Деградация земель и продовольственная безопасность
Информационно-аналитическая система по продовольственной безопасности
Инновационные гель-формиирующие почвенные кондиционеры для оптимизации гидрологи-физических свойств и противопатогенной защиты почв
Российская инновационная разработка
Описание ситуации
Современное устойчивое и экологически чистое земледелие немыслимо без новых
технологий и материалов, применение которых позволяет достигать высоких урожаев
качественной сельскохозяйственной продукции при максимально эффективном
использовании дефицитных водных ресурсов и минимальном экологическом ущербе
окружающей среде.
Наиболее интересными разработками последних лет в данной области следует признать
технологии и материалы, совмещающие аккумуляцию влаги и элементов корневого
питания растений с закреплением и дозированным, постепенным выходом в раствор
макро- и микроэлементов, а также современных средств защиты растений (СЗР)
Такие «системы доставки» или «систем контролируемого высвобождения»
агрохимикатов и СЗР базируются на использовании, прежде всего, полимерных
материалов, реже их комбинаций с твердофазными носителями для закрепления в
корнеобитаемом слое почвы действующих веществ при их постепенном выходе в раствор
с последующим корневым поглощением или биоцидным эффектом
Чаще всего с этой целью используют природные биополимеры (например, полисахариды)
в которых основным контролирующим фактором является интенсивность их
биодеградации в почве
технологий и материалов, применение которых позволяет достигать высоких урожаев
качественной сельскохозяйственной продукции при максимально эффективном
использовании дефицитных водных ресурсов и минимальном экологическом ущербе
окружающей среде.
Наиболее интересными разработками последних лет в данной области следует признать
технологии и материалы, совмещающие аккумуляцию влаги и элементов корневого
питания растений с закреплением и дозированным, постепенным выходом в раствор
макро- и микроэлементов, а также современных средств защиты растений (СЗР)
Такие «системы доставки» или «систем контролируемого высвобождения»
агрохимикатов и СЗР базируются на использовании, прежде всего, полимерных
материалов, реже их комбинаций с твердофазными носителями для закрепления в
корнеобитаемом слое почвы действующих веществ при их постепенном выходе в раствор
с последующим корневым поглощением или биоцидным эффектом
Чаще всего с этой целью используют природные биополимеры (например, полисахариды)
в которых основным контролирующим фактором является интенсивность их
биодеградации в почве
Высокая биодеградация при относительно небольшом водопоглощении таких полимеров
не позволяет использовать их в качестве комбинированных почвенных кондиционеров,
сочетающих водоудерживание (экономию водных ресурсов) с эффектом контролируемого
высвобождения агрохимикатов и СЗР.
С этой целью в России были предложены и запатентованы инновационные
почвомодифицирующие материалы, образующие в почвах синтетические гелевые
структуры (СГС), на основе акриловых гидрогелей с гидрофильным и амфифильными
наполнителями полимерной матрицы природными биополимерами (биокалатитические
отходы, механоактивированный торф), микроэлементами и современными СЗР
(наночастицы, ионы серебра, синтетические пестициды)
В инновационной разработке удалось повысить устойчивость гелей к биодеградации, а
также к другим отрицательным факторам, влияющим на эффективность таких
кондиционеров в почвах – осмотическому стрессу (коллапсу) гелевых структур и
выщелачиванию поливными водами. В отличие от традиционно используемых СЗР для
борьбы с патогенами, включая распространенный в Центральноазиатском регионе
фитофтороз, гель-формирующие почвенные кондиционеры надежно фиксируют СЗР в
ризосфере, предохраняя их от выноса в грунтовые воды то есть являются экологически
безопасными агентами для современного поливного земледелия.
не позволяет использовать их в качестве комбинированных почвенных кондиционеров,
сочетающих водоудерживание (экономию водных ресурсов) с эффектом контролируемого
высвобождения агрохимикатов и СЗР.
