя образованию цем ентирую щ ей м ассы в п р ед ел ах зерен и ком ­ ков с к р еп л яя их аналогично гиф ам гриба и ли цементного каркаса.

Ц ементирую щ ие мостики м еж ду коллои дальн ы м и частицам и могут возни кать и в р е зу л ьта те химического взаим одействия по линии сво­ бодных ковален тн ы х связей полимера и остаточны х валентностей к ол л ои д ал ьн ы х частиц почвы. Н аш и эксперим енты с использованием крилиум ов вы полнены на д ву х почвах: а) дерново-подзолистой суглинистой п есчано-крупнопы леватой и в) светлокаш тановой солонцеватой тяж елосугли н и стой и ловато-пы - леватой. И спы таны „кр и л и у м ы ” : то р ф ян ы й и угольны й клеи, гигно-суль- ф он аты аммония и кал ьц и я, гидролизованны й полиакрилонитрил, не­ мецкий препарат V erdickung AN — двойная натриево-ам м онийная соль гидролизованного полиакрилонитрила, преп араты американского про­ изводства CRD-186 — ,,V arna” и ,,S ep aran ”. „V arna” — к ал ьц и евая соль сополимера ви н и лацетата и м алеиновой кислоты ; ,,S eparan ” — гидролизованны й полиакрилоам ид. „К р и л и у м ы ” прим енялись в д ву х ц елях: д л я закр еп л ен и я у ж е им ею щ ихся агрегатов в почве и д л я создания новы х агрегатов из р ас­ пы ленной массы. В работе вы я сн я л ся ряд новы х вопросов в техн о­ логии агрегирования почвы: сухой и мокрой методы внесения клеев; варьирование давл ен и я при агрерировании; условия п олучения опти­ м альной порозности при требуемой водопрочности агрегатов. На все эти вопросы к настоящ ем у врем ени п олучен ы определенны е ответы, в соответствии с чем рациональное применение „кри ли ум ов” получает более определенны е формы . Сейчас м ожно у тверж д ать, что, прим еняя ,,к р и л и у м ы ” в той или иной дозе, можно п олучать водопрочную структуру с оптим альней порозностью. Л учш им и по оструктуриваю щ ем у действию оказали сь ам ериканские пр еп араты ,,S e p a ra n ” и ,,V arna”, которы е при готавли ­ вались специально д л я целей о структури ван и я почвы. Зам етное остру- ктуривание дерновоподзолистой и светло-каш тановой почв с помощью этих препаратов достигается при внесении их в почву в дозе 0,01 и 0,05%, а добротная стр уктура получается при 0,1°/о к весу почвы (см. табл. 1 и рис. 11). Слабее действует немецкий преп арат „V erdickung AJNf”; д л я остру- к турован и я почвы его требуется 0,2% к весу почвы. Н аименее эф ф екти в н ы м и оказал и сь наш и п репараты , которы е я вл яю тся отходами пром ы ш ленности (лигн о-сульф он ат аммония и кальция) или синтезированны е заводским путем д л я других целей (гидролизованны й полиакрилонитрил). Д л я оструктурован и я ими бес­ структу р н ы х почв требуется доза поли акри лон и три ла 0,3— 0,4%, а д л я о стальны х препаратов — от 0,5 до 1°/о к весу почвы.

Т а б л и ц а 1

Водопрочность а гр е га т о в по Саэвинову в зависим ости о т типа с т р у к то р а . фракции 0 .2 5 мы в % к веоу почвы

Wod o o d p o rn o ść a g re g ató w wg Savroinovja w z a l e ż n o ś c i od p r e p a r a t u s tr u k tu r o t w ó r c z e i- o . F r a k c ja 0 ,2 5 mm \i p r o c e n c ie w s to s u n k u do c i ę ż a r u g le b y

