Гидрогель: свойства, возможности, границы и способы применения для растений

Гидрогель не пестицид, не биопрепарат и не удобрение, но позволяет повысить производительность участка и рентабельность товарного плодоовощного хозяйства на 50% и более за счет сокращения расходов на поливную воду. Особенно заметный эффект гидрогели дают в засушливые годы, при подготовке рассады и в комнатном растениеводстве. Сходный по составу и свойствам субстрат – аквагрунт – предназначен для культивирования комнатных растений методом «сухой гидропоники» (см. рис.) и к применению в открытом грунте непригоден вследствие высокой цены и как источник весьма вероятных вредных побочных эффектов в земле.

Что это такое?

Учебники химии определяют гель как субстанцию, обладающую свойствами твердого тела (способностью сохранять форму, отсутствием текучести, вполне определенными механическими свойствами), но способную впитывать в поры своей кристаллической решетки большое количество жидкости и/или ее паров; если воды, то субстанция называется гидрогелем. По структуре гели являются более-менее регулярными пространственными полимерам. Известный пример – силикагель, применяемый как влагопоглотитель.

Гидрогель для растений используется как обратимый сорбент (аккумулятор) влаги, уменьшающий ее потери на испарение из почвы. Такие вещества в строгом смысле уже не гели, т.к. не обязательно в сухом состоянии твердые тела: они могут быть упругими и эластичными как резина или обладать свойствами очень вязких жидкостей. Обычное силикатное стекло, к примеру – сверхвязкая жидкость. Называются такие субстанции мицеллярными гелями, т.к. по способу образования и структуре существенно отличаются от гелей как таковых. В агротехнике мицеллярные гели находят применение потому, что обладают высокой обменной влагоемкостью: 1 г гидрогеля для растений способен поглотить до 200 мл воды и при понижении влажности среды постепенно отдать ее обратно; напитавшийся влагой силикагель для обезвоживания требует специальной обработки. Но мицеллярные гели, во-первых, при поглощении влаги распухают много больше силикагеля: до 10 и более раз в размерах, т.е. до 1000 и более раз по объему. Во-вторых, мицеллярные гели не подлежат принудительной ускоренной регенерации: единственный способ вернуть их в исходное состояние – естественная сушка.

Как получается гидрогель

Производство гидрогеля для агротехники сходно одновременно с получением силикагеля и силиконовых пластиков. Кремний используется как ближайший химический «родственник» углерода, имеющий такую же тетраэдрическую ориентацию ковалентных связей, но не таких сильных, поскольку эффективный диаметр атома кремния больше, вследствие чего кремний лучший гелеобразователь. Инициаторами реакции полимеризации являются, как и для силикагеля, ионы гидроксила OH–, присоединяющиеся к силикат-иону SiO3+, но в исходную среду вводятся остатки (радикалы) R органических соединений. Поэтому процесс является 2-стадийным (хотя может протекать в одной технологической емкости), а конечный продукт – нерегулярным сополимером соединений кремния и углерода.

Начальные этапы исходной реакции, когда кремниевый «паук» – зародыш геля ловит не себе подобных, а R, даны слева на рис. Выбирая вид радикала R, свойства конечного продукта можно варьировать в очень широких пределах. Поскольку химическая активность R много меньше, чем OH–, первая «силикатная» стадия реакции останавливается на образовании суспензии (взвеси) наногранул (цветная врезка в центре) из нескольких десятков-сотен молекул каждая. Кремния в них ничтожно мало и по объему, и по массе, химически он очень «вялый» и на свойства конечного продукта ощутимо не влияет. По достижении суспензией определенной концентрации она теряет устойчивость и начинается коагуляция (слипание) наногранул в конгломерат нерегулярной структуры (в центре и справа), который и есть мицеллярный гидрогель, на 99% или даже 99,9% состоящий из органики; структура силикагеля на крайней правой поз. дана для сравнения.

R для сельхозгелей выбирают не содержащие ничего, кроме углерода, водорода, кислорода и азота. В естественных условиях аграрные гидрогели в течение 2-5 лет на воду, углекислый газ и ион аммония NH4+; последний в почве постепенно нитрифицируется, давая питательный для растений нитрат-ион NO3–.

