О ФОРМИРОВАНИИ ПРОДУКТИВНОСТИ ЗЕРНОВЫХ КУЛЬТУР ПРИ ВНЕСЕНИИ ГИДРОГЕЛЕЙ В УСЛОВИЯХ МОДЕЛЬНОЙ ПОЧВЕННОЙ ЗАСУХИ И В ПОЛЕВЫХ УСЛОВИЯХ

Применение водопоглощающих гидрогелей в современных агротехнологиях может значительно повысить продуктивность сельскохозяйственных культур. В растениеводстве и земледелии они позволяют регулировать водный режим почв в засушливых и полузасушливых климатических зонах. Полиакриламидный и полиакрилонитриловый гидрогели обладают способностью циклично (в течение нескольких лет) поглощать и отдавать влагу, поэтому их применение наиболее эффективно при проведении сельскохозяйственных мероприятий. В настоящей работе показано, что влияние гидрогелей отечественного производства на элементы структуры урожая и продуктивность зерновых культур в условиях модельной почвенной засухи так же эффективно, как и воздействие зарубежного полимерного геля. Наибольшее влияние гидрогелей отечественного производства при почвенной засухе отмечено на массу 1000 зерен. Тип гидрогеля (натриевая или калиевая основа) не оказывал существенного влияния на показатели структуры урожая. Цель работы — оценка влияния на продуктивность зерновых культур отечественных полимерных гелей В-415 К и Ритин-10 в условиях смоделированной почвенной засухи в сравнении с зарубежным полимером Aquasorb, который применялся в полевых условиях зоны недостаточного увлажнения. Микрополевой вегетационный опыт проводили на яровом ячмене (Hordeum vulgare L.) сорта Ленинградский в 2015 году, яровой пшенице (Triticum aestivum L.) сорта Дарья в 2016 году и яровом ячмене сорта Атаман в 2017 году в специальной установке — засушнике (ФГБНУ Агрофизический институт, Меньковский филиал, Ленинградская обл.). Опыт был заложен в вегетационных сосудах без дна: площадь сосуда — 0,075 м², объем — 0,0025 м³. Почва — дерново-подзолистая супесчаная. Сосуды набивали почвой с сохранением почвенных горизонтов. Варианты опыта были следующими: контроль (фон N₉₀P₉₀K₉₀); N₉₀P₉₀K₉₀ + Ритин-10 (глубина внесения 10-12 см); N₉₀P₉₀K₉₀ + В-415 К (10-12 см); N₉₀P₉₀K₉₀ + Ритин-10 (20-22 см); N₉₀P₉₀K₉₀ + В-415 К (20-22 см). Гидрогель в вегетационные сосуды укладывали послойно. Доза внесения гидрогеля — 4 г/м², норма высева семян — 50 шт/сосуд. Влажность почвы в вегетационных сосудах измеряли почвенным влагомером МГ-44 (ООО «Ветинстумент», Россия) два раза в неделю и по показаниям рассчитывали норму полива. В начале вегетации влажность почвы в вегетационных сосудах в засушнике составляла 70 % НВ. Влияние почвенной засухи (55-60 % НВ) на рост и развитие растений оценивали от фазы кущения до полной спелости. Продуктивность озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Стекловидная 24 под влиянием полимерного геля Aquasorb («SNF s.a.s.», Франция) изучали на опытных полях Казахского НИИ земледелия и растениеводства (Республика Казахстан) в 2015-2017 годах. Тестировали две дозы абсорбента (20 и 40 кг/га) и их сочетание с азотной подкормкой (N₄₅). Контролем служил вариант без абсорбента и азотных удобрений. Структуру урожая изучаемых культур определяли методом отбора снопа по следующим показателям: общее число растений на вегетационный сосуд (в полевых условиях на 1 м²), число продуктивных растений, продуктивная кустистость. Структурный анализ колоса проводили по длине колоса, числу зерен в колосе, массе зерна с колоса, массе 1000 зерен. Урожайность зерновых культур в засушнике в 2015-2017 годах в вариантах с гидрогелем, внесенным в корнеобитаемый слой (10-12 см), незначительно отличалась от контроля. Прибавка составляла всего 3-4 %. При внесении гидрогеля на глубину 20-22 см прибавка урожая превысила контроль на 25,0-27,7 % (р < 0,01). Существенным было влияние гидрогелей на показатели структуры урожая — продуктивную кустистость, число зерен в колосе и массу 1000 зерен. При моделируемой почвенной засухе отмечалось наибольшее влияние гидрогелей отечественного производства на массу 1000 зерен. В варианте с Ритином-10 урожайность обратно коррелировала с числом продуктивных стеблей (r = -0,83), числом зерен в колосе (r = -0,78) и массой зерна с колоса (r = -0,78), с В-415 К — имела тесную связь с продуктивной кустистостью (r = 0,70), массой зерна с колоса (r = 0,74) и массой 1000 зерен (r = 0,71). Тип гидрогеля (натриевая или калиевая основа) не оказывал значительного воздействия на показатели структуры урожая. В полевых условиях урожайность озимой пшеницы в большой степени зависела от метеоусловий. В среднезасушливый 2015 год внесение гидрогеля в дозе 40 кг/га с подкормкой азотными удобрениями привело к повышению урожайности на 6,6 ц/га в сравнении с контролем. Внесение гидрогеля совместно с азотными удобрениями существенно (р < 0,05) увеличило урожайность в среднеувлажненный 2016 год, во влажный 2017 год урожайность зерна повышалась статистически значимо (р < 0,01). В зависимости от дозы гидрогеля прибавка составила 16,4-23,8 %. Гель Aqusorb существенно повлиял на все элементы структуры урожая. В полузасушливый период урожайность обратно коррелировала с массой зерна с колоса (r = -0,99) и массой 1000 зерен (r = -0,98) при 20 кг/га гидрогеля, с числом зерен в колосе (r = -0,99) и массой зерна с колоса (r = -0,87) — при 40 кг/га, с числом зерен в колосе (r = -0,83) — при 20 и 40 кг/га Aqusorb совместно с азотными удобрениями. Во влажный и среднеувлажненный годы также отмечали тесную корреляцию с элементами структуры урожая (r = 0,84-0,99). Таким образом, в корнеобитаемом слое (10-12 см) гидрогель без полива высыхает и не действует как влагоудерживающая почвенная добавка. Урожайность зерновых можно значительно повысить, размещая полимерные гели на глубине 20-22 см после влагозарядкового полива пахотного слоя. В полевых условиях при засушливом вегетационном периоде необходима высокая доза гидрогеля (40 кг/га) в сочетании с азотными удобрениями, при среднеувлажненном и влажном — достаточно дозы 20 кг/га в сочетании с азотной подкормкой.

Ключевые слова: полимерный гель, почвенная засуха, водный стресс, ячмень, яровая пшеница, озимая пшеница, урожайность.