Д ерн ово-подзолистая почва G leba darniow o - b ie lic o w a

Светлокаш тановая солонц еватая почва

Gleba jasnokasztanorca spłoncowata

Тип с т р у к то р а A 0- _n Ao rny •20 cm V BJ 2 5 -3 5 V -15 cu 15 -3 7 Примечания P r e p a r a t агр е га ты a g re g a t y Uwagi е с т е с т . n a t u ­ r a l n e * искусст. » » s z tu c z n e е стео т. n a t u ­ r a l n e пскусот . s z tu c z n e е ст е с т n a t u ­ r a l n e и ск у сст. s z tu c z n e естео*. n a t u ­ r a l n e и ску сст, s z tu c z n e Контроль K o n tro ln e Полиакрилонитрил гидролизованный Z h y d ro lizo w an y p o l i a k r y l o n i t r y l V erd ick u n g AN S e p a ra n Varna 20.22 43.78 47.40 86.96 62.62 0.12 6.86 5.88 39.13 9.28 2.42 11.94 37.52 77.13 43.34 0.0 2,62 3 .20 39.16 .2 1 .9 3 7.14 32.84 64.21 77.98 0.63 10.11 23.46 40 .9 0 31.71 77.23 84.26 93.70 15.77 27.73 40.43 41.86 Искусственные агр егаты готовились из фракции 0 .2 5 им без перемятия почвы при относительной влажности 70%. В анализ шли естественны е и искусственные агр егаты размером 5 -7 мм. Структоры внесены в жидком виде в д о зе 0 . 1 ^ к ве с у почвы.

Sztuczne a g reg aty utworzone z f r a k c j i 0,25 mn n i e r o z t a r t e j gleby o ‘w ilg o tn o śc i w zgl. 70%. Do

a n a liz y brano a g reg aty o 0 5-7 c n , sz tu c z n ie od­

nowione.

A g reg aty s tr u k t u r o - t w ó r c z e zasto so w an o w s t a n i e płynnym w i l o ś c i 0,1£ w s to s u n k u do c i ę ż a r u g le b y * W g l e b i e o s t r u k t u r z e n ie z n is z c z o n e j ** Wytworzone w g l e b i e o s t r u k t u r z e z n is z c z o n e j P o w st a w a n ie i szt uc zn e tw or zen ie str ukt ur y g le b y

В ы явилось различное отнош ение к оструктуриваю щ ем у действию „кри ли ум ам и ” почв разного типа и и х горизонтов. Например, д л я структур и ван и я светлокаш тановой тяж елосугли н и стой слабосолонце­ ватой почвы требуется м еньш е стр у кту р н ы х клеев, н е ж е л и д л я почвы Д е р н о Ь о - подзолист ая, noxba С Ь ет локаш т аноЬ ая noxba Ап (0-20) с л А2/В1 (25-85) с л А1 (0-10) см В1(15-37)см 90 Рис. 11. Водопрочность структуры по Саввинову в зависимости от типа структора. Фракции > 0.25 мм в р/о к весу почвы

Rys. 11. Wodoodporność struktury w g Saw w inow a w zależności od typu czynnika strukturotwórczego. Frakcje w ięk sze od 0,25 mm w procencie do w agi gleby

дерново-подзолистой суглинистой иловато-пы леватой. А в пределах п р о ф и л я подзолистой почвы лу чш е всего искусственно оструктури- вается перегнойно-аккум уляти вн ы й горизонт, а х у ж е всего горизонт подзолисты й (А2). Во всех опы тах четко вы яви л ся ф ак т, что цем ентирую щ ая способ­ ность „крилиум ов” п р о явл яется в несколько р аз сильнее при за к р е ­ плении у ж е им ею щ ихся в почве агрегатов по сравнению с за к р е п л е ­ нием агрератов вновь созданны х из распы ленной массы почвы, (табл. 1). Поэтому значение рациональной обработки, не расп ы ляю щ ей