С этой целью в России были предложены и запатентованы инновационные
почвомодифицирующие материалы, образующие в почвах синтетические гелевые
структуры (СГС), на основе акриловых гидрогелей с гидрофильным и амфифильными
наполнителями полимерной матрицы природными биополимерами (биокалатитические
отходы, механоактивированный торф), микроэлементами и современными СЗР
(наночастицы, ионы серебра, синтетические пестициды)
В инновационной разработке удалось повысить устойчивость гелей к биодеградации, а
также к другим отрицательным факторам, влияющим на эффективность таких
кондиционеров в почвах – осмотическому стрессу (коллапсу) гелевых структур и
выщелачиванию поливными водами. В отличие от традиционно используемых СЗР для
борьбы с патогенами, включая распространенный в Центральноазиатском регионе
фитофтороз, гель-формирующие почвенные кондиционеры надежно фиксируют СЗР в
ризосфере, предохраняя их от выноса в грунтовые воды то есть являются экологически
безопасными агентами для современного поливного земледелия.
Задачи и цели проекта (ЭКСПЕРИМЕНТА) Аграрного Центра
Целью эксперимента, который проводят специальсты Аграрного центра МГУ -
тестирования инновационных материалов в форме СГС для поливного земледелия в
аридных условиях Узбекистана на примере выращивания картофеля, как
определяющей культуры для стратегии продовольственной безопасности региона.
тестирования инновационных материалов в форме СГС для поливного земледелия в
аридных условиях Узбекистана на примере выращивания картофеля, как
определяющей культуры для стратегии продовольственной безопасности региона.
Экспериметальные препараты, которые исследовались
Новые почвенные кондиционеры в виде экспериментальных партий, произведенных в г.
Перми на ООО «Уральский химический завод» по патентованным в России технологиям
[133, 138-140] (бренд «Aquapastus») были представлены композитными СГС, в
полимерные матрицы которых вводились амфифильные органические компоненты,
микроэлементы и СЗР. В состав базового гидрофильного прототипа «Aquapastus»-11
(далее – в сокращении А11) входили акриловые сополимеры (соли акриловой кислоты,
акриламид), гидрофильные биокаталитические отходы производства акриламида (клетки
микроорганизмов и их агломераты с фильтроперлитом), а в отдельных вариантах – гуматы
калия, натрия (до 8% масс.), ионное серебро (0,1-1% масс.) в форме нитрата и
синтетический фунгицид Азоксистробин (Az) в качестве СЗР. Амфифильные СГС
«Aquapastus»-22 (далее – A22 и A22Ag) включали в полимерной матрице, наряду с
сополимерами акрилата натрия и акриламида, диспергированный торф (10-23% масс.),
ионное серебро (0,1-1% масс.) и синтетический азокстистробиновый фунгицид Квадрис
(Qv).
Перми на ООО «Уральский химический завод» по патентованным в России технологиям
[133, 138-140] (бренд «Aquapastus») были представлены композитными СГС, в
полимерные матрицы которых вводились амфифильные органические компоненты,
микроэлементы и СЗР. В состав базового гидрофильного прототипа «Aquapastus»-11
(далее – в сокращении А11) входили акриловые сополимеры (соли акриловой кислоты,
акриламид), гидрофильные биокаталитические отходы производства акриламида (клетки
микроорганизмов и их агломераты с фильтроперлитом), а в отдельных вариантах – гуматы
калия, натрия (до 8% масс.), ионное серебро (0,1-1% масс.) в форме нитрата и
синтетический фунгицид Азоксистробин (Az) в качестве СЗР. Амфифильные СГС
«Aquapastus»-22 (далее – A22 и A22Ag) включали в полимерной матрице, наряду с
сополимерами акрилата натрия и акриламида, диспергированный торф (10-23% масс.),
ионное серебро (0,1-1% масс.) и синтетический азокстистробиновый фунгицид Квадрис
(Qv).
Задачи исследования:
а) лабораторный термодинамический анализ и моделирование водоудерживающей
способности новых материалов в связи с включением в их состав амфифильных
наполнителей и осмотически-активных компонентов;
б) полевые испытания эффективности новых комплексных почвенных кондиционеров для
оптимизации водоудерживающей способности, структуры почв, защиты ризосферы и
подземной сельскохозяйственной продукции от патогенных микроорганизмов в условиях
гумидного и аридного климата с использованием разных типов орошения при
выращивании картофеля.
способности новых материалов в связи с включением в их состав амфифильных
наполнителей и осмотически-активных компонентов;
б) полевые испытания эффективности новых комплексных почвенных кондиционеров для
оптимизации водоудерживающей способности, структуры почв, защиты ризосферы и
подземной сельскохозяйственной продукции от патогенных микроорганизмов в условиях
гумидного и аридного климата с использованием разных типов орошения при
выращивании картофеля.
