Оптимальная и критическая концентрации раствора гумата

Дано теоретическое обоснование и практическое подтверждение оптимальной концентрации раствора гумата. Проведен анализ возможных диапазонов концентрации гумата при различных способах его применения.

К числу факторов, определяющих уровень эффективности гуматов, необходимо отнести содержание и качественные характеристики биологически активных веществ, концентрацию рабочих растворов и дозу, состояние почвы, температуру, влажность и т.д. Однако при прочих равных условиях эффективность гуматов определяется двумя факторами – концентрацией в растворе и дозой. Концентрация гумата в растворе измеряется в мг/л или в %, а доза – в кг/га, г/м2 поверхности или в кг/м3 объема деятельного слоя почвы.. Оба эти фактора находятся в прямой зависимости от способа применения: предпосевного замачивания семян, фолиарной (некорневой) подкормки растений водными растворами или внесения гумата непосредственно в почву. Каждый из этих способов требует различных оптимальных концентраций и доз.

Интервал оптимальной области изменения факторов, в которой положительное действие гуматов проявляется наиболее сильно, может быть не очень широким. Поэтому иногда его необходимо устанавливать экспериментально, проводя серию контрольных опытов с достаточно малым шагом. Для уверенного воспроизведения найденного оптимума надо применять гуминовые препараты с более высокой стабильностью свойств, чем существовавшие ранее.

Сотрудники «АгроБио» опытным путем пришли к тому, что наибольшую биологическую активность при некорневой подкормке проявляет водный раствор с концентрацией гумата 0,005 –0.009 % по ДВ. В дальнейших исследованиях многих ученых и агрономов применялись растворы именно такой концентрации.

Методом биотестирования на колеоптилях кукурузы при использовании дистиллированной воды получен оптимум стимулирующего эффекта гумата в интервале концентраций 0.004 – 0.01 %.

Эти данные полностью совпадают с выводами С.Н.Чукова, который установил концентрационный максимум в интервале 0.005 – 0.012%.

В работе Е.И. Ермакова приводится значение концентрационного оптимума для однодольных растений 0.001%, а для двудольных (огурец, подсолнечник) 0.01 %.

Приведены данные полевого опыта по выращиванию моркови, где также наблюдается четко выраженный максимум в интервале концентраций гумата 0.006 – 0.009 % (рис.8). Следует отметить, что эти данные получены в Иркутске с использованием очень мягкой Ангарской воды. В жесткой воде часть молекул гуминовых соединений сразу окажется связанной находящимися в ней катионами кальция, магния и железа, и потребуется другая, более высокая концентрация.

Рис. 8 Зависимость прироста урожая моркови от концентрации раствора гумата (г. Иркутск, 1996 г)

Некоторый сдвиг максимума у различных исследователей объясняется методическими погрешностями, наличием химически активных примесей в обычной воде, используемой для приготовления сильно разбавленных растворов гумата, или другими факторами, но вид зависимости совпадает.

Общее у всех этих зависимостей – это всплеск активности гумата в оптимуме и наличие интервала концентрации в окрестности оптимума, в котором влияние гумата проявляется наиболее сильно. Точное расположение максимума зависит от условий и сложности эксперимента и, в частности, от жесткости воды, но во всех случаях для фолиарной обработки растений мы должны использовать сильно разбавленные растворы.

Сопоставление опытных данных с физической моделью проникновения растворов в лист растения при поверхностной обработке показало, что оптимум концентрации рабочего раствора 0.005 – 0.01% каким – то образом связан с проникающей способностью раствора гумата в листья и отчасти с оптимальной концентрацией гумата в межклеточной плазме и внутри клеток, равной 0.0002 – 0.005% (см. ниже в разделе 1.5).

Рассмотрим схему фолиарной обработки растения, при которой на лист растения путем распыления наносится пленка раствора гумата калия. Раствор, с одной стороны, впитывается листом, а с другой, из него испаряется вода. Поскольку испарение воды из пленки чаще всего идет быстрее впитывания, то при высокой начальной концентрации гумата может наступить момент, когда она за счет испарения достигнет такой величины, что начнется агрегация молекул и они потеряют способность проникать в лист. Таким образом, оптимум концентрации раствора гумата калия связан со степенью проникновения раствора в лист растения и скоростью испарения воды из пленки раствора и оптимальной концентрацией гумата в объеме растения. Однако вопрос о локальной концентрации раствора гумата на поверхности растений остается открытым. Нанесение раствора опрыскиванием может приводить к его локализации в радиусе капель, попавших на листья и надземную часть. Предполагается, что в дальнейшем молекулы гумата из микрозон капель проникают вглубь листьев и стеблей и равномерно распределяются по всей зеленой массе и корневой системе. Этот механизм, как и технологии улучшения параметров опрыскивания, еще предстоит изучить более глубоко. Механизм проникновения молекулы гумата с поверхности листа вглубь его также нуждается в уточнении.