Pow staw anie i sztuczne tw orzenie struktury gleby 77 почвы, полностью сохраняет свою силу и в сл у ч ае остру ктури ван и я почв с помощью кондиционирую щ их вещ еств. К настоящ ем у времени нами зал о ж ен ы с использованием отече­ ственны х препаратов и полевы е опыты. Заметного оструктури ван и я почвы и повы ш ения у р о ж аев с/х к у л ьт у р с применением лигн о-суль- ф онатов аммония и кал ьц и я мы добились, внося дозу их не менее 0,2% к весу почвы. Однако, при учете повыш енного у р о ж а я ещ е необходи­ мо в дальнейш ем расчленить удобрительное действие преп арата и м е­ лиорацию почвы за счет оструктури ван и я ее. До сих пор мы не им ели возм ож ность зал о ж и ть полевы е опы ты на скольконибудь зн ач и тел ь­ ной площ ади с использованием препаратов загран и чн ы х марок, а т а к ­ ж е советских препаратов: гидролизованны х п оли акри лон и три ла и по- лиакри лоам ида — ввиду отстутствия долж ного коли чества этих пре­ п аратов в наш ем распоряж ении. В настоящ ее врем я та к а я возм ож ность п редставилась и полевы е исследования р азверты ваю тся на р а зн ы х почвах. В вопросе использования полимеров и сополимеров д л я остру кту­ ри ван и я почв остается пока ещ е два н еразреш ен н ы х теоретических вопроса: а) противобиологическая стойкость препаратов и б) воспроизводимость структуры , полученной с помощью „кри ли - ум ов” в случае м еханического ее р азруш ен и я. По первом у вопросу из л и тер ату р ы и из наш его краткого опы та следз^ет, что испы танны е нами стр уктур ы , под влиянием м икроорга­ низм ов в почве к третьем у году и х исп ользован и я разруш аю тся, а следовательно, распадаю тся и агрегаты . По второму вопросу — о воспроизводимости искусственной стру­ к т у р ы в случае ее р азр у ш ен и я — нами п оставлены специальны е опы ­ ты (С. А. Модина, А. И. Мосолова) (см. табл. 2). О казалось ,что после повторного р азр у ш ен и я искусствен н ы х агре­ гатов и нового их агрегирования, водопрочность агрегатов и м ехан и ­ ч еск ая их прочность систематически падаю т. В наим еньш ей степени это относится к препаратам „V om a” и „ S e p a ra n ”, которы е способны склеи вать структуру д а ж е после 3-го и 4-го разруш ен и я. В наиболь­ ш ей степени кл ею щ ая способность после механического р азр у ш ен и я агрегатов утрач и вается лигн о-сульф он атам и аммония и кал ьц и я, ко­ торы е практи ч ески не склеиваю т агрегаты у ж е после 1-го их м ехан и ­ ческого разруш ен и я. Особое вним ание п ри влекает дороговизна в настоящ ее врем я искус­ ственного острукту ри ван и я почвы. Д л я иллю страции укаж ем , что 1 кг ам ериканских препаратов „V arna” и ли „ S e p a ra n ” стоит 130 рублей; 1 кг V erdickung AN — 100 марок; 1 кг гидролизованного п оли акри

ло-Потеря водопрочности искусственными агр егатам и при псзторном разрушения и агрегировании

/ а н а л и з по А н д р и а н о в у » Р а с ч е т в о в о п р о ч н о с т а в % по К а ч и н с к о ы у /

Z m n ie jsz e n ie w odoodpoinoóci sz tu c z n y c h ag re g etó w ^ s k a łe k k ilk a k ro c n e g o z n i s z c z e n i a ic n 1 odn o w ien ia (a n a liz o w an o wg A ndrianow a, w y lic z e n ie w oûoodpornoâci w % wg K a cz y ń sk ieg o )

Внесен структср Z asto so w an e p r é p a r a ly Повторнооть агреги ровани я K o le jn e o dn o w ien ie a g reg ató w (île by Д ерново-подзолистая D a rn io w o -b ie lic o w a An 0-20 ом Д “ orny Светлокаштановая солонпеватая Jasn o k a9ztanowa sotoncowala

Aj 0 - 3 5 CM водопрочнооть в % wodoodporno6cf Примечание Uwagi Без структора контроль K o n tro ln e Полиакрилонитрил гидролизованный Z h y d ro lizo w an y p o l i a k r y l o n i t r i 'L V erd ick u n g AN S e p a ra n Yoma 73-3 8 6 . 2 74.8 74.0 74.7 8 9 . û "75.3 73.0 72.7 100 99.8 98.2 96 b 99.9 9 b .9 03.4 84.2 2} 73 34 2b 22 92 51 32 3] 84 70 Ы 32 Искусственные агрегаты готовились аз фракции 0 .2 5 мм с перемешиванием в течение 1 .5 мин при относительной влажности ?oi. Размер а г р е ­ гато в 5 -7 до. Структоры внесены в р а ств о р е а д о зе O .jJ. к весу почвы.

