ПЕРСПЕКТИВНАЯ ТЕХНОЛОГИЯ ЛЕСОВОССТАНОВИТЕЛЬНОГО ПРОИЗВОДСТВА НА ОСНОВЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ КОМПОЗИЦИОННЫХ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Копытков В.В. (ИММС НАН Б, г. Гомель, Беларусь)
The effect of polymer composites on physiological parameters of conifer seedling was studied and a reforestation technique involving application of composites and specific additives was developed.
В настоящее время посадочный материал различных древесно- кустарниковых растений выращивают в базисных питомниках. Доставка их от питомника до места посадки на лесокультурную площадь может занимать длительное время. Во время транспортировки и хранения посадочного материала происходит иссушение корневых систем и растения теряют первоначальное физиологическое состояние. Поэтому на первый план ставится задача доставки различных древесно-кустарниковых растений с неиссушенной корневой системой. Это позволит сохранить первоначальное физиологическое состояние растений и соответственно повысить приживаемость лесных культур.
Для обработки корневых систем растений во многих странах мира применяются различные материалы. Эти материалы имеют различные химические структуры и обладают своими специфическими свойствами. По происхождению их можно разделить на два класса: природные и синтетические. Природные композиционные составы являются, как правило, физическими гелями и имеют ряд особенностей. Цепи их молекул состоят из сильнополярных звеньев, физическое взаимодействие между которыми обеспечивает гелеообразование в растворе при определенных внешних условиях.
Синтетические полимерные композиции являются химически сшитыми. Применение таких композиционных полимерных материалов на различных, и особенно на бедных песчаных и супесчаных почвах, получило большое распространение. Такие композиционные материалы могут впитывать более 1000 грамм жидкости на грамм полимера и расходовать ее по мере высыхания почвы. Созданы композиционные материалы с адсорбционной способностью до 600 г. жидкости/г. полимера, которые можно применять для регулирования содержания влаги в корнеобитаемом слое почвы.
Полимерные композиции, применяемые для нанесения покрытий на поверхность корневых систем растений предназначены не только для обеспечения водного режима, но и для увеличения усилия на разрыв корневой системы. Средняя велечина напряжения на разрыв корневых систем различных древесно-кустарниковых растений в зависимости от их диаметра находится в пределах от 9.07 до 33.75 МПа. Причем наибольшие напряжения на разрыв имеют корни меньшего диаметра, которые более эластичны, чем одревеснелые корни большего диаметра. Поэтому для Белоруссии, так же как и для европейской части Российской федерации, с их умеренным климатом на первый план ставится задача создания полимерных композиций, которые способны сводить к минимуму травмирование корневых систем во время посадки и в то же время защищать ее от иссушения во время транспортировки до места посадки леса и при длительном хранении.
Одним из путей достижения данной задачи является создание защитной оболочки (пленочного покрытия) вокруг корневых систем растений.
Для этого нами были созданы и исследованы различные полимерные композиции, которые способны образовывать долгорастворимую, биоразлагаемую и водоудерживающую полимерную пленку с хорошей адгезией к корневым системам растений. Применение композиционных составов ведет к сохранению первоначальных физиологических свойств растений и повышению приживаемости посадочного материала на лесокультурной площади.
В качестве основных компонентов при создании полимерных композиций нами были взяты нетоксичные, легкодоступные и недорогие материалы: натриевая соль карбоксиметилцеллюлозы марки 85/600 и полиакриламид технический. Для уменьшения внутреннего напряжения и увеличения адгезии к корневым системам растений вводили пластификаторы и целевые добавки. Для защиты от инфекционных воздействий и неблагоприятных факторов окружающей среды были введены специальные добавки.
Растворимость и водопоглащающую способность композиционных полимерных составов определяли объемным и весовым методами. При объемном методе измерения в градуированный сосуд наливали определенное количество дистиллированной воды и помещали туда исследуемую пленочную композицию. Объем поглощенной жидкости определяли по изменению объема в сосуде. При весовом методе пленочную композицию погружали в дистиллированную воду и через равные промежутки времени взвешивали на аналитических весах.
С целью увеличения адсорбционной способности и сохранении биоразлагаемости покрытия производили сшивание композиции термическим методом. С увеличением количества поперечных химических связей увеличивается и вязкость раствора. При определенном значении это может приводить к травмированию корневой системы, при погружении ее в композицию. Нами определена оптимальная температура получения состава, которая позволяет повысить водостойкость покрытий без существенного увеличения вязкости состава.