В литературных источниках и докладах на конференциях и семинарах встречаются и другие рекомендации по установленным опытным путем оптимальным концентрациям растворов гумата натрия для фолиарной обработки, равным 0.001, 0.01, 0.02, 0.03, 0.05, 0.1%, а иногда и выше. К сожалению, мы не можем определить причины изменения концентраций раствора до указанных нижних и верхних границ, хотя и не исключаем, что они могут быть обоснованы какими-то дополнительными факторами, в том числе и наличием нескольких оптимумов.

Нижний практический допустимый предел концентрации (0.005%) определяется как экономическими соображениями, связанными с избыточным расходом воды для обеспечения оптимальной дозы, так и допустимой физической границей, зависящей от жесткости воды. Если раствор гумата, как показано выше, имеет достаточно высокую концентрацию, то жескость воды не оказывает влияния на его агрегативную устойчивость, так как молекулы гуматов кальция, магния и других металлов находятся в окружении молекул гумата, которые защищают их от выпадения в осадок. В коллоидной химии это весьма распространенное явление называется «коллоидной защитой». При разбавлении раствора с применением жесткой воды мы, с одной стороны, увеличиваем содержание ионов кальция и других металлов, а, другой стороны, снижаем концентрацию защищающих ионов. Вследствие этого при определенной концентрации раствора гумата, соответствующей определенной жесткости воды, наблюдается осаждение гуматов щелочноземельных металлов. Поэтому нижняя граница концентрации рабочего раствора гумата не должна быть ниже уровня, определяемого жесткостью воды. Изучение растворов Энергена в жесткой воде (г. Сергиев Посад Московской области) показало , что при концентрации раствора 0.005% осадок гуматов кальция и магния выпадает практически мгновенно, при концентрации 0.01 % осадок выпадает в течение нескольких минут, при концентрации 0.05 % - в течение получаса, но концентрация 0.08 % позволяет получить устойчивый раствор.

Если говорить о предельной верхней границе рабочего раствора для некорневой обработки, то ее значение определяется как растворимостью гумата с учетом жесткости воды, так и способностью проникновения гумата через поверхность листьев, которая уменьшается с ростом концентрации, и дозой, поступившей в объем листа, определяющей биологическую эффективность. Как уже говорилось, при избыточной дозе вместо стимуляции можно получить подавление развития растения. Эта граница во многом зависит от условий обработки растений и ее значение находится в пределах 0.01 – 0.08 %.

Опытным путем наши сотрудники также установили оптимальную концентрацию и расход раствора гумата не только для фолиарной обработки, но и для замачивания семян.

Например, для замачивания семян кукурузы она рекомендовала повышенную концентрацию раствора 0.1%, чтобы компенсировать низкую продолжительность (48 часов) контакта семян с гуматом. Американский агроном, известный специалист в области применения гуминовых препаратов Роберт Фауст также рекомендует использовать 0.1 % раствор, но только для крупных семян: кукуруза, огурцы, бобы. Для более мелких семян, например, томатов он рекомендует 0.5 %-ный раствор с временем замачивания 72 часа, либо 2%-ный раствор с временем замачивания 30 минут. Теоретическое обоснование того, что оптимальная концентрация раствора гумата для замачивания семян должна на порядок превышать концентрацию раствора для некорневой обработки растений, по-видимому, заключается в необходимости интенсификации кратковременного процесса проникновения гумата натрия через поверхностный слой семени. Для установления детального механизма активизации семян нужны дополнительные исследования. В этом случае такой фактор, как доза, учитывается косвенно через обеспечение полного смачивания семян раствором определенной концентрации на определенное время.

В ряде случаев технология опрыскивания семян и клубней предпочтительнее технологии замачивания. Оптимальная концентрация раствора при этом будет выше, а дозы ниже. Это объясняется разным механизмом проникновения гумата вглубь посадочного материала. При замачивании процесс идет интенсивнее, но он прекращается почти сразу после вынимания посадочного материала из раствора. Технология опрыскивания рассчитана на то, что гумат из гуматной оболочки будет продолжать проникать в посадочный материал под действием почвенной влаги и после посадки в землю.

Известно, что молекулы гуминовой кислоты связаны силами межмолекулярного взаимодействия в агрегаты со средней молекулярной массой до 100000 Д и размером «клубка» около 150 Ангстрем. Можно предположить, что по мере уменьшения концентрации раствора агрегаты постепенно распадаются на более мелкие образования вплоть до отдельных молекул, а затем в результате гидратации при концентрации 0.005 – 0.009% происходит образование новой структуры, которая существенно облегчает их проникновение в листья, стебли и корни растения. Возможно, что в почве в естественных условиях также происходит потребление растениями гидратированных молекул гуминовых веществ при оптимальных концентрациях раствора.