Криотропные термочувствительные полимеры (далее КТП– полимеры) растительного, минерального, синтетического и комбинированного происхождения, широко применяются в различных отраслях промышленности: нефтедобывающая (укрепление скважин и грунтов, незамерзающие термо-смазки), строительстве (укрепление теплоизоляция фундаментов), медицине (лекарственные средства, заменители плазмы крови), пищевая (влагоудерживающие добавки регулирующие состав и свойства воды в продуктах).
Давно замечено - многие теплолюбивые растения способны перенести низкие температуры, но не все могут пережить зимнюю засуху, которая длится по мере промерзания почвы до 4-5 месяцев. Давно подмечено, что если снег ложится на теплую землю, да ещё и сугробами, даже самые низкие температуры, растения перенесут намного легче. Самое опасное сочетание зимних негативных факторов - мороз, бесснежная зима и активное солнце.
За последнее десятилетие немногочисленные публикации по КТП – полимерам, (рекомендуемые для использования в растениеводстве), прошли как-то незамеченными. Я считаю, что была упущена очень важная деталь уникальных свойств криотропных гелей:
«При внесении в почву поливом, они не просто борются с последствиями, а устраняют причину зимней физиологической засухи – промерзание грунта и создают условия влажной не замерзающей почвы в корневой зоне, в зимний период, то есть работают весь календарный год».
КТП –полимеры для растений можно отнести к группе регуляторов роста и развития растений, ПАВ, модификаторов, смачивателей, улучшителей почвы: все виды гидрогелей, корректоров почвы, ПАВ типа «Торел» (композиция высших жирных кислот), «Атлантис», «Трансформер», «Липосам», «Свит» (окисленные эфиры гликозидов крахмала в составе композиций), по защитному результату можно отнести к комбинированным композициям контактного действия из антитранспирантов, рефлектроров и ПАВ типа «Ультрафиолетовый зонтик», «Белый жемчуг», «Тенечек», «Пуршейд» и «Пуршат».
В отличие от вышеперечисленных препаратов, КТП –полимеры не требуют повторных применений и не деградируют при отрицательных температурах. Вносятся с поливом один раз и сохраняются в корневой зоне на протяжении длительного времени (до 15 и более лет), медленно распадаясь под воздействием почвенных бактерий класса псевдомонады.
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ
КТП –полимеры для растений - это вязкий водный раствор органического полимера, растительного, минерального, синтетического или комбинированного происхождения. Он связывает частички почвы и воды в полимерные структуры. Полимер при положительных температурах находится в состоянии текучих, удерживающих воду субстанций (гелей).
После циклических процессов замораживания-оттаивания переходит в фазу студней - упругую массу с низкой теплопроводностью и хорошей адгезией к породе, которые способны исключить промерзание почвы и сохранить воду в доступном для растения виде, при отрицательных температурах зимнего периода. Это позволяет беспрепятственно протекать всем физиологическим процессам в растении в летний период почвенной засухи и зимний период физиологической засухи:
- В период летней засухи, раствор полимера удерживает влагу, в смеси с почвой до 25-30 дней.
- В период зимней физиологической засухи полимерные структуры – студни, создают в корневой зоне, локально, эффект термоса (теплоизоляция).
При полной своей безопасности (в составе пищевые добавки), КТП –полимеры, в зависимости от изменения температуры окружающей среды меняют свои свойства и свойства составов, в которые их ввели.
В растениеводстве, при внесении в почву с поливом (в том числе капельным), меняют механические, физические свойства и коэффициент теплопроводности почвы, регулируя водный баланс, не давая высыхать летом и замерзать зимой, сохраняя воду в доступном для растения виде и в летний, и в зимний периоды развития растений. Что важно для хвойных, вечнозеленых, теплолюбивых культур, при этом никак не влияют на растения и почвенную микрофлору, не ограничивая рост корневой системы.
КТП полимеры регулируют водный баланс, на тяжелых почвах улучшают смачиваемость и проникновение в глубокие слои почвы, предотвращая застой воды на поверхности; на песчаных почвах связывают воду, устраняя протекание. При насыщении почвы, лишняя вода не впитывается полимером, а просто стекает с поверхности почвы. Предотвращают все виды эрозии почв: ветровая, водная, плоскостная и линейная. Существенно снижают негативное влияние засоленности почв на рост и развитие растений.
При выращивании растений мы используем целый комплекс мероприятий, снижающий негативное воздействие низких температур:
- влагозарядный полив, для снижения теплопроводности почвы,
- подкормки фосфорно-калийными удобрениями, для подготовки растений к зиме,
- адаптогены-полимеры на основе окисленных эфиров гликозидов крахмала (полисахариды и олисахариды, аминокислоты)
- утепляем приствольный круг сосновой корой, чтобы снизить промерзание почвы.