Влажность — один из лимитирующих факторов при выращивании сельскохозяйственных культур. Растения, испытывающие недостаток влаги, отстают в развитии, больше подвергаются воздействию болезней и вредителей, плохо конкурируют с сорняками, что отражается на урожайности (1-3).

Влагопоглощающие полимерные гели находят применение в различных отраслях народного хозяйства. В растениеводстве и земледелии они позволяют регулировать водный режим почв в засушливых и полузасушливых климатических зонах. За счет сетчатого строения макромолекулы гидрогель может накапливать в своем объеме большое количество воды (4, 5). Водопоглощающие полимерные гели сорбируют талую или дождевую воду, а в случае засухи медленно отдают влагу (то есть используют конденсат внутрипочвенного водяного пара), питая растения. В зависимости от способности гидрогеля к набуханию количество поглощенной воды может увеличиться на 1000-1500 % (6). При набухании не происходит прочного связывания воды с молекулой полимера, поэтому вода остается доступной для растений (7).

Полиакриламидный и полиакрилонитриловый гидрогели обладают способностью циклично (в течение нескольких лет) поглощать и отдавать влагу, поэтому их применение наиболее эффективно при проведении сельскохозяйственных мероприятий (8). Особенно привлекательны для сельского хозяйства биополимеры, поскольку они обладают свойством биодеградируемости (9). Специальные бактерии вырабатывают ферменты, способные превращать биополимеры в воду, углекислый газ, метан и биомассу (9, 10).

Питательные вещества, необходимые для хорошего роста растений (макроэлементы N, P, K, Ca, Mg, S, микроэлементы B, Cl, Co, Cu, Fe, Mn, Mo, Ni, Zn), часто недоступны в окружающей среде в достаточном количестве. Полимерные материалы могут быть использованы для того, чтобы доставлять в почву агрохимикаты, не вызывая загрязнения (11-14). Показано, что лучше всего вводить питательные вещества в полимер в виде комплексных соединений (хелатов), которые трудно разлагаются на ионы и не могут повлиять на снижение водопоглощающей способности полимерного геля (15, 16). За счет уменьшения потерь на гравитацию и физическое испарение гидрофильный полимер сохраняет дополнительный запас влаги в профиле почвы (17, ). Под воздействием гидрогеля улучшаются ее агрофизические свойства (18, 19).

Растения как в естественной среде, так и при возделывании часто подвергаются экологическому стрессу (8, 20). Водопоглощающие полимерные гели очень эффективны в условиях повышенной температуры и дефицита влаги в почве (20-22). Недостаток или избыток тепла или влаги в определенные периоды онтогенеза существенно влияет на рост и развитие растений, а также на урожайность и качество зерна. При внесении гидрогелей в корнеобитаемый слой почвы создается дополнительный запас влаги, который необходим в критические периоды развития (кущение—выход в трубку). Исследования L.O. Ekebafe с соавт. (23) и G. Cheruiyot с соавт. (24) подтвер-дили, что полимеры способствуют поддержанию влажности почвы за счет изменения распределения почвенных частиц, жидкой и газовой фаз при добавлении воды, что увеличивает долю жидкости по сравнению с газом.

Высокий процент удержания влаги при использовании гидрогеля в период активного роста способствует высокой интенсивности фотосинтеза (9, 25). Кроме того, благодаря снижению водного стресса в течение всего цикла выращивания, использование полимеров улучшает качество урожая (20, 22, 26). R. Hayat с соавт. (27) обнаружили, что количество поглощенной полимером воды влияет на параметры урожайности. Недостаток влаги в почве в период налива зерна существенно влияет на структуру урожая и общую продуктивность растений. Добавление влагонабухающего полимера в почву увеличило массу 1000 зерен семенной кукурузы и сои (28), и повысило урожайность кукурузы и озимой пшеницы (23, 29). J. Grabiński с соавт. (30) отмечают, что на число растений наличие гидрогеля в почве влияет несущественно, а на число зерен в колосе и массу 1000 зерен оказывает более значительное действие. На массу 1000 зерен также влияют метеорологические факторы и агротехнические приемы (20, 27, 29).

Многие засушливые и полузасушливые регионы сталкиваются с проблемами неопределенного и недостаточного количества осадков (8, 23, 31, 32). В аридных климатических зонах применение полимерных гелей в песчаной почве (макропористой среде), представляется одним из наиболее значимых приемов для повышения ее водоудерживающей способности и увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур. Частицы гидрогеля могут служить миниатюрными «резервуарами» воды в почве. Вода будет поступать из них по требованию корневых волосков через осмотическую разность давлений. Гидрогели действуют как система, контролирующая удерживание и высвобождение питательных элементов при их поглощении. Следовательно, растение может получать доступ к удобрениям, что улучает рост и показатели продуктивности культур (31, 32-35).

Исследования влияния полимерного геля Sky Gel (Imec®, SkyGel®, Mebiol Gel®, «Mebiol, Inc.», Япония) на рост, урожайность и водоотдачу растений пшеницы, проведенные в Ираке, показали, что добавление в почву Sky Gel в дозах 4, 8 и 12 % приводило к увеличению числа зерен в колосе с 45,26 в контроле соответственно до 48,94; 50,03 и 51,93. Масса 1000 зерен повышалась при увеличении количества геля: наибольший показатель (4,11 г) получили при 12 % геля, наименьший (3,43 г) — в контрольном варианте. При внесении в почву 12 % Sky Gel отмечали максимальную высоту растения (87,33 см), длину корня (24,58 см), величину коэффициента корневого побега (28,15), урожайность (4,83 т/га) и наибольшую эффективность использования воды (1,516 кг/м³) (36).

Гидрогель Ритин-10 (натриевая основа) (ООО «РИТЭК-ЭНПЦ», г. Электрогорск, Россия) — сшитый сополимер полиакриламида (3, 18). Исследования, проведенные в зоне неустойчивого увлажнения в условиях Центрального Кавказа, показали, что внесение этого гидрогеля в корнеобитаемый слой (10-12 см) дает положительный результат только в годы с достаточной влагообеспеченностью почвы. В засушливые годы предпочтительно внесение гидрогеля на глубину 20-22 см (2). Гидрогель В-415 К (калиевая основа) (ЗАО «Биокатализ», г. Саратов, Россия) — сшитый сополимер акриламида акриловой кислоты (3, 18).

В настоящей работе показано, что по влиянию на продуктивность и элементы структуры урожая зерновых при модельной почвенной засухе гидрогели российского производства так же эффективны, как зарубежный полимерный гель. Наибольший эффект отечественного гели оказали на массу 1000 зерен. Тип гидрогеля (натриевая или калиевая основа) существенно не повлиял на показатели структуры урожая.