Примечание: утверждения о полной бионейтральности гидрогеля – миф. Гидрогель выделяет аммония очень мало и медленно, но в определенных условиях влияние нитратов из него на качество сельхозпродукции все же возможно, см. далее.

Гидрогель и аквагрунт

Аквагрунт дороже гидрогеля не только и не столько потому, что он, распухший – одинаковые ровные цветные шарики. Радикалы R для аквагрунта берут содержащие основные питательные вещества растений NPK. Дополнительно перед сушкой на продажу шарики замачивают в растворе микроэлементов с пестицидами и альгицидами. Дешевый китайский аквагрунт часто их не содержит и на свету зацветает (в нем размножаются сине-зеленые водоросли), а «дорогой, хороший» в расчете на долговечность от 3-х лет так насыщается ядохимикатами, что при внесении в почву просто убивает ее биоценоз. Попробуйте (не надо!) обработать картошку Конфидором от колорадов сразу по дозе в расчете на 3 года вперед – урожай по количеству и качеству получите такой, как с аквагрунта. Поэтому на грунтах под продуктивные культуры, открытых и защищенных, применяется только химически нейтральный гидрогель.

Примечание: точно такой же гидрогель используется в памперсах, поэтому в растениеводстве вполне возможно как влагосорбент применять наполнитель памперсов; разумеется, не использованных, см. ролик:

Видео: самодельный гидрогель для растений (из памперсов)

Виды гидрогеля

Утверждения, что гидрогель разработан и выпускается только в США и Германии, мягко говоря, совершенно не соответствуют истине. Опыты по повышению плодородия засушливых почв с помощью мицеллярных гидрогелей проводились еще в послевоенные годы в СССР (один из старшего поколения родственников автора принимал в них участие), но были прекращены в связи с освоением целины. Впервые гидрогель был успешно использован для превращения пустынной почвы в продуктивную примерно в то же время в Израиле.

Примечание: видео-презентацию с инструкцией по применению гидрогеля для агротехники производства РФ см. в сюжете:

Видео: применение гидрогеля для растений

Гидрогель для растений как отечественного, так и зарубежного производства в зависимости от назначения для определенных условий использования разделяется на след. марки (см. также рис.)

• S – аккумулятор влаги для садовой и парниковой земли. Добавляется к ней в пропорции 1:4 –1:5 по объему. Вспучивания грунта и выдавливания из него растений не вызывает. Предварительному замачиванию не подлежит, перемешивается сухим со слегка влажной землей. Позволяет удлинить интервал между поливами рассады до 7-10 дней, что дает возможность выращивать ее (см. далее) в т.ч. на даче выходного дня. Срок действия – 2-3 мес.
• KM – посевной для рассады, самых мелких пылевидных семян и культур закрытого грунта. Перед применением замачивается в открытой посуде от 3-х часов и набухшим выкладывается слоем 0,5-1 см поверх земли в гидрогелем S. Обеспечивает быстрое дружное прорастание семян, практически не нарушая воздушного питания корней, см. далее. Срок действия до полугода.
• K1-K2 – предназначены в основном для плотных и средней тяжести почв под однолетники. Могут использоваться как гидроаккумуляторы в горшечной культуре: при размещении замоченных гранул в верхнем слое грунта и поливе по норме спустя сутки можно уехать в отпуск на месяц – растения не засохнут. Внесение сухих гранул и/или заглубление в почву, пронизанную питающими корнями, нежелательно, т.к. растение может быть выдавлено из земли, а вросшие в гель молодые корешки лишаются доступа воздуха. Срок действия 2-3 года.
• K3-K4 – для рыхлых хорошо проницаемых почв в аридных зонах и внесения под кустарниковые и древесные культуры в преддверии засухи. Обладают наибольшей обменной влагоемкостью, действуют до 5 лет, но сильно вспучивают почву, а тяжелые и средние грунты деструктурируют и ухудшают условия обитания в них почвообразователей.

Примечание: гидрогели на-глаз прекращают набухать в течение часа. Но максимально возможное для данного сорта количество воды набирается гранулами за 3-4 часа.