- используем укрывные материалы и притеняющие сетки, солнцезащитные препараты с антитранспирантами, для снижения потери растениями воды.
Многие теплолюбивые растения способны выдерживать низкие отрицательные температуры, а вот перенести физиологическую засуху, которая длится до 4-5 месяцев, в зависимости от региона, не могут. Это хорошо видно на вечнозеленых хвойных растениях и практически не заметно на листопадных растениях, а ведь высыхание молодого прироста, почек - это те же повреждения от физиологической засухи – зимнее обезвоживание, в следствии воздействия низких температур!
Вспомните, как ветер и низкие температуры сушат постиранное белье, - вроде замерзшее, но почти сухое. Так и с растениями. Со мной многие могут не согласиться, но больший вред растениям наносят не низкие температуры, а именно невосполнимая потеря влаги, провоцирующая дисбаланс (крона испаряет влагу зимой, а корни не способны восполнить потери).
В группе риска – сеянцы растений, саженцы (особенно импортируемые), выращенные в ограниченном пространстве корневого контейнера, с торфяным субстратом. У них вся корневая система саженца оказывается в зоне промерзания (высыхания) почвы.
«Я всегда считал и настаиваю: вечнозеленым хвойным растениям сортовым хвойным (сосны, пихты, можжевельники) не страшны морозы, если почва в корневой зоне не промерзает зимой и остается влажной!»*- не относится к субтропическим хвойным растениям.
Потери влаги из кроны и хвои компенсируются просто капиллярным способом подъёма воды, и нужно учитывать, что:
- у хвойных по сосудам течет не вода, а терпентиновая смола с минеральными веществами и сахарами, которая просто стекленеет на морозе и снова оттаивает (вспомните - в озеленении не рекомендуют пересаживать сосны при температуре ниже -25 ⁰С, так как веточки слишком хрупкие).
- в сосудах лиственных течет смесь сахаров, полисахаридов минеральных веществ (проще говоря - незамерзайка), а не просто вода, которая может замерзнуть в ветвях зимой.
-декоративные растения, при подготовке к зимнему периоду низких температур, накапливают в клетках и тканях комплекс моно- ди- поли-олисахаридов и аминокислот, (увеличение концентрации клеточного сока предотвращает образование кристаллов льда)
В период положительных температур, КТП работают подобно гидрогелям, находятся в почве в виде текучих влагоудерживающих субстанций, накапливая воду, при необходимости отдавая ее. В период отрицательных температур полимеры переходят в состояние студней, удерживая воду в доступном для растений виде, при отрицательных температурах зимнего периода. Летнюю почвенную засуху можно устранить обильным поливом (или сэкономить на поливе), а зимняя засуха может длиться до 5 месяцев, в зависимости от региона.
Теплоизоляция и влагоудерживающий эффект, особенно в зонах рискованного земледелия резко континентального климата средней полосы, очень важны для зимовки теплолюбивых плодовых, декоративных и вечнозеленых растений!
Повышая или понижая концентрацию вносимого раствора КТП полимеров, можно полностью исключить промерзание почвы, либо, при снижении концентрации, сократить период зимней физиологической засухи.
ИССЛЕДОВАНИЯ
Большой вклад в изучение использования криотропных термочувствителных полимеров-криогелей в растениеводстве внесли экспериментальные исследования воздействия на растения путем изменения свойств почвы, проведенные 2010-18 годах в исследовательских лабораториях Томского института нефти и газа Сибирского отделения РАН.
Положительный эффект достигнут по посадкам растений (не свойственные местной флоре), их приживаемости и развития в условиях крайнего севера (Салехард, Лабытнанги, Ноябрьске) в условиях вечной мерзлоты, устройства газонов на песчаных грунтах, откосах (томский академгородок) подверженных сильной водной эрозии, ветровой эрозии (Хакасия).
В результате исследования ветровая эрозия полностью остановлена, крутые откосы покрываются равномерным травяным покровом. Посадки саженцев на вечной мерзлоте прижились. Положительные результаты получены на посадках саженцев Ели сибирской, устройства травяного покрова из клевера в каменистых пустынях Гоби в Монголии:
- за три года деревья на трех участках выросли до метра, а посаженные в тот же период, но без применения полимеров, саженцы елей погибли.
- на участке в пустыне Гоби на голом песке с применением КТП вырос клевер, за три года образовался устойчивый травяной покров.
Успешно проведены эксперименты по выращиванию сеянцев сосны корейской в почвенных матах. Почвосмесь готовили с внесением полимера, формировали брикеты в ячейках или маты в формах толщиной до 10 см с посевом семян сосны, с последующим замораживанием/оттаиванием. Растения выращивали на площадках доращивания, в дальнейшем маты разрезались на порционные куски с саженцем.
