Środki zwilżające glebę – EXOwet R3823 i EXOwet R3831

Zwilżalność to parametr charakteryzujący zachowanie materiału podczas oddziaływania z cieczami. Jest to niezwykle istotna cecha gleby, ponieważ warunkuje jej rolniczą użyteczność oraz wskazuje, jak powinno być prowadzone jej uwilgotnianie, aby uzyskiwać jak największe plony przy jak najmniejszym zużyciu wody.

Zwilżalność poszczególnych warstw gleby wpływa na rozkład wody w profilu glebowym. Dla gleb o charakterze hydrofobowym, o małej zwilżalności, istnieje ryzyko gromadzenia wody na ich powierzchni po obfitych opadach i spływu powierzchniowego, co może powodować niekorzystną dla środowiska erozję wodną gleby. Efektem tego zjawiska jest wymywanie składników pokarmowych, degradacja gruntu, a w dalszej perspektywie zmniejszenie powierzchni uprawnych.

Na stopień zwilżalności gleby i ruch wody w glebie mają wpływ jej właściwości takie jak skład chemiczny i granulometryczny, porowatość, udział frakcji ilastych i próchnicy, ilość obecnej w niej materii organicznej i minerałów, zasolenie, pH, ale także czynniki zewnętrzne: warunki pogodowe, temperatura, susze, pożary, zanieczyszczenia gleby, wycieki paliw z maszyn rolniczych czy zabiegi agrotechniczne.

Surfaktanty w irygacji gleby

Środki powierzchniowo czynne w uprawie roślin były tradycyjnie stosowane i utożsamiane z różnymi preparatami środków ochrony roślin. Jednak ich globalne wykorzystanie w branży agro gwałtownie wzrosło w związku ze stosowaniem ich jako dodatku do wody nawadniającej.

Surfaktanty, działając na granicy faz między wodą a gruntem, obniżają napięcie powierzchniowe cieczy nawadniającej, co pozwala im łatwiej wnikać w glebę i ją zwilżać. Wpływa to pozytywnie na efektywność wykorzystania wody oraz w dalszej perspektywie na jakość plonów, również ze względu na ograniczanie wymywania składników odżywczych i zwiększanie ich wykorzystania przez rośliny.

Grupa PCC wychodzi naprzeciw zapotrzebowaniu na środki zwilżające glebę, proponując zastosowanie specjalistycznych blendów surfaktantów niejonowych – EXOwet R3823 oraz EXOwet R3831.

Zdolność zatrzymywania roztworu nawadniającego w glebie

To, jak skutecznie gleba utrzymuje wodę, ma kluczowe znaczenie dla tego, ile wilgoci i składników odżywczych faktycznie dociera do strefy korzeniowej, zamiast spływać lub odparowywać. Ten parametr w dużym stopniu determinuje efektywność nawadniania, nawożenia oraz ogólną kondycję gleby. Na poniższym wykresie porównano współczynniki retencji różnych roztworów nawadniających przez glebę:

Wykres 1. Porównanie współczynników retencji roztworów nawadniających.

Badanie polegało na naniesieniu około 60 g roztworu nawadniającego (wody lub 1% roztworu odpowiedniego środka zwilżającego) na około 20 g wysuszonej ziemi uniwersalnej i zmierzeniu jaka ilość roztworu zostanie zatrzymane w glebie. Zdolność zatrzymywania poszczególnych roztworów nawadniających porównano z wykorzystaniem współczynnika wyznaczonego ze wzoru:

Zwilżanie strefy korzeniowej

Stosowanie EXOwetów R3823 i R3831 umożliwia zatrzymywanie wody nawadniającej w górnych warstwach gleby. Symulacja tego typu sytuacji jest zobrazowana na poniższym wideo. Kostki cukru imitują strukturę makro- i mikroporowatą gleby.

Wideo 1. Symulacja zwilżania strefy korzeniowej gleby.
Woda z dodatkiem zwilżaczy jest zatrzymywana w górnych warstwach.

Każdą z kostek skropiono tą samą ilością roztworu nawadniającego (15 kropel) i obserwowano jego przemieszczanie się w głąb struktury porowatej. Po kilku sekundach można zauważyć, że woda bez dodatków błyskawicznie przepływa do dolnej warstwy, natomiast woda z 0,5% dodatkiem zwilżaczy zostaje zatrzymana w warstwie górnej. Obrazuje to pozostawanie wody z dodatkami w strefie korzeniowej gleby, w której jest znacznie lepiej dostępna dla roślin w porównaniu z wodą bez dodatków, która szybko przepływa do głębszych warstw, dodatkowo niosąc za sobą ryzyko wypłukiwania składników odżywczych.

Zdolność zwilżania przez zanurzenie

Zdolności zwilżające produktów EXOwet R3823 i R3831 porównano z referencją i wodą jako próbką kontrolną również za pomocą wewnętrznej metody „Oznaczenie zdolności zwilżania przez zanurzenie”. W tym celu wykorzystano standaryzowane krążki z surowej bawełnianej dzianiny o średnicy 30 mm. Oznaczenie polegało na zmierzeniu czasu zwilżania, czyli czasu pomiędzy zanurzeniem bawełnianego krążka w 0,5% roztworze, a chwilą gdy zaczyna on tonąć. Wyniki zebrano na poniższym wykresie:

Wykres 2. Porównanie czasów zwilżania krążków bawełnianych przez wodę (kontrola) i 0,5% roztwory środków zwilżających.