Цель работы — оценка влияния на продуктивность и структуру урожая зерновых культур российских полимерных гелей В-415 К и Ритин-10 в условиях смоделированной почвенной засухи в сравнении с зарубежным полимером Aquasorb, который применялся в полевых условиях зоны недостаточного увлажнения.

Методика. Микрополевой вегетационный опыт проводили на яровом ячмене (Hordeum vulgare L.) сорта Ленинградский в 2015 году, яровой пшенице (Triticum aestivum L.) сорта Дарья в 2016 году и яровом ячмене сорта Атаман в 2017 году в специальной установке — засушнике (ФГБНУ Агрофизический институт, Меньковский филиал, Ленинградская обл.). Засушник — установка, состоящая из металлического каркаса (рамы) с установленным светопропускающим поликарбонатом, которая позволяет моделировать влагообеспеченность опытного участка посредством исключения воздействия внешних осадков. Чтобы избежать влияния атмосферных осадков, вокруг засушника была проложена канава (ширина 30-35 см, глубина 60-70 см). Глубина засушника — 2 м, общая площадь — 50 м², под экспериментом было занято 15 м². Чтобы изолировать корни растений от грунтовых вод, на дно уложили полиэтиленовую пленку в два слоя. В засушнике моделируют атмосферную и почвенную засухи в засушливые периоды вегетации, во влажные — почвенную (22).

Почва в опыте дерново-подзолистая супесчаная. Гранулометрический состав — супесь, почвообразующая порода — опесчаненная морена, подстилаемая суглинистой мореной. Суммарное содержание тонких фракций пыли и фракций ила не превосходило 6 %. В почве было 5 % физической глины (частиц меньше 0,01 %) и 95 % частиц физического песка. Плотность сложения почвы — от 1,03 до 1,07 г/см³, удельная поверхность — 9,4-10,6 м²/г, содержание гигроскопической влаги — 0,54-0,55 %, гумуса — 2,95 %, сумма поглощенных оснований — 6 мг-экв/100 г почвы. Реакция рН в верхних слоях почвы — от 4,95 до 5,03, с глубиной она снижалась. Фосфора и калия содержалось в достаточном количестве (18, 37).

Опыт был заложен в вегетационных сосудах без дна: площадь сосуда — 0,075 м², объем — 0,0025 м³. Сосуды набивали почвой с сохранением почвенных горизонтов.

Варианты опыта были следующими: контроль (фон N₉₀P₉₀K₉₀); N₉₀P₉₀K₉₀ + Ритин-10 (глубина внесения 10-12 см); N₉₀P₉₀K₉₀ + В-415 К (10-12 см); N₉₀P₉₀K₉₀ + Ритин-10 (20-22 см); N₉₀P₉₀K₉₀ + В-415 К (20-22 см). Гидрогель в вегетационные сосуды укладывали послойно. Доза внесения гидрогеля — 4 г/м², норма высева семян — 50 шт/сосуд. Повторность опыта 5-кратная, размещение систематическое.

Влажность почвы в вегетационных сосудах измеряли почвенным влагомером МГ-44 (ООО «Ветинстумент», Россия) два раза в неделю и по показаниям рассчитывали норму полива. В начале вегетации влажность почвы в вегетационных сосудах засушника составляла 70 % наименьшей влагоемкости (НВ). Влияние почвенной засухи (55-60 % НВ) на рост и развитие растений оценивали от фазы кущения до полной спелости (38).

Продуктивность озимой пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Стекловидная 24 под влиянием полимерного геля Aquasorb («SNF s.a.s.», Франция) изучали на опытных полях Казахского НИИ земледелия и растениеводства (Республика Казахстан) в 2015-2017 годах.

Почва опытных полей светло-каштановая легкосуглинистая, по механическому составу относится к крупно-пылеватым средним суглинкам, содержание физической глины — 39-42 %, крупной пыли — 45-51 %, ила — 12-17 %. Содержание карбонатов в верхних слоях составляло 2,7-3,6 %, в карбонатном горизонте — 6,5 %. Реакция почвенного раствора рН 8,2-8,8. Сумма поглощенных оснований не превышала 12 мг-экв/100 г почвы. На долю кальция приходилось 80-90 %, магния — 10-20 %. Обеспеченность почвы легкогидролизуемым азотом средняя, подвижным фосфором — низкая, обменным калием — средняя. Сумма солей в верхнем слое не превышала 0,12 %. В верхнем горизонте почва содержала 2,02 % гумуса, 0,12-0,14 % валового азота. По водно-физическим свойствам характеризовалась следующими показателями: величина удельной массы — 2,62-2,72 г/см³, объемной массы — 1,23-1,35 г/см³, пористость — 50-53 %. Влажность устойчивого завядания — 6-8 % (7, 21).

Тестировали две дозы абсорбента (20 и 40 кг/га) и их сочетание с азотной подкормкой (N₄₅). Контролем служил вариант без абсорбента и азотных удобрений. Повторность опыта 4-кратная, размещение вариантов систематическое (32). Фенологические и биометрические наблюдения за растениями проводили согласно методике полевого опыта (39).

Структуру урожая изучаемых культур определяли методом отбора снопа по следующим показателям: общее число растений на вегетационный сосуд (в полевых условиях на 1 м²), число продуктивных растений, продуктивная кустистость. Структурный анализ колоса проводили по длине колоса, числу зерен в колосе, массе зерна с одного колоса, массе 1000 зерен.

Статистическую обработку данных осуществляли с помощью однофакторного дисперсионного анализа (ANOVA) и корреляционного анализа в программе Statistics 5.0 («StatSoft, Inc.», США). Вычисляли средние (М) и стандартные ошибки средних (±SEM). Различия считали статистически значимыми при p ≤ 0.05.

Результаты. В засушнике (38) гидрогель при внесении в корнеобитаемый слой (10-12 см) оказывал благоприятное воздействие только при раннем появлении всходов изучаемых культур. При размещении полимера на глубине 20-22 см влажность почвы в вегетационных сосудах соответствовала наименьшей влагоемкости (3).

Применение гидрогеля в засушнике в 2015 году незначительно повысило урожайность ячменя сорта Ленинградский по сравнению с контролем (на 3-4 %, р < 0,05) (рис. 1). Урожайность пшеницы сорта Дарья в 2016 году (см. рис. 1) оказалась выше контроля только в вариантах с гидрогелями обоих типов, размещенными на глубине 20-22 см (для В-415 К и Ритина-10 различия статистически значимыми соответственно при p < 0,001 и р < 0,01; внесение Ритина-10 и В-415 К увеличило урожайность соответственно на 5,9 и 14,6 %). В 2017 году урожайность ячменя сорта Атаман (см. рис. 1) изменялась незначительно при размещении гелей в корнеобитаемой зоне (10-12 см): с Ритином-10 — на 5,6 %, с В-415 К — на 9,9 % выше контроля. При внесении на глубину 20-22 см статистически значимую (р < 0,05) прибавку урожайности на 25,0-27,7 % отмечали в обоих вариантах опыта (см. рис. 1, табл. 1).