Составом КТП полимеров и крахмала (декстран) проводили предпосевную обработку семян овса и фасоли, методом замачивания и высушивания. Исследования по воздействию композиций на основе термочувствительных полимеров проводились в лаборатории химии растений и биологически активных соединений СКГУ им. М.Козыбаева, полевые опыты на агробиостанции СКГУ. Результат – увеличение полевой всхожести, густоты стояния, увеличение размера колоса, выросли показатели клейковины в зерне, содержание сырого протеина, клетчатки, увеличение урожайности на 25%. Повышение урожайности фасоли составило до 35% от контроля.
Положительное влияние выявлено при использовании композиции КТП полимеров на основе хитозана, карагинана и соединений меди при выращивании томатов на засоленных почвах - увеличивается устойчивость растений к засолению почв и повышается урожайность. Так же термочувствительные полимеры в концентрации 1-10% в смеси с декстраном, ПЭГ и окисленными эфирами гликозидов крахмала (ди-полисахариды, олисахариды) используют как антитранспирант для защиты черенков, кроны растений от иссушения при хранении зимой, от негативного воздействия низких температур, а так же для защиты от весенних заморозков до -5 ⁰С.
В настоящее время КТП полимеры можно найти в продаже или заказать двух видов: «Криогель–Р» готовый рабочий раствор криотропного термочувствительного полимера минерального происхождения, Томского института нефти и газа СО РАН Сиб. Отделения и «Мистулин - Корневой гель » концентрат (криотропный термочувствительный полимер с аналогичными свойствами растительного комбинированного происхождения, американского производства). Оба полимера имеют в составе только полимеры класса пищевые добавки.
ЛИЧНЫЙ ОПЫТ
В 2020 году в питомнике «ООО Зеленая волна» применяли КТП полимеры «Криогель-Р» и «Мистулин - корневой гель». «Криогель-Р» поставляется готовым к применению рабочим раствором, «Мистулин - Корневой гель» - концентрат, для приготовления рабочего раствора разводили так же, как ПАВ «Липосам», 1:1 кипятком, с доведением до 5-10-12 литров рабочего раствора, в зависимости от цели применения. Применяли для сохранения кома при летней пересадке из контейнеров, защите ЗКС от летней почвенной засухи, добиваясь снижения затрат на полив и работы по уходу, снижения потерь саженцев ОКС при зимнем хранении, пересадках и доращивании.
Осеннюю обработку ОКС проводили при закладке на хранение: обрабатывали раствором с добавлением торфа, обмакивали корневую систему, опрыскивали крону саженцев раствором полимера и закладывали на хранение в холодный подвал. Дополнительного увлажнения во время хранения не требовалось, замечено отсутствие плесени и грибных патогенов на поверхности корневой системы и стволов саженцев при повышенной влажности в хранилище.
В марте высаживали саженцы привитых плодовых культур с ОКС в торфяную смесь в контейнеры 2 и 5 литров, с равномерным поливом раствором Криогеля-Р (1:5) и Мистулина (1:10). Контейнеры вывозили на площадку открытого грунта и подмораживали (март-апрель перепады температур). На поверхности почвы в контейнерах в апреле была заметна упругая корочка. При жаркой погоде в мае контейнеры оставались влажными, первый полив после посадки саженцев в марте проводили в третьей декаде мая. Контейнеры с полимером оставались влажными более 30 дней. При высадке контейнерных растений в открытый грунт почва остается на корневой системе саженца в виде сформированного кома по объему контейнера.
Поливали гряды с сеянцами хвойных и декоративных культур раствором с комплексными жидкими удобрениями. Прорастание и развитие было более равномерным. После зимы на посевах хвойных отсутствовало зимнее иссушение хвои, сеянцы лучше перенесли низкие отрицательные температуры, отсутствовали повреждения хвои в виде ожогов, отсутствовало и выжимание (выдавливание) сеянцев весной на грядах с суглинистой, тяжелой почвой.
Полимеры Криогель-Р и Мистулин справились с задачей сохранения корневой системы ОКС при хранении, защите от летней почвенной засухи и критических температур контейнерных растений. Хватает одного полива в месяц, совмещенного с подкормкой жидкими удобрениями. В настоящее время производится полив в посадочную лунку грунтовых растений при высадке в маточник контейнерных растений (орех грецкий, сосны, пихты, тис остроконечный).
По осени проведем опрыскивание кроны саженцев с низкой зимостойкостью раствором Мистулина с добавлением окисленных гликозидов крахмала для защиты молодых приростов, почек от экстремальных низких температур. Запланирована пересадка саженцев сосны черной (50 см) с ОКС с внесением полимера при посадке в школу доращивания и формирования.