Sztuczne agregaty tworzono z f r a k c j i С ,25 mn, r o z c i e r a n e w с iqga i , b ш п o 70% w ilg o tn o ści w zględnej. Ś rednica agregatów 5-7 mm.

J r e p a r a ty ?astosow anj v U o ś c i 0»1X s*os-aku do c ię ż a ru gleby K a c z y ń sk i

Pow staw anie i sztuczne tw orzenie struktury gleby 79 н и три ла отечественного производства, полученны й нами с завода оце­ нен заводом в 53 рубля. Если принять во внимание, что д а ж е самые лучш и е „кр и л и у м ы ” зам етно оструктуриваю т почву, будучи внесены в нее дозой 0,01%) к весу почвы, то на пахотны й слой мощностью 20 см на гектар их по­ требуется 240 кг. С разу становится понятной эконом ическая неприем- лимость этого м ероприятия д л я остру ктур и ван и я почв современной технологии приготовления „кри ли ум ов” . И з последнего тези са однако м ы не делаем вы вода о нецелесо­ образности и зу ч ен и я вопроса об использовании полимеров и сополи­ меров д л я искусственного остру кту р и ван и я почвы, тем более, что этим способом мож но бороться с развеван и ем песков, с пылимостью на аэродромах, с оползням и на к р у п н ы х к а н а л ах и пр. М ы ли ш ь з а ­ остряем вопрос на необходимости приготовления более доступны х и более стойких препаратов и видим п уть в реш ении этой зад ач и в изго­ товлении крилиум ов, использование которы х достигало бы одновре­ менно д вух целей — удобрения почвы питательн ы м и вещ ествам и и острутуривания ее. Нам н у ж ен специальны й опы тны й завод по изучению и синтези­ рованию кондиционирую щ их вещ еств специально д л я н у ж д сель­ ского хозяйства. N . A . K A C Z Y Ń S K I

ISTOTA POW STAW ANIA STRUKTURY W GLEBACH I PRÓBA SZTUCZNEGO JEJ TWORZENIA ZA POMOCĄ

ZWIĄZKÓW POLIMERYCZNYCH

K a t e d r s F i z y k i i M e l i o r a c j i g l e b U n i w e r s y t e t u im . Ł o m o n o s o w a

o r a z L a b o r a t o r i u m F i z y k i i T e c h n o l o g i i G le b I n s t y t u t u G l e b o z n a w s t w a A k a d e m i i N a u k Z S R R

S t r e s z c z e n i e

T worzenie się struktury nie w każdym typie gleb przebiega w podobny sposób. M ożemy naw et w yodrębnić kilka procesów powstaw ania i utrwalania struktury gleb.

1. A gregaty glebow e mogą powstaw ać w w yniku koagulacji koloidów. Osadza­ nie koloidów o różnych ładunkach elektrycznych następuje pod w pływ em zdysso- cjow anych elektrolitów , szczególnie kationów. Koagulacja cząstek koloidalnych rzadko zachodzi w punkcie izoelektrycznym , a m ikroagregaty pierw otne zachowują często pozostałość ładunku. Jeśli te m ikroagregaty są naładow ane różnoimiennie, przyciągają się w zajem nie, tworząc m ikroagregaty rzędu drugiego, trzeciego itd., aż do drobnych ziaren w łącznie (rys. 1). W ten sposób osiągnięta struktura gleby jest tym trwalsza, im w yższy jest potencjał cząstek wchodzących w skład agrega­

tów. Przez opisaną koagulację koloidów otrzym ujem y rolniczo dobrą strukturę jeśli w procesie biorą udział substancje organiczne typu k w asów hum inow ych oraz kationy Ca" i Fe". In tensyw n e procesy strukturotwórcze przebiegają w rizosferze pod w pływ em „aktywnej próchnicy”, która zawiera kom pleksow e połączenia k w a­ sów uronowych i azotowych produktów autolizy ciał bakterii.