В период активной вегетации 2015 года (май-август) среднесуточные температуры были несколько выше среднемноголетних, только в июле температура воздуха оказалась ниже нормы на 2,3 °С. В мае выпало 91 % осадков от климатической нормы, в июне — 58,5 %, в июле — 114,8 % (немного выше нормы), в августе — 42 %. Недостаток влаги ощущался практически во все фазы развития ярового ячменя (кущение—цветение — ГТК = 1,5, налив зерна — ГТК = 1,6). Только наличие гидрогеля способствовало получению прибавки урожая от 3,3 до 4,3 %. В условиях смоделированной почвенной засухи показатели структуры урожая ярового ячменя сорта Ленинградский были лучшими в вариантах с гидрогелем на натриевой и калиевой основе при размещении геля на глубине 20-22 см. Коэффициент продуктивного кущения (1,23 и 1,25), число зерен в колосе (33 и 35 шт.), масса зерна с колоса (1,15 и 1,17 г) и масса 1000 зерен (38 г) превышали контрольные значения (см. табл. 1). В 2016 году среднесуточная температура воздуха за период вегетации незначительно превысила норму: в мае на 3 °С, в июне — на 0,8 °С, в июле — на 1 °С, в августе — на 1,1 °С. Количество выпавших осадков было неравномерным: в мае ощущался их существенный недостаток, в июне выпало 116 % от нормы, в июле — 131 %, в августе — 187 %. В период посев—кущение ГТК = 0,6; во время роста и развития яровой пшеницы (кущение—цветение) ГТК = 2,3. Это сказалось на урожайности и показателях структуры урожая яровой пшеницы сорта Дарья. При внесении на глубину 10-12 см гидрогеля Ритин-10 показатели структуры урожая были ниже, чем в контроле и в варианте с В-415 К. Лучшие показатели (масса 1000 зерен, число зерен в колосе, продуктивная кустистость) получили при внесении гидрогелей на глубину 20-22 см (см. табл. 1). Температурный фон в мае 2017 года оказался ниже нормы на 2,0-5,0 °С, выпало 31 % осадков от месячной нормы. Отклонение среднемесячной температуры воздуха в июне от климатической нормы составило 2,0-4,0 °С, месячная сумма осадков составила 93,6 %. В июле среднемесячная температура воздуха также была на 2,0-3,6 °С выше нормы, количество осадков совпало с климатической нормой. Среднемесячная температура августа оказалась на 0,4 °С выше среднемноголетних данных, выпало 148 % осадков. Год был не очень благоприятный для роста и развития ярового ячменя сорта Атаман.

При использовании гидрогелей Ритин-10 и В-415 К, размещенных в корнеобитаемой зоне, по элементам структуры урожая показатели незначительно отличались от контроля. Продуктивная кустистость составила в контроле 1,10, в вариантах с гидрогелем — 1,12-1,13. Число зерен в колосе и в контроле, и в вариантах с гидрогелем — 19 шт. Внесение гидрогелей на глубину 20-22 см значительно повысило массу 1000 зерен: с Ритином-10 — 55,1 г, с В-415 К — 52,0 г при значении в контроле 47,0 г (см. табл. 1).

Анализ корреляций между элементами структуры урожая и урожайностью зерновых культур (табл. 2) показал, что в условиях смоделированной почвенной засухи при внесении гидрогеля Ритин-10 в верхний корнеобитаемый слой урожайность зерновых культур тесно коррелировала с продуктивной кустистостью (r = 0,72), массой зерна с колоса (r = 0,62) и массой 1000 зерен (r = 0,88). Обратную корреляционную связь урожайность имела с числом продуктивных стеблей (r = -0,64) и слабую корреляцию — с числом зерен в колосе (r = 0,47). При размещении геля Ритин-10 в слое 20-22 см коэффициенты корреляции показали достаточно тесную связь урожайности со всеми элементами структуры урожая. Урожайность имела обратные корреляционные связи с числом продуктивных стеблей (r = -0,83), числом зерен в колосе (r = -0,78) и массой зерна с одного колоса (r = -0,78). При внесении полимера В-415 К на глубину 10-12 см отмечали тесную корреляцию урожайности культур с продуктивной кустистостью (r = 0,99), массой зерна с колоса (r = 0,89) и массой 1000 зерен (r = 0,63); слабая связь установлена с числом зерен в колосе (r = 0,43). При размещении геля В-415 К на глубине 20-22 см наблюдали менее тесную зависимость урожайности от числа продуктивных стеблей (r = 0,58) и зерен в колосе (r = 0,58) и тесную связь с продуктивной кустистостью (r = 0,70), массой зерна с колоса (r = 0,74) и с массой 1000 зерен (r = 0,71). Критическое значение r на 5 % уровне значимости 0,63. Основные элементы структуры урожая, на которые гидрогели в условиях смоделированной почвенной засухи оказывали существенное влияние, — продуктивная кустистость, масса зерна с колоса и масса 1000 зерен.

Таким образом, в условиях смоделированной почвенной засухи гидрогель, размещенный в корнеобитаемом слое почвы (10-12 см) высыхал и не проявил себя как влагоудерживающая почвенная добавка. Урожайность зерновых культур статистически значимо (р < 0,05) повышалась при разме-щении гелей на глубину 20-22 см. То есть для повышения продуктивности зерновых культур в условиях почвенной засухи необходимо вносить гидрогель на глубину пахотного слоя 20-22 см с предварительным влагозарядковым поливом перед посевом (3, 38).

В опытах, проведенных в Республике Казахстан на озимой пшенице сорта Стекловидная, было показано, что влияние гидрогеля Aquasorb на урожайность зависит от метеорологических условий в период вегетации. Влагообеспечение растений в значительной мере обусловлена количеством атмосферных осадков, выпавших в период вегетации, и запасами почвенной влаги, накопленной за осенне-зимний период. Недостаток естественных запасов влаги в почве существенно снижает урожайность озимой пшеницы (21, 29). Юго-восток Казахстана, где проводились полевые исследования, — это зона неорошаемого земледелия. В период вегетации зерновых культур (май-июль) там выпадает только 30-35 % среднегодовой суммы осадков, остальная часть — в послеуборочный и холодный периоды года.