Ограничения на использование

Использовать гидрогель для растений нужно с учетом след. его свойств:

1. Высокой обменной влагоемкости;
2. Большого увеличения размеров гранул при наборе влаги и огромного давления их на грунт при набухании;
3. Наличия в составе большой доли органики и выделения в процессе распада биологически активных веществ;
4. Некоторой эластичности и крайне низкой твердости набухших гранул;
5. Невысокой химической стойкости.

По совокупности этих свойств гранулы гидрогеля в почве способны стать резерватами патогенных для растений грибов и микроорганизмов, а также резервуарами растворов применяемых ядохимикатов. Поэтому, если участок заражен патогенными грибами, вирусными заболеваниями растений и/или трудно истребимыми вредителями, от применения гидрогеля лучше отказаться до его полного оздоровления. В таком случае, если есть настоятельная потребность в сорбенте влаги, лучше использовать менее емкие, но 100% биологически нейтральные, напр. вермикулит.

Увлажнение/испаряемость

Главные факторы, ограничивающие применение гидрогелей в агрикультуре – величина и сезонный ритм естественного увлажнения почвы. Но ориентироваться только по среднегодичным значениям было бы неправильно и сузило зону возможного положительного эффекта от влагосорбентов.

Взгляните на рис., найдите свою зону на картах и сравните. Если годичная испаряемость менее чем на 20% превышает количество осадков в период вегетации растений, любой влагосорбент вместо пользы принесет вред. В таких условиях, вдруг есть необходимость экономить поливную воду, придется делать капельное орошение.

Примечание: влагосорбенты также абсолютно неприменимы на тундровых и тундрово-глеевых почвах в любых климатических условиях.

Набухание и врастание

Если выбрать неподходящий к данным местным условиям гидрогель и/или неправильно внести его в грунт (см. далее), то может возникнуть ситуация, показанная на рис.: старались, тратились, а взрослое растение вытолкнуто из грунта, и его питающие, особо нуждающиеся в воздухе корешки вросли в гранулы и отмирают при достаточном увлажнении. Простейшая, но действенная мера во избежание подобного – на открытом грунте под однолетники, особенно с поверхностной корневой системой, вносить гидрогель из междурядий под корневые мочки на глубину не менее 15 см. Технология достаточно трудоемка, но несложна: острым колышком тыкают из междурядий наискось под кусты, вносят по норме гидрогель (см. далее) и лунки засыпают землей.

Свойства грунта

Поскольку основа гидрогеля все-таки ионы кремневой кислоты, в щелочных почвах его распад много ускоряется. Соотв. ускоряется выделение аммония до величины, сравнимой со скоростью его естественной нитрификации (1-6 недель в зависимости от температуры). Положение усугубляется, если почва к тому же тяжелая мало проницаемая, т.к. выщелачивание из нее нитратов и их естественная денитрификация ослаблены. В таких условиях именно из-за гидрогеля возможно накопление нитратов в плодах, даже если в азотом вы не перебарщивали или вовсе его не вносили. Выход – использовать влагосорбенты, стойкие к щелочности и/или подкисляющие почву: кокосовую стружку, мох сфагнум.

Примечание: о возможных ошибках при посеве в гидрогель см. видео:

Видео: ошибки при посеве в гидрогель

Как использовать гидрогель для растений

Применение гидрогеля для стабилизации увлажнения почвы производится внесением сухих или предварительно увлажненных и набухших гранул. Замачивание гранул нужно проводить в открытой свободной посуде: если всыпать 5-10 г гидрогеля в бутылку из-под шампанского, выдерживающую давление в несколько атм, и залить водой, по посудину разорвет. Кроме того, использование гидрогеля для рассады и плодоовощных культур имеет свои особенности.