W skutek nieodw racalnej koagulacji koloidów powstają agregaty nie tylko trw a­ le, ale i o dużej porowatości (40—бО^/о w stosunku do objętości gleby) bardzo w ar­ tościow e dla celów rolniczych, typow e w czarnoziem iach (rys. 2).

W agregatach o cząstkach ułożonych ściśle, a częściow o i przy luźnym u łoże­ niu, po usunięciu ładunków elektrycznych pojaw iają się siły przyciągania m ole­ kularnego. Pod ich w pływ em cząstki sklejają się w zachodzących procesach adhezji lub kohezji. Im zw ięźlejszy agregat, tym trw alsze będą w iązania (rys. 3). A gregaty tego typu m ają niską porowatość ( < 40—30®/o objętości), przy czym w iększość por przypada na pory n ieaktyw ne!. Trwałość i wodoodporność agregatów jest u w a­ runkowana głów nie dużą płaszczyzną kontaktów, a w ięc dużym przyciąganiem atom owym i m olekularnym cząstek oraz trudnością lub zupełnym brakiem prze­ nikania do agregatów w ody w olnej, która rozm ywa strukturę. Takie agregaty roz­ g a d a ją się tylko w przypadku całkow itego napęcznienia koloidów. Struktura tego

typu nie należy do najbardziej pożądanych w rolnictw ie, poniew aż jest niedostępna dla w ody w olnej i powietrza, co przyczynia się do obum ierania korzeni i m ikroor­ ganizmów. Jest to struktura poziomów w m ycia sołońców i gleb bielicow ych oraz zlew nych i zbitych czarnoziem ów i niektórych typów gleb bagiennych.

2. A gregaty mogą powstawać na drodze chemicznej. Jako lepiszcze działają nierozpuszczalne lub słabo rozpuszczalne w w odzie związki chem iczne, jak np. СаСОз, Fe(OH)3, Ca3(P 04 ) 2 itp. Strukturę tego typu mamy w glebach próchniczno- bagiennych, w których zachodzą przem iennie procesy oksydo-redukcyjne. Pow stałe w okresie nadmiernej w ilgotności rozpuszczalne w w odzie form y żelaza nasycają agregaty i utleniając się w okresach w ysychania gleby przechodzą w nierozpusz­ czalne tlenki żelaza, cem entujące agregaty, które w ykazują dużą trwałość, ale po­ rowatość ich jest mała.

3. A gregaty powstałe drogą procesów biologicznych są w artościow e nie tylko ze w zględu na swą trw ałość, ale i zasobność w substancje pokarmowe. W proce* sach biologicznych w odoodporność agregatów w zrasta w skutek lepiącego działania śluzu bakterii, zlepiania ich strzępkam i grzybni lub siatką korzeni oraz koprolitami dżdżownic (rys. 5 i 6).

4. W glebach o optym alnej w ilgotności czynnikiem strukturotwórczym mogą być siły kapilarne (napięcie powierzchniowe) i woda związana przez glebę. W cza­ sie w ysychania gleby napięcie powietrz chin i owe i adsorpcja powodują zw ężenie kapilar, zbliżenie się cząstek m echanicznych i zw iększenie się przyciągania m ię- dzycząsteczkow ego (rys. 7). Specjalnie duże znaczenie ma napięcie pow ierzchniowe przy pow staw aniu agregatów w glebach lekkich.

W szystkie w ym ien ione procesy strukturotwórcze przebiegają zw ykle jednocześ­ nie w glebie, ale nie w szystkie jednakowo in tensyw nie i zw ykle jeden z nich przeważa.

Podstaw ow e m etody tworzenia struktury glebowej opierają się na: — sposobach uprawy gleby,

i W e d ł u g S e k e r y i K a c z y ń s k i e g o p o r a m i - a k ty w n y m i s ą p o r y , d o k t ó r y c h m o g ą w n i k a ć n i e t y l k o w ł o ś n i k i i b a k t e r i e , a l e r ó w n i e ż p o w i e t r z e i w o d a .

Pow staw anie i sztuczne tw orzenie struktury gleby 81

— zw iększaniu zawartości próchnicy (kw asów hum inowych, ulmi nowych oraz ich połączeń),

— w apnow aniu gleb kw aśnych i gipsow aniu sołonców , — w prow adzeniu system u traw opolnego.