Урожайность зерна озимой пшеницы в 2015 году в контроле составила 27,0 ц/га, в опытных вариантах при использовании Aquasorb в дозе 20 и 40 кг/га — соответственно 28,0 (прибавка 3,7 %) и 32,2 ц/га (19,3 %) (рис. 2). Подкормка азотом способствовала повышению урожайности в контроле до 27,9 ц/га. В опытных вариантах с гидрогелем этот агротехнический прием статистически значимо (р < 0,05) повысил урожайность зерна до 29,2 ц/га при внесении геля в дозе 20 кг/га и до 35,7 ц/га — при 40 кг/га. За вегетационный период 2015 года выпало всего 305 мм осадков, год оказался среднезасушливым, поэтому влияние гидрогеля было неоспоримо. По метеоусловиям 2016 год был среднеувлажненным, что благоприятно сказалось на урожайности. Она варьировала от 29,0 ц/га в контроле до 32,5 ц/га (прибавка 12,1 %) и 33,6 ц/га (15,9 %) при дозе гидрогеля соответственно 20 и 40 кг/га. Aquasorb в сочетании с подкормкой азотными удобрениями повысил урожайность на 3,2 ц/га (10,0 %, р < 0,05) и 5,4 ц/га (16,9 %, р < 0,01) соответственно в вариантах N₄₅ + Aquasorb (20 кг/га) и N₄₅ + Aquasorb (40 кг/га) (см. рис. 2).

Урожайность озимой пшеницы в 2017 году была ниже, чем в 2015 и 2016 годах, поскольку 2017 год оказался очень влажным (выпало 610,9 мм осадков). Урожайность достоверно повышалась с гидрогелем в дозе 40 кг/га (р < 0,01) и с дозами геля 20 и 40 кг/га в сочетании с азотной подкормкой (р < 0,05) (рис. 2). Прибавка урожайности составила от 8,0 % до 22,2 % без подкормки, с подкормкой — была в пределах 16,4-23,8 % (табл. 3).

В 2015 году за вегетационный период озимой пшеницы сумма среднесуточных температур составила 2036,4 °С, высота атмосферных осадков — 305,0 мм, что превысило значение среднемноголетних данных (231,6 мм) на 73,4 мм. В этот год, который характеризовался как среднезасушливый, азотная подкормка N₄₅ оказала положительное влияние на величину продуктивной кустистости с увеличением показателя от 1,94 шт. в контроле до 2,02 (при дозе Aquasorb 20 кг/га) и 2,10 шт. (при дозе Aquasorb 40 кг/га). Число зерен в колосе без азотной подкормки увеличилось с 27 до 32 шт. при дозе Aquasorb 20 кг/га, с азотной подкормкой — с 29 до 35 шт.; масса зерна с колоса — с 0,98 г до 1,14 г и от 1,03 г до 1,22 г).

В 2016 году из-за теплой малоснежный зимы наблюдался активный рост и развитие растений (среднесуточная температура воздуха +12,9 °С, максимальная +21,3 °С и минимальная +4,8 °С). За вегетационный период сумма среднесуточных температур составила 2126,2 °С, превысив на 465,1 °С значения среднемноголетних (1694,7 °С). Естественные влагозапасы превысили показатель 2015 года на 305,9 мм и среднемноголетний (231,6 мм) — на 379,3 мм. Условия влагообеспечения 2016 года были благоприятными, поэтому растения озимой пшеницы росли и развивались активно, что обеспечило им высокую продуктивную кустистость (от 1,83 до 2,07 шт.), значительное образование зерна в колосе (от 30 шт. в контроле до 35 шт. при внесении гидрогеля и подкормке). При этом масса зерна с колоса была высокой — от 1,04 до 1,27 г. Масса 1000 зерен в контроле — 40,9 г, при внесении гидрогеля в дозе 20 кг/га — 41,4 г, 40 кг/га — 41,9 г, то есть прибавка к контролю составила 0,5 г и 1,0 г. При проведении весенней азотной подкормки в дозе 45 кг/га обеспечивалось образование массы зерна 41,5 г в контроле и 42,0 и 42,7 г при внесении гидрогеля.

В 2017 году наблюдался некоторый дефицит тепла (1981,3 °С), особенно в весенние месяцы, из-за выпадения значительного запаса естественных атмосферных осадков (385,2 мм). Летом, напротив, повышенный тепловой режим в сочетании с дефицитом атмосферных осадков отрицательно повлияли на формирование урожая и качества зерна. Из-за недоразвитого короткого колоса формировались щуплые зерновки (от 26 до 33 шт.). Масса зерна с колоса оказалась самой низкой в контроле без подкормки — 0,96 г. Внесение гидрогеля в дозе 20 кг/га способствовало повышению массы зерна с колоса до 1,05 г. Повышение нормы гидрогеля до 40 кг/га обеспечило увеличение этого показателя до 1,15 г. Подкормка азотом повысила массу зерна с колоса от 1,01 г на контроле до 1,17 и 1,22 г. В целом масса зерна с колоса была самой низкой по сравнению с другими годами исследований. Аналогично выше рассмотренному показателю масса 1000 зерен также оказалась самой низкой в сравнении с данными 2015 и 2016 годов и в опыте колебалась от 40,2 г в контроле до 42,0 г в опытном варианте с нормой гидрогеля 40 кг/га и подкормкой.

Корреляционный анализ (табл. 4) показал тесную связь урожайности с показателями структуры урожая в полузасушливый период во всех вариантах опыта. При внесении в почву 20 кг/га гидрогеля Aquasorb была отмечена обратная корреляционная зависимость урожайности от массы зерна с колоса (r = -0,99) и массы 1000 зерен (r = -0,98), при внесении 40 кг/га тесную обратную связь установили с числом зерен в колосе (r = -0,99) и массой зерна с колоса (r = -0,87). Урожайность пшеницы также имела тесную обратную связь с числом зерен в колосе (r = -0,83) в вариантах с полимером Aquasorb при внесении доз 20 и 40 кг/га совместно с азотными удобрениями. Во влажный и среднеувлажненный годы зависимость урожайности от показателей структуры урожая тоже была сильной (r = 0,84-0,99). Менее тесную корреляционную связь в эти годы урожайность имела с числом зерен в колосе (r = -0,54; r = -0,59). Критическое значение r на 5 % уровне значимости 0,71.

Следовательно, для повышения продуктивности озимой пшеницы следует применять абсорбент Aquasorb в дозе 20 кг/га в среднеувлажненные и влажные годы и 40 кг/га — в среднезасушливые годы в комплексе с ранневесенней подкормкой азотными удобрениями.