Рассада в желе

Посев в гидрогель это наиболее эффективный и экономный способ применения данного средства: расход гранул невелик, и нет нужды в привязке к внешним условиям. Стандартный способ высева семян описан выше. Общее правило ухода: не оставлять гель залитым водой, иначе земля закиснет. Когда слой геля на поверхности спадется прим. на 1/3 – 1/2, проводят полив. Посевы в контейнерах поливают порциями в течение часа, пока гранулы не набухнут полностью. Посевы в горшочках можно поливать сразу обильно, а через 2-3 часа остаток воды слить. Семена тыквенных лучше проращивать на чистом гидрогеле KM или K2. 10 г гранул замачивают в 3-литровой банке воды не менее 3-х часов, пока гранулы не сольются в сплошную массу. Можно оставить набухать на ночь. Затем через мелкое сито или марлю остаток воды сливают, пока масса геля не станет чуть влажной на ощупь. Теперь гелевую массу разливают или раскладывают по влагостойким емкостям глубиной 5-8 см. Прозрачные использовать нежелательно – на свету субстрат может зацвести. Пенопластовые коробки также не годятся – по микропорам между зерен влага быстро уйдет. Семена раскладывают на гель прим. в 5-7 см друг от друга, ни в коем случае не заглубляя, и посуду накрывают стеклом. Спадающийся гель осторожно поливают, как описано выше; снабжение влагой семян и проростком при уменьшении объема субстрата не нарушается.

Примечание: рассаду прочих культур можно выращивать также прямо в желе из гидрогеля, см. видео:

Видео: рассада в гидрогеле

Об особенностях выращивания в гидрогеле рассады других культур см. также подборку видео:

Томаты: помидоры, как известно, сильно поражаются фитофторой, споры которой есть буквально везде, а рассада в геле вырастает изнеженной. Поэтому рассаду томатов из гидрогеля нужно пикировать в пеленку из нетканого материала, чтобы при высадке окрепла и могла выдержать нападение гриба-паразита:

Видео: пикирование рассады томата в нетканную пеленку

Видео: посев и пикирование капусты в гидрогель

Видео: рассада перца и баклажана в гидрогеле

Видео: рассада томата в гидрогеле

Видео: посев базилика в гидрогель, 2 способа

Хорошо подходит гидрогель также для ранних посадок в теплице:

Видео: ранние посадки в теплице с гидрогелем

На открытом грунте

Типичные случаи, когда применение гидрогеля оправдано на открытом грунте:

• Истощенная почва на старой даче.
• Посадка и выращивание деревьев и кустарников в тяжелых грунтах.
• Разбивка газона в местах с недостаточным летним увлажнением.

В помощь земле

Первый случай хорошо известен дачникам-старожилам: материнская порода тощая (песок, супесь, суглинок, глина). Поверх – торф, компост, перегной, но рекультивация почвы не удалась из-за недостаточного летнего увлажнения. Урожай малый, мелкий. Корнеплоды (морковь, редис) сухие, жилковатые, невкусные. Баклажаны тоже жилковатые, огурцы кривые, горькие. Удобрения не помогают. В таком случае гидрогель, подходящий для подстилающего грунта (см. выше) вносится сухим во время весенней перекопки по 20-30 г на 1 кв. м на глубину полштыка-штык лопаты. Полив первого года при высадке рассады, еще 2 раза с промежутком в неделю и еще один раз летом. На второй год внесение геля повторяют, но поливов после первого дают вдвое меньше. На третий год опять вносят гель и поливают только при высадке.

Примечание: при высадке рассады томатов из геля в лунки равномерно разливают его остатки. Если рассада грунтовая, то вливают по полстакана-стакану гелевого желе для рассады, см. выше.

По четвертому году на тяжелом подстилающем грунте гидрогель в плодородный слой вносить нежелательно, имея в виду возможность накопления нитратов, но можно попытаться все-таки восстановить почву. Для этого с осени колом делают по всему участку лунки на конвертом (по 5 на 1 кв. м) на глубину 30-40 см ниже плодородного слоя. В каждую лунку сыплют по 5-10 г сухого геля K4 и засыпают плодородной землей. С весны подселяют дождевых червей; в течение сезона вносят компост или перегной. Если плодородие по результатам сбора урожая упало, в след. году опять вносят гидрогель в плодородный слой.