Высокая биодеградация при относительно небольшом водопоглощении таких полимеров
не позволяет использовать их в качестве комбинированных почвенных кондиционеров,
сочетающих водоудерживание (экономию водных ресурсов) с эффектом контролируемого
высвобождения агрохимикатов и СЗР
не позволяет использовать их в качестве комбинированных почвенных кондиционеров,
сочетающих водоудерживание (экономию водных ресурсов) с эффектом контролируемого
высвобождения агрохимикатов и СЗР
ВЫВОДЫ:
Полевые испытания эффективности новых материалов с гелевыми структурами на
примере картофелеводства в разных почвенно-биоклиматических условиях впервые
подтвердили возможность значимого (до 10-30%) повышения урожайности разных сортов
на фоне 1,3-2-кратной экономии дефицитных для аридной зоны водных ресурсов, а также
надежной защиты ризосферы и клубней нового урожая от основных патогенных
заболеваний картофеля, включая фитофтороз (Phytophthora infestans).
Было доказано, что инновационные почвенные кондиционеры комплексного действия в
виде синтетических акриловых гидрогелей с наполнением полимерной матрицы
амфифильными агентами и биоцидами являются эффективным средством оптимизации
водоудерживающей способности, структурного состояния и агрегированности почвы,
наряду с защитой ризосферы от патогенных организмов.
Их главное преимущество заключается в высокой эффективности при малых
концентрациях (0,1-0,3%), которые в десятки раз меньше рабочих доз обычно
используемых в земледелии органических и органоминеральных удобрений и
почвомодификаторов.
Синтетические гелевые структуры фиксируют средства защиты растений в почве,
защищая их от вымывания и выноса в сопредельные среды, что позволяет рекомендовать
эти эффективные носители с комплексным водопоглощающим, структурообразующим и
почвозащитным эффектом для современных высокотехнологичных экологичных систем
поливного аридного земледелия.
примере картофелеводства в разных почвенно-биоклиматических условиях впервые
подтвердили возможность значимого (до 10-30%) повышения урожайности разных сортов
на фоне 1,3-2-кратной экономии дефицитных для аридной зоны водных ресурсов, а также
надежной защиты ризосферы и клубней нового урожая от основных патогенных
заболеваний картофеля, включая фитофтороз (Phytophthora infestans).
Было доказано, что инновационные почвенные кондиционеры комплексного действия в
виде синтетических акриловых гидрогелей с наполнением полимерной матрицы
амфифильными агентами и биоцидами являются эффективным средством оптимизации
водоудерживающей способности, структурного состояния и агрегированности почвы,
наряду с защитой ризосферы от патогенных организмов.
Их главное преимущество заключается в высокой эффективности при малых
концентрациях (0,1-0,3%), которые в десятки раз меньше рабочих доз обычно
используемых в земледелии органических и органоминеральных удобрений и
почвомодификаторов.
Синтетические гелевые структуры фиксируют средства защиты растений в почве,
защищая их от вымывания и выноса в сопредельные среды, что позволяет рекомендовать
эти эффективные носители с комплексным водопоглощающим, структурообразующим и
почвозащитным эффектом для современных высокотехнологичных экологичных систем
поливного аридного земледелия.
НЕОБХОДИМЫ ДАЛЬНЕЙШИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ!
В условиях аридного поливного земледелия усиливаются почвенно-экологические факторы, ограничивающие функциональность гель-формирующих материалов (интенсивность биодеградации, осмотический стресс от засоления почвы и использования минерализованных поливных вод), что ставит задачу получения более устойчивых почвенных кондиционеров применительно к таким условиям.
Данное направление, требующее объединенных усилий различных специалистов от химиков-технологов, почвенных физиков, биологов и экологов до агрономов и агроландшафтных дизайнеров, можно считать одним из наиболее технологичных инновационных приоритетов, соответствующих мировым тенденциям развития устойчивого поливного земледелия в связи со стратегическими задачами по обеспечению продовольственной безопасности в Евразийском регионе.
Данное направление, требующее объединенных усилий различных специалистов от химиков-технологов, почвенных физиков, биологов и экологов до агрономов и агроландшафтных дизайнеров, можно считать одним из наиболее технологичных инновационных приоритетов, соответствующих мировым тенденциям развития устойчивого поливного земледелия в связи со стратегическими задачами по обеспечению продовольственной безопасности в Евразийском регионе.