Таким образом, наши исследования, проведенные в условиях смоделированной почвенной засухи, показали, что в вариантах с гидрогелем, внесенным в корнеобитаемый слой (10-12 см), урожайность зерновых культур незначительно отличалась от контроля (прибавка всего 3-4 %), тогда как при внесении гидрогеля на глубину 20-22 см она составила 25,0-27,7 %. При применении гидрогелей существенно изменялись продуктивная кустистость, число зерен в колосе и в наибольшей степени — масса 1000 зерен, причем на урожайность культур большое влияние оказывали масса зерна с колоса и масса 1000 зерен. В опытах Н. Kilic с соавт. (29), проведенных в засушливых условиях, отмечено, что наиболее чувствительный показатель структуры урожая к высоким температурам и засухе — число зерен в колосе. Установлена положительная и значимая корреляция между урожайностью, числом зерен в колосе и массой 1000 зерен. В другой работе (36) показано, что добавление в почву Sky Gel в дозах 4, 8 и 12 % привело к увеличению числа зерен в колосе с 45,26 в контроле до 48,94; 50,03 и 51,93 шт. Установлено, что масса 1000 зерен повышалась за счет увеличения количества Sky Gel, самый высокий показатель (4,11 г) получили при применении Sky Gel в дозе 12 %, самый низкий (3,43 г) — в контроле.

Повышение эффективности гидрогеля при более глубоком внесении в почву, отмеченное нами при контролируемой засухе, косвенно указывает на зависимость его мелиоративных свойств от водного режима среды. С этим принципиально согласуются данные, которые мы получили в полевых опытах. В зоне неорошаемого земледелия на юго-востоке Казахстана при внесении препарата Aqusorb в корнеобитаемый слой (10-12 см) эффект гидрогеля и оптимальные режимы его применения (дозы и сочетание с азотными удобрениями) в значительной степени зависели от естественного поступления влаги в почву. При этом гель существенно повлиял на все изучаемые элементы структуры урожая озимой пшеницы. J. Grabiński с соавт. (30) установили, что урожайность озимой пшеницы во многом зависит от погодных условий изучаемого года и дозы гидрогеля. Самая высокая урожайность была получена при внесении повышенной дозы (30 кг/га) полимера. Также авторы отмечают, что масса 1000 зерен была значительно выше при обработках дозами 20 кг/га и 30 кг/га гидрогеля по сравнению с минимальной дозой (10 кг/га) и контролем. Применение гидрогеля не повлияло на число растений и число продуктивных стеблей озимой пшеницы, но значительно увеличило число зерен в колосе, массу 1000 зерен и, соответственно, урожайность культуры. Китайские ученые L. Yan с соавт. (26) установили, что применение полимера Aqusorb в сочетании с азотными удобрениями может смягчить последствия влияния засухи на урожайность озимой пшеницы.

Отметим, что и при контролируемой засухе, когда полимерный гель вносили на глубину 20-22 см, и в полевых опытах при достаточно благоприятных условиях увлажнения продуктивная кустистость, масса зерна с колоса и масса 1000 зерен наиболее тесно коррелировали с урожайностью.

Итак, в условиях смоделированной почвенной засухи применение отечественных гидрогелей Ритина-10 и В-415 К статистически значимо (соответственно р < 0,001 и р < 0,01) повлияло на урожайность (повышение на 25,0-27,7 %) и элементы структуры урожая зерновых культур при размещении на глубину 20-22 см. В варианте с Ритином-10 урожайность обратно коррелировала с числом продуктивных стеблей (r = -0,83), числом зерен в колосе (r = -0,78) и массой зерна с колоса (r = -0,78), с гидрогелем В-415 К — с продуктивной кустистостью (r = 0,70), с массой зерна с 1 колоса (r = 0,74) и с массой 1000 зерен (r = 0,71). Гидрогель, внесенный в корнеобитаемый слой почвы (10-12 см), без полива высыхал и не действовал в качестве влагоудерживающей почвенной добавки. В полевых условиях гидрогель повышал урожайность зерна пшеницы в вариантах Aquasorb (20 кг/га) + N₄₅ (р < 0,05) и Aquasorb (40 кг/га) + N₄₅ (р < 0,01). В полузасушливый период при дозе Aquasorb 20 кг/га урожайность имела тесную обратную корреляцию с массой зерна с колоса (r = -0,99) и массой 1000 зерен (r = -0,98), при дозе 40 кг/га — с числом зерен в колосе (r = -0,99) и массой зерна с колоса (r = -0,87). Урожайность пшеницы также тесно коррелировала с числом зерен в колосе (r = -0,83) при применении Aquasorb (20 кг/га и 40 кг/га) совместно с азотными удобрениями. Во влажный и среднеувлажненный годы отмечали сильную зависимость урожайности от показателей структуры урожая (r = 0,84-0,99). Следовательно, в полевых условиях при засушливом вегетационном периоде необходимо внесение высокой дозы гидрогеля (40 кг/га) в сочетании с азотными удобрениями. При среднеувлажненных и влажных вегетационных периодах достаточно дозы 20 кг/га в сочетании с азотной подкормкой.