Гель для деревьев и кустов

При посадке в тяжелый грунт саженцев плодовых деревьев и кустарников вынутую землю тщательно перелопачивают с сухими гранулами гидрогеля K2. Нормы для объема грунта 100 л (это прим. одна посадочная лунка):

• Плотная супесь – 200-300 г.
• Суглинки – 300-400 г.
• Глины – 400-500 г.

Посадка производится как обычно: подушка из перегноя в лунке, обмакивание корней в жидкий коровяк и т.п.

Спустя 2-3 года гидрогель начинают вносить под растения с интервалом также 2-3 года. Нормы на ягодный куст 15-20 г, на молодое дерево 20-30 г, на взрослое 40-50. Вносят точечно в 5-7 местах в приствольные круги или полосы (для кустарников) на глубину 40-50 см. Делать колом лунки для внесения не надо, и без того тяжелая земля не должна еще уплотняться. Копать нежелательно – можно сильно повредить корни. Лучше всего набурить под гидрогель скважины строительным (да, да) буром по камню диаметром 30-40 мм. Норму геля на растение равномерно рассыпают в скважины и засыпают их плодородной землей.

Гель для клубники

Гидрогель для садовой земляники применяется и набухший до желе, и сухой. В гелевое желе обмакивают корни посадочного материала или зачаточные корешки усов-отводков. В посадочные лунки вносят по четверти-половине стакана гелевого желе. Со след. года начинают вносить по 0,5 г сухих гранул на кустик через 3-4 косых прокола сбоку под коневую мочку (см. выше).

Примечание: еще о применении гидрогеля в культуре садовой земляники см. видео:

Видео: гидрогель для земляники

Гидрогель в горшечной культуре

Норма внесения гидрогеля для комнатных растений 1-4 г на 1 л объема горшка в зависимости от потребности данного экземпляра во влаге и его требований к плотности грунта. В общем чем тяжелее земля, тем меньше нужно геля. Неопытным садоводам-комнатникам можно рекомендовать по 3 г на горшок среднего размера; худа не будет, если растения под присмотром.

Сухие гранулы K2 вносятся равномерно в 3-4 прокола до дренажа. Проколы нужно делать вплотную к стенками посуды. После внесения лунки заворачиваются землей и растение обильно поливается.

Перед длительным, до месяца, отъездом, нужно сделать еще 3-4 прокола наискось под корни и внести в них ту же дозу геля. Затем опять обильная поливка, после чего растение переставляют от прямого света (напр., на северный подоконник) и дополнительно затеняют 2-3 слоями марли. В таком состоянии как минимум 2-3 недели без полива выдерживают даже бегония рекс, глоксинии и традесканции.

Примечание: о выращивании комнатных растений на гидрогеле см. видео:

Видео: как применять гидрогель для комнатных растений

Гидрогель в засуху

Многие растениеводы уверены, что гидрогель спасительное средство в засушливые годы. Это верно лишь отчасти: внесение в почву влагосорбентов не спасает растения от иссушения и солнечных ожогов, т.к. испарение из почвы минимально и более-менее влажного микроклимата в приземном слое воздуха не создается. Помочь растениям выжить в аномально сухие годы можно, если, кроме внесения гидрогеля прикрывать их от солнца сеткой для огурцов и на закате по мере возможности проводить опрыскивания чистой водой.

Меры предосторожности

Гидрогель считается безопасным веществом. Из мер предосторожности при работе с ним достаточно элементарных гигиенических – перчаток, рабочей одежды. Но очень плохо будет, если геля кто-то наестся и гранулы начнут набухать в желудке; возможен даже летальный исход. В таком случае нужно немедленно доставить пострадавшего к врачу – мер самопомощи нет.

Ввиду такой возможной опасности хранить гидрогель нужно недоступным для посторонних и животных так же строго, как самые опасные пестициды: под запором в отдельном нежилом помещении. Но ни в коем случае не в одном вместилище (ящике, шкафу) с ядохимикатами! Гидрогель активно поглощает не только влагу и ее пары!

Хранится гидрогель, в т.ч. остатки из вскрытой упаковки, в стеклянной посуде с газоплотной паронепроницаемой крышкой. Лучший вариант тары – современные многоразовые банки для закруток. В такой посуде срок хранения гидрогеля в темном прохладном месте практически неограничен.