W niniejszym opracowaniu om ówione są zagadnienia: — optym alnej w ilgotności gleb w czasie uprawy, — w pływ u przem arzania gleb na ich strukturę oraz — strukturotwórczej roli w ieloletn ich traw.

— Optym alna w ilgotność gleby przeznaczonej do uprawy jest w ielkością zm ien­ ną i w aha się w szerokich granicach w zależności od typu gleby i jej struktury, składu m echanicznego i szybkości orki. G leby lekkie najlepiej orać, gdy w ilgotność ich jest bliska ogólnej pojem ności w odnej2.

w

— Różnice w tem peraturze zamarzania poszczególnych postaci wody w glebie określają rolę zjaw iska przem arzania gleb w procesach strukturotwórczych. Woda w oln a zamarza około 0°C, kapilarna poniżej 0,5°C, w oda odpowiadająca m aksym al­ nej higroskopow ości nie zamarza jeszcze przy — 70°C. Przemarzanie suchej gleby nie

ma w p ływ u na jej strukturę. Przem arzanie gleby o optymalnej w ilgotności popra­ w ia jej strukturę w sku tek m echanicznego prasowania gruzełków przez zamarzającą w odę w dużych porach i zw iększanie koagulacji koloidów w niezam arzającej części roztworu. Przem arzanie nadm iernie w ilgotnej gleby powoduje rozrywanie agre­ gatów i niszczenie struktury.

— W ieloletnie traw y są najlepszym i czynnikam i strukturotwórczymi, ale tylko na tych glebach, na których dobrze się rozw ijają (rys. 8). N ależy zwrócić uwagę na kukurydzę jako na roślinę posiadającą dobrze rozw inięty system korzeniowy (rys. 9). W m asie korzeniow ej i w resztkach pożniwnych roślin jednorocznych zostaje głów nie błonnik i chem iceluloza, a w przypadku traw w ieloletn ich mamy znaczną ilość białek, w ęglow odanów i żyw ych komórek.

Schem at pow staw ania strukturalnej w arstw y ornej podano na rys. 10. Syntetyczne preparaty strukturotwórcze w yw ołały duże zainteresow anie w w ie ­ lu krajach. Szczególnie zwrócono uwagę na w ielkocząsteczkow e zw iązki polim e- ryczne, które otrzym ały zbiorową nazwę Krilium.

K rilium składa się głów nie z trzech kw asów organicznych: akrylow ego, m eta­ k rylow ego i m aleinow ego. W skutek rozerw ania podwójnego w iązania w monom erze pow stają dwa inne kow alentne w iązania w cząsteczce danej substancji. Do tych w iązań mogą się przyłączyć now e cząsteczki, tworzące łańcuch polim eryczny. W w yniku dysocjacji jonów w w iązaniach monom erycznych powstają polianiony lub polikationy z elektrycznym ładunkiem .

P olielek trolity w glebie wchodzą w reakcję z koloidam i glebow ym i powodując ich koagulację i tworząc m osty (połączenia) m iędzy poszczególnym i cząstkam i gleby i m ikroagregatam i. M osty te mogą pow staw ać w w yniku w iązania w olnych w artości polim eru z w olnym i w artościam i koloidów glebow ych.

Katedra Fizyki i M elioracji Gleb U niw ersytetu i Laboratorium Fizyki i T

ech-2 W p o l s k i e j n o m e n k l a t u r z e u ż y w a s ię t e r m i n u — p o ło w a p o j e m n o ś ć w o d n a .

3 P r o c e n t o w a z a w a r t o ś ć w s t o s u n k u d o o g ó l n e j ( p o lo w e j) p o j e m n o ś c i w o d n e j . 6 R o c z n ik i G le b o z n a w c z e

nologii Gleb Instytutu począwszy od 1957 r. przeprowadziły w iele doświadczeń la­ boratoryjnych i polow ych badając w łaściw ości Krilium.