ЛИТЕРАТУРА

1. Li X., He J.-Z., Hughes J.M., Liu Y.-R., Zheng Y.-M. Effects of super-absorbent polymers on a soil-wheat (Triticum aestivum L.) system in the field. Applied Soil Ecology, 2014, 73: 58-63 (doi: 10.1016/j.apsoil.2013.08.005 ).
2. Годунова Е.И., Гундырин В.Н. Роль гидрогеля в улучшении влагообеспеченности озимой пшеницы по полупару в зоне неустойчивого увлажнения Ставропольского края. Достижения науки и техники АПК, 2015, 29(5): 57-59.
3. Данилова Т.Н. Влияние полимерных гелей «Ритин-10» и «В 415-К» на водообеспечение зерновых культур в условиях почвенной засухи. Агрофизика, 2018, 1: 1-9 (doi: 10.25695/AGRPH.2018.01.01 ).
4. Смагин А.В., Садовникова Н.Б. Влияние сильнонабухающих полимерных гидрогелей на физическое состояние почв легкого гранулометрического состава. М., 2009.
5. Садовникова Н.Б., Смагин А.В. Технологии почвенного конструирования с использованием природных и синтетических биополимеров. Экологический вестник Северного Кавказа, 2012, 8(3): 5-30.
6. Gilbert С., Peter S., Wilson Ng., Edward M., Francis M., Sylvester K., Erick B. Effects of hydrogels on soil moisture and growth of Cajanus cajan in semi arid zone of Kongelai, West Pokot county. Open Journal of Forestry, 2014, 4(1): 34-37 (doi: 10.4236/ojf.2014.41006).
7. Данилова Т.Н., Табынбаева Л.К., Кененбаев С.Б., Бойко В.С. Роль абсорбента AQUASORB в повышении водоудерживающей способности почв. Агрофизика, 2018, 2: 1-8 (doi: 10.25695/AGRPH.2018.02.01).
8. Тибирьков А.П., Филин В.И. Влияние полимерного гидрогеля и условий минерального питания на урожай и качество зерна озимой пшеницы на светло-каштановых почвах. Известия НВАУК: наука и высшее профессиональное образование, 2012, 3(27): 2-5.
9. Montesano F.F., Parente A., Santamaria P., Sannino A., Serio F. Biodegradable superabsorbent hydrogel increases water retention properties of growing media and plant growth. Agriculture and Agricultural Science Procedia, 2015, 4(451): 451-458 (doi: 10.1016/j.aaspro.2015.03.052 ).
10. Demitri C., Sole R.D, Scalera F., Sannino A., Vasapollo G., Maffezzoli A., Ambrosio L., Nicolais L. Novel superabsorbent cellulose-based hydrogels crosslinked with citric acid. Journal of Applied Polymer Science, 2008, 110(4): 2453-2460 (doi: 10.1002/app.28660 ).
11. Puoci F., Iemma F., Spizzirri U.G., Cirillo G., Curcio M., Picci N. Polymer in agriculture: a review. American Journal of Agricultural and Biological Science, 2008, 3(1): 299-314.
12. Shahid S.A., Qidwai A.A., Anwar F., Ullah I., Rashid U. Improvement in the water retention characteristics of sandy loam soil using a newly synthesized poly (acrylamide-co-acrylic acid)/ AIZnFe2O4 superabsorbent hydrogel nanocomposite material. Molecules, 2012, 17(8): 9397-9412 (doi: 10.3390/molecules17089397 ).
13. Milani P., França D., Balieiro A.G., Faez R. Polymers and its applications in agriculture. Polimeros, 2017, 27(03): (doi: 10.1590/0104-1428.09316).
14. Hüttermann A.L., Orikiriza L.J.B., Agaba H. Application of superabsorbent polymers for improving the ecological chemistry of degraded or polluted lands. Clean Soil, Air, Water, 2009, 37(7): 517-526 (doi: 10.1002/clen.200900048 ).
15. Teodorescu M., Lungu A.M., Stanescu P., Neamţu C. Preparation and properties of novel slow-release NPK agrochemical formulations based on poly (acrylic acid) hydrogels and liquid fertilizers. Industrial & Engineering Chemistry Research, 2009, 48(14): 6527-6534 (doi: 10.1021/ie900254b ).
16. Singh A., Sarkar D.J., Singh A.K., Parsad R., Kumar A., Parmar B.S. Studies on novel nanosuperabsorbent composites: Swelling behavior in different environments and effect on water absorption and retention properties of sandy loam soil and soil less medium. Journal of Applied Polymer Science, 2011, 120(3): 1448-1458 (doi: 10.1002/APP.33263).
17. Banedjschafie S., Durner W. Water retention properties of a sandy soil with superabsorbent polymers as affected by aging and water quality. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2015, 178(5): 798-806 (doi: 10.1002/jpln.201500128 ).
18. Данилова Т.Н. Влияние полимерных гелей на диапазон доступной влаги дерново-подзолистой почвы. Агрофизика, 2020, 3: 17-22 (doi: 10.25695/AGRPH.2020.03.03).
19. Liao R., Wu W., Ren S., Yang R. Effects of superabsorbent polymers on the hydraulic parameter and water retention properties of soil. Journal of Nanomaterials, 2016: 5403976 (doi: 10.1155/2016/5403976).
20. Yang W., Li P., Guo S., Fan B., Song R., Zhang J., Yu J. Compensating effect of fulvic acid and super-absorbent polymer on leaf gas exchange and water use efficiency of maize under moderate water deficit conditions. Plant Growth Regulation, 2017, 83: 351-360 (doi: 10.1007/s10725-017-0297-9).
21. Данилова Т.Н., Табынбаева Л.К. Полимерные гели для управления водообеспеченностью пшеницы (Triticum aestivum L.) в разных экологических условиях. Сельскохозяйственная биология, 2019, 54(1): 76-83 (doi: 10.15389/agrobiology.2019.1.76rus ).
22. Ионова Е.В. Устойчивость сортов и линий пшеницы, ячменя и сорго к региональному типу засухи. Докт. дис. Краснодар, 2011.
23. Ekebafe L.O., Ogbeifun D.E., Okieimen F.E. Polymer application in agriculture. Biokemistri, 2011, 23(2): 81-89.
24. Cheruiyot G., Sirmah P., Ngetich W., Mengich E., Mburu F., Kimaiyo S., Bett E. Effects of hydrogels on soil moisture and growth of Cajanus cajan in semi arid zone of Kongelai, West Pokot County. Open Journal of Forestry, 2014, 4(1): 34-37 (doi: 10.4236/ojf.2014.41006).
25. Khadem S.A., Galavi M., Ramrodi M., Mousavi S.R., Rousta M.J., Moghadam R.P. Effect of animal manure and super absorbent polymer on corn leaf relative water content, cell membrane stability and leaf chlorophyll content under under dry condition. Australian Journal of Crop Science, 2010, 4: 642-647.
26. Yan L., Shi Y. Effect of drought stress on growth and development in winter wheat with Aquasorb-fertilizer. Advance Journal of Food Science and Technology, 2013, 5(11): 1502-1504 (doi: 10.19026/ajfst.5.3374).
27. Hayat R., Ali S. Water absorption by synthetic polymer (Aquasorb) and its effect on soil properties and tomato yield. International Journal of Agriculture and Biology, 2004, 6: 998-1002.
28. Orikiriza L.J.B., Agaba H., Eilu G., Tweheyo M., Kabasa J.D., Hüttermann A. Amending soils with hydrogels increases the biomass of nine tree species under non-water stress conditions. Clean Soil Air Water, 2009, 37(8): 615-620 (doi: 10.1002/clen.200900128 ).
29. Kilic H., Yagbasanlar T. The effect of drought stress on grain yield, yield components and some quality traits of durum wheat (Triticum turgidum ssp. durum) cultivars. Notulae Botanicae Horti Agrobotanici Cluj-Napoca, 2010, 38(1): 164-170.
30. Grabiński J., Wyzińska M. The effect of superabsorbent polymer application on yielding of winter wheat (Triticum aestivum L). Agricultural Sciences (Crop Sciences, Animal Sciences), 2018: 55-60 (doi: 10.22616/rrd.24.2018.051).
31. Tabynbayeva L.K., Kenenbayev S.B., Suleimenova M.S., Tinibayev N.K., Boiko V.S. Impact of absorbing agent on moisture reserves of winter wheat in the conditions of semiprovided dry farming land of the South-East of Kazakhstan. On Line Journal of Biological Sciences, 2017, 17(2): 35-39 (doi: 10.3844/ojbsci.2017.35.39).
32. Табынбаева Л.К. Влияние абсорбента «Аквасорб» на продуктивность зерновых культур в условиях предгорно-степной зоны юго-востока Казахстана. Докт.дис. Алматы, 2018.
33. Cannazza G., Cataldo A., De Benedetto E., Demitri C., Madaghiele M., Sannino A. Experimental assessment of the use of a novel superabsorbent polymer (SAP) for the optimization of water consumption in agricultural irrigation process. Water, 2014, 6(7): 2056-2069 (doi: 10.3390/w6072056).
34. Barihi R., Panahpour E., Beni M.H.M. Super absorbent polymer (Hydrogel) and it is application in agriculture. World of Sciences Journal, 2013, 1(15): 223-228.
35. Dabhi R, Bhatt N., Bipin P. Super absorbent polymers — an innovative water saving technique for optimizing crop yield. International Journal of Innovative Research in Science, Engineering and Technology, 2013, 2: 5333-5340.
36. Saifuldeen A. Salim. Effect of water-retaining agent (Sky Gel) on soil physical properities, growth, yield and water use efficiency of wheat (Triticum aestivum L.) plant. J. Biol. Chem. Environ. Sci., 2015, 6(1): 1-14.
37. Моисеев К.Г. Гончаров В.Д., Зинчук Е.Г., Рижия Е.Я., Бойцова Л.В., Гурин П.Д., Старцев А.С., Пищик В.Н. База данных почвенного покрова Меньковского филиала ГНУ АФИ Россельхозакадемии (структура почвенного покрова, геоморфологическое строение, физические и геохимические свойства почв). Свидетельство о регистрации базы данных RU 2013620682. Заявка №2013620301 от 22.03.2013.
38. Данилова Т.Н. Влияние гидрогелей на показатели структуры урожая зерновых культур в условиях почвенной засухи «засушник» и в полевых условиях. Известия СПб ГАУ, 2021, 3(64): 31-39 (doi: 10.24412/2078-1318-2021-3-31-39 ).
39. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М., 1985: 84-88.