Roztwory EXOwetów R zwilżają krążki bawełniane już po około 3 minutach, referencja dopiero po 4 minutach, natomiast woda bez dodatku środków zwilżających nie zwilża krążków nawet po 2 h od rozpoczęcia badania. Widać więc, że dodatek surfaktantów jest niezbędny dla uzyskania zadowalających właściwości zwilżających.

Retencja wody w glebie

Zatrzymywanie wody w glebie jest niezwykle ważnym zjawiskiem, ze względu na zwiększanie dostępności wody dla roślin i poprawianie odporności gleby na suszę. Zastosowanie środków zwilżających w nawadnianiu znacznie zwiększa zdolności retencyjne gleby.

Aby zobrazować zdolność do zatrzymywania różnych roztworów nawadniających, ponownie przeprowadzono symulację na kostkach cukru. Na poniższych zdjęciach uchwycono niewielką zdolność retencji wody bez dodatku zwilżaczy:

Obraz 1. Symulacja retencji wody. Woda z 0,5% dodatkiem zwilżaczy jest zdecydowanie lepiej zatrzymywana.

Każdą z górnych kostek zwilżono 25 kroplami roztworu nawadniającego. Po kilku minutach zaobserwowano niemal całkowite wypłynięcie wody bez dodatków ze struktury porowatej, przy czym roztwory EXOwetów R zostały w pełni zatrzymane. Wskazuje to na fakt, iż już niewielki dodatek surfaktantów do wody znacznie zwiększa zdolność jej retencji przez glebę. Jest to niezwykle ważne w warunkach rzeczywistych, ponieważ szybkie przepływanie wody przez profil glebowy może się wiązać z wymywaniem składników odżywczych niezbędnych roślinom do wzrostu.

Ponowne zabiegi nawadniające z użyciem EXOwetów R3823 i R3831

Z poprzednich badań jasno wynika, iż nawadnianie gleby przy użyciu roztworów środków zwilżających jest znacznie bardziej efektywne niż przy użyciu samej wody.

Poniższe wideo obrazuje jak kilkukrotne zabiegi nawadniające za pomocą 1% roztworu EXOwetu R3831 wpływają na szybkość absorpcji wody podczas kolejnych procesów irygacji za pomocą samej wody:

Wideo 2. Porównanie szybkości zwilżania w zależności od krotności zabiegów
z użyciem 1% roztworu EXOwetu R3831.

Do badania użyto biodegradowalnych doniczek torfowych imitujących glebę (glebową materię organiczną), które umieszczone zostały w szalkach z wodą bez dodatków, przy czym doniczka 1 nie była uprzednio zwilżona roztworem EXOwetu R3831, doniczka 2 była zwilżona 1-krotnie roztworem EXOwetu R3831, a następnie wysuszona, zaś doniczka 3 była zwilżana roztworem EXOwetu R3831 2-krotnie, a następnie wysuszona.

Można zaobserwować, że doniczka 1 po kilku minutach nadal nie pobiera wody, w doniczce 2 tempo poboru wody jest umiarkowane, natomiast doniczka 3 jest zwilżana bardzo szybko (po 10 minutach nastąpiło całkowite zwilżenie).

Wniosek z przedstawionego eksperymentu jest następujący: uprzednie zwilżenie gleby za pomocą roztworów środków zwilżających powoduje zwiększoną i przyspieszoną absorbcję wody przy kolejnych zabiegach nawadniających. Potwierdza to zasadność kilkukrotnych zabiegów irygacyjnych za pomocą roztworów zwilżaczy gleby.

Podobne badanie przeprowadzono na rzeczywistych próbkach gleby. W pojemnikach z wydrążonymi w dnie otworkami umieszczono po ok. 100 g przesuszonej ziemi uniwersalnej, potraktowano wodą bądź 1% roztworami środków zwilżających oraz wysuszono. Następnie pojemniki z glebą zanurzono w szalkach z wodą bez dodatków i mierzono czas oraz ilość pochłoniętego roztworu. Uzyskane wyniki przedstawiono na poniższym wykresie:

Wykres 3. Porównanie tempa zwilżania oraz ilości wody wchłoniętej przez glebę uwilgotnioną uprzednio różnymi roztworami nawadniającymi.

Z przeprowadzonego badania można wysnuć wniosek, iż używanie środków zwilżających jako dodatków do wody irygacyjnej zwiększa nie tylko całkowitą ilość wchłoniętej wody, ale także tempo absorpcji. Gleba zwilżona uprzednio roztworami EXOwetów R pobiera około 10x więcej wody w pierwszej minucie po podlaniu niż gleba zwilżana samą wodą. Maksimum wchłaniania dla EXOwetów R osiągane jest już przy około 10-15 minucie, natomiast dla samej wody wzrost wchłaniania jest w przybliżeniu liniowy, lecz nawet po 1 godzinie jest ono 1,5x mniejsze niż dla zwilżaczy.

Podsumowanie

Jak widać na podstawie przeprowadzonych badań, stosowanie surfaktantów, z wyszczególnieniem tych z grupy środków zwilżających może dawać znaczne, zauważalne efekty w glebie. Używanie EXOwetów R niesie za sobą wiele korzyści:

• Niwelowanie negatywnych skutków związanych z hydrofobowym charakterem gleby.
• Szybkie i równomierne nawodnienie gleby.
• Zwiększenie dostępności wody dla wzrostu roślin i produkcji rolnej.
• Zatrzymywanie wody w strefie korzeniowej.
• Zapobieganie niekorzystnym zjawiskom gromadzenia wody na powierzchni, spływu powierzchniowego i erozji gleby.
• Ogólna poprawa kondycji gleby.