Для определения механических свойств пленочных покрытий использовали разрывную машину Р-20 со скоростью растяжения 50 мм/мин. Значения напряжения в корневых систем посадочного материала при разрыве определяли по следующей формуле:
; [1]
где Fрр - нагрузка, при которой образец разрушился, Н;
А0-начальное поперечное сечение образца, мм2.
Значения относительного удлинения корневых систем растений при разрыве определяли по следующей формуле:
; [2]
где Δlор - изменение расчетной длины образца в момент разрыва, мм;
l0 - начальная расчетная длина образца.
В результате экспериментов установлено, что введение пластификаторов, а также различного рода целевых добавок в композиционные полимерные составы ведет к уменьшению напряжения при разрыве корневых систем растений. При этом наблюдается увеличение относительного удлинения корней, что связано с уменьшением внутренних напряжений в полимерных покрытиях (за счет уменьшения растрескивания, коробления).
Апробированные композиционные полимерные составы в значительной степени способствуют увеличению прочностных показателей корневых систем растений. Наибольшее разрывное усилие зафиксировано в варианте с обработкой корневых систем на основе композиционных полимерных составов.
В зависимости от диаметра корней напряжения при разрыве на данном варианте опыта по сравнению с контролем больше на 35-40%. Прочностные показатели сеянцев, обработанных торфо-глинистой смесью, практически мало чем отличаются от необработанных.
Обработка композиционными полимерными составами корневых систем сеянцев позволяет не только предотвратить иссушение , повысить приживаемость их на лесокультурой площади , но и уменьшить механическую повреждаемость при транспортировке и посадке леса.
Для определения атмосферостойкости пленочной композиции проводили
испытания по ускоренной методике. Использовали ускоренный режим испытания. Испытания проводили на воздействие ультрафиолетового (УФ) облучения в течении 6 часов при постоянной температуре в камере искусственной погоды ИП-1-3 в диапазоне длин волн 240…320 нм мощностью 68 Вт/м2. При дальнейшем увеличении количества часов облучения образцы становились настолько хрупкими, что установить их в разрывную машину не представлялось возможным. Суммарная доза УФ облучения, которую выдерживают пленочные покрытия, по данному режиму эквивалентна 2,5 месяцам экспозиции в естественных условиях Беларуси.
Большое внимание уделено изучению отрицательных воздействий внешних факторов на растения. Для преодоления этих воздействий использовали различные композиционные материалы и целевые добавки для обработки корневых систем сеянцев от иссушения. В качестве контроля использовали сеянцы, корневая система которых обрабатывалась торфо-глинистой смесью. Композиционные материалы в значительной степени сдерживают падение уровня влаги в зоне корневых система растений под воздействием иссушающих факторов. Содержание влаги в зоне корневой системы сеянцев сосны под влиянием 5%-го композиционного материала сохраняется выше критического уровня в течении 96 часов и более, в то время как у контрольных сеянцев (обработка торфо-глинистой смесью) снижение содержания влаги происходит через 24 часа после обработки. Зависимость содержания влаги в корневых системах сеянцев сосны от времени после их обработки выражается уравнением:
[3]
[4]
Зависимость приживаемости сосновых культур от времени обработки корневых систем описывается уравнениями:
[5]
[6]
где x- время после обработки корневых систем сеянцев,
y1-содержание влаги в корнях контрольной партии сеянцев,
y2-содержание влаги в корнях, обработанных композиционными полимерными составами.
y3-приживаемость культур на контроле;
y4- приживаемость культур с обработкой корневых систем композиционными полимерными составами.
Проведенные нами совместные исследования с Институтом леса НАН Беларуси в Белоболотском лесничестве Речицкого лесхоза Гомельского ПЛХО позволили установить эффективность обработки корневых систем посадочного материала композиционными материалами. Приживаемость лесных культур при обработке корневых систем композиционными полимерными составами растений увеличилась на 11-30% по сравнению с контролем (без обработки). Повреждаемость корневых систем растений по предлагаемой технологии не превышает 2%. В то время как при обычной технологии повреждаемость составляет 13-21%.
Таким образом, использование композиционных полимерных составов для защиты корневых систем посадочного материала открывает новые перспективные технологии лесовосстановительного производства.