ORCID:
Danilova T.N. orcid.org/0000-0001-6926-6155
Tabynbayeva L.K. orcid.org/0000-0001-9721-6737

The use of water-absorbing hydrogels capable to regulate the soil water regime allows for a significant increase in crop production in arid and semi-arid climatic zones. Polyacrylamide and poly-acrylonitrile hydrogels cyclically (over several years) absorb and release moisture, so they are most effective in agriculture. This paper shows that three polymer gels of different origin have similar effect on the yield structure and productivity of grain crops compared under controlled soil drought and in field tests. Domestic gels had the greatest effect on the 1000-grain weight. The type of hydrogel (either sodium or potassium base) did not significantly influenced the yield structure parameters. This work aimed to evaluate grain crops’ productivity and yield structure as affected by polymer gels V-415 K and Ritin-10 (Russia) under simulated soil drought compared to the polymer Aquasorb (France) under field conditions of a zone of insufficient moisture. Microfield trials were performed on spring barley (Hordeum vulgare L.) cv. Leningradsky in 2015, spring wheat (Triticum aestivum L.) cv. Daria in 2016 and spring barley cv. Ataman using bottomless pots (Agrophysical Institute, Menkovsky branch, Leningrad Province) using pots without a bottom with an area of 0.075 m² and a volume of 0.0025 m³. The pots were filled with sod-podzolic sandy loamy soil according to the soil horizons’ order. The treatments were a control (N₉₀P₉₀K₉₀); N₉₀P₉₀K₉₀ + Ritin-10 at 10-12 cm depth; N₉₀P₉₀K₉₀ + V-415 K at 10-12 cm depth; N₉₀P₉₀K₉₀ + Ritin-10 at 20-22 cm depth; N₉₀P₉₀K₉₀ + V-415 K at 20-22 cm depth. The dose of each hydrogel was 4 g/m², the seeding rate was 50 pcs/pot. Soil moisture in the pots was measured twice a week to calculate necessary watering rate. The effect of soil drought (55-60 % water holding capacity) was assessed from the tillering phase to full ripeness. The productivity of winter wheat (T. aestivum) cv. Steklovidnaya 24 as influenced by polymer gel Aquasorb (SNF s.a.s., France) was studied in the Republic of Kazakhstan in 2015-2017 (experimental fields of the Kazakh Research Institute of Agriculture and Plant Growing). Two doses of the absorbent (20 and 40 kg/ha) and their combination with nitrogen supplementation (N₄₅) were tested. The total number of plants per pot (per 1 m² in field trials), the number of productive plants, and productive bushiness coefficient, the ear length, the number of grains per ear, the grain mass per ear, and the 1000-grain weight were determined. The grain yield under a controlled “drought” when the hydrogels were introduced into the root layer (10-12 cm) differed slightly from the control (an increase by only 3-4 %). For the 20-22 cm depth, the yield exceeded the control by 25.0-27.7 % (р < 0.01). The hydrogels significantly influenced the yield structure parameters for productive bushiness coefficient, the number of grains per ear and the 1000-grain weight. With Ritin-10 hydrogel, the yield inversely correlated with the number of productive stems (r = -0.83), the number of grains per ear (r = -0.78) and the grain weight per ear (r = -0.78). With B-415 K, the correlation coefficients showed a close relationship between yield and tillering (r = 0.70), with the grain mass per ear (r = 0.74) and with the 1000-grain weight (r = 0.71). Under the simulated soil drought, the hydrogels had the greatest impact on the 1000-grain weight. Under field conditions of Kazakhstan, the yield of winter wheat largely depended on weather conditions. In a dry 2015, the hydrogel at a dose of 40 kg/ha with nitrogen fertilizers increased the crop yield by 6.6 c/ha compared to the control. The hydrogel together with nitrogen fertilizers also significantly (p < 0.05) increased the crop yield in a moderately wet 2016; in a wet 2017, the grain yield increased significantly (p < 0.01), up to 16.4-23.8% depending on the dose of the hydrogel. Aqusorb gel significantly affected all elements of yield structure. In the semi-arid period, when 20 kg/ha of Aquasorb hydrogel was applied, there was an inverse correlation between the yield and the grain mass per ear (r = -0.99) and the 1000-grain weight (r = -0.98). For a dosage of 40 kg/ha, there was a close correlation with the number of grains per ear (r = -0.99) and the grain mass per ear (r = -0.87). Wheat yield also had a close inverse relationship with the number of grains per ear (r = -0.83) when Aquasorb (20 or 40 kg/ha) was used with nitrogen fertilizers. In humid and moderately humid years, the dependence of yield on yield structure indicators is also strong (r = 0.84-0.99). Thus, the hydrogel introduced into the 10-12 cm soil layer dries out without watering and does not act as a water-retaining soil additive. A significant increase in the grain yield can be obtained by laying polymer gels to a depth of 20-22 cm after water-charging irrigation of the arable layer. In field conditions, during dry growing seasons, it is necessary to apply a high dose of hydrogel (40 kg/ha) in combination with nitrogen fertilizers. In moderately humid and humid growing seasons, a dose of 20 kg/ha is sufficient in combination with nitrogen fertilization.

Keywords: polymer gel, soil drought, water stress, barley, spring wheat, winter wheat, yield.