D ośw iadczenia przeprowadzono na dwóch glebach: darniow o-bielicow ej w y ­ tworzonej z gliny spiaszczonej pylastej i jasnokasztanowej sołoncow atej, w y tw o ­ rzonej z ciężkiej gliny ilasto-pylastej. Do doświadczeń użyto następujących prepa­ ratów: kleju torfow o-w ęglow ego, lignino-siarczanów amonu i wapnia zhydrolizo- w anego poliakrylonitrylu, niem ieckiego „Verdickung A N ” (podwójna sól sodow o- amonowa zhydrolizowanego poliakrylonitrylu), am erykańskiego CRD-186 „Vama” (wapniowa sól polimeru octanu w inilu i kwasu maleinowego) i „Separan” (zhydro- lizow any poliakryloam id).

Krilium stosowano w celu utrw alenia już istniejących agregatów i utw orzenia nowych. W czasie badań w yjaśniono szereg zagadnień z technologii pow staw ania struktury, opracowano m etodę suchego i mokrego stosow ania preparatów, w y ja ś­ niono znaczenie zm iany ciśnienia przy powstaw aniu agregatów, określono w arunki otrzym yw ania optym alnej porowatości i jednocześnie wodoodporności agregatów. N ajlepszym i preparatam i strukturotwórczym i okazały się ,,Separan” i „Vama”. Popraw ę struktury badanych gleb zauważono już przy dawkach 0,01 i 0,05°/o, a do­ brą strukturę otrzymano stosując dawkę 0,l°/o w stosunku do ciężaru gleby (tabl. 1, rys. 11). „Verdickung A N ” działa w ilości 0,2°/o. N ajsłabiej działały krajowe pre­ paraty poliakrylonit (który należy stosować w ilości 0,3—0,4ü/o) i klej torfow o-w ę- glow y (stosuje się w ilości 0,5— l°/o).

Okazało się, że Krilium działa rów nież w zależności od typu gleby i jej po­ ziomu genetycznego. Na przykład na glebę kasztanow ą w ystarczą m niejsze dawki niż na bielicow ą. W glebie darniow o-bielicow ej najłatw iej utrzymać strukturę w poziom ie próchniczno-akum ulacyjnym , a najtrudniej w eluw ialnym (A2). We w szystkich dośw iadczeniach stwierdzono, że strukturotwórcze w łaściw ości K rilium są o w iele silniejsze w przypadku utrwalania już istniejących agregatów niż tw o­ rzenia nowych (tabl. 1).

W doświadczeniach polow ych założonych z w ym ienionym i preparatam i zauw a­ żono poprawę struktury gleb i zw yżkę plonów stosując dawki lignino-siarczanów nie m niejsze niż 0,2%. W dalszych doświadczeniach powinno się zbadać, w jakim, stopniu na plony w pływ ają w łaściw ości strukturotwórcze preparatu, a w jakim stopniu działa on jako nawóz. D ośw iadczenia tego typu są obecnie przeprowadzane na różnych glebach.

Trzeba rozwiązać rów nież zagadnienie biologicznej odporności preparatów i re­ generacji struktury, otrzymanej pod w pływ em ich działania, a zniszczonej przez czynniki m echaniczne. Na podstaw ie literatury i naszych doświadczeń wiadom o, że w trzecim roku użytkow ania preparaty te zostają zniszczone przez m ikroorga­ nizmy. Z przeprowadzonych doświadczeń nad odnaw ianiem sztucznej struktury (tabl. 2) w ynika, że w miarę niszczenia i kolejnej regeneracji agregatów system a­ tycznie m aleje ich trwałość. Najdłużej zachowują zdolności strukturotwórcze pre­ paraty „Vama” i „Sepran” ; działają one jeszcze po trzecim i czwartym zniszczeniu struktury. Lignino-siarczany nie działają już po pierwszym zniszczeniu struktury.

Oddzielnym zagadnieniem jest zbyt w ysoka cena preparatów strukturotwór- czych, gdyż stosow anie ich jest obecnie nieekonom iczne. N iem niej w ydaje się celow e dalsze prowadzenie doświadczeń ze stosow aniem Krilium , tym bardziej że może on być pomocny w w alce z rozw iew aniem piasków , pyleniem się lotnisk, osuwaniem kanałów itp. Podkreślam y potrzebę przygotowania preparatów trw al­ szych i tańszych, preparatów, które mogą służyć jednocześnie jako nawóz i jako czynnik strukturotwórczy.