Предмет и методы агрохимии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Агрохимия - наука об оптимизации питания растений, о применении удобрений и плодородии почвы с учетом биоклиматического потенциала для получения высокого урожая и качества продукции.

Задачей агрохимии является изучение круговорота веществ в земледелии и выявление тех мер воздействия на химические процессы, протекающие в почве и растениях, которые могут повышать урожай или изменять его качество. Задача агрохимии состоит в том, чтобы применением удобрений создать оптимальные условия для питания растений.

Рисунок 1 Схема взаимоотношений между растениями, почвой и удобрениями

Агрохимические средства существенно влияют на химические и физические свойства почвы, а также на активность и направленность микробиологических процессов, но одновременно и сами изменяются под влиянием свойств почвы.

Урожайность зависит от трех факторов: климата, почвы и самого возделываемого растения. Климат же трудно поддается изменениям, но смягчить его действие можно путем улучшения свойств почв, находящихся в данном регионе. Изменяя свойства почвы, человек может в определенной мере регулировать в желательном направлении эффект климатических условий на растения. Прогресс в развитии теоретических положений формирования количества и качества продукции культурных растений вызвал необходимость введения биоклиматического потенциала в понятие агрохимии. Во всех случаях, прежде всего, необходимо выяснить биоклиматический потенциал данного района или области, после чего, используя агрохимические средства, создать оптимальные условия питания сельскохозяйственных культур.

Учет погодно-климатических условий -- неотъемлемая часть полевого агрохимического опыта. Тесную диалектическую взаимосвязь четырех факторов агрохимии можно представить схемой (рисунок 2).

Рисунок 2 Диалектическая взаимосвязь системы почва-климат-удобрения-растения

Основные задачи агрохимии на современном этапе - изучение свойств и химического состава различных видов органических и минеральных удобрений и их влияния на круговорот и баланс питательных веществ в земледелии; свойств почв и воспроизводство их плодородия; питания растений и обмен в них органических и минеральных веществ в процессе вегетации; биологической активности почвы и ее биоразнообразие; формирования количества и качества продукции; агроэкологических функций агрохимии в системе почва-растение; экономико-энергетических показателей эффективности использования агрохимических средств (рисунок 3).

Главная задача агрохимии - получение высоких урожаев полноценной по качеству продукции на основе глубоких научных знаний, с наименьшими ресурсными затратами и улучшением природной среды.

Агрохимия изучает сложные процессы взаимосвязи факторов роста и развития растений в конкретных почвенно-климатических условиях. Вскрыв закономерности этих процессов, можно определить пути оптимизации питания растений с помощью макро- и микроудобрений, регулировать обмен веществ в растении в процессе вегетации в целях получения высокого урожая возделываемой культуры и улучшения качества продукции.

Рисунок 3 Объекты изучения агрохимии

Диалектическую взаимосвязь комплекса этих задач необходимо учитывать при разработке программы исследований, приемов или новых технологий с интенсивным применением удобрений в системе агрономических и лесотехнических мероприятий. За последние годы возрастает значение экономической и экологической оценок эффективности применения удобрений, установлены и достаточно изучены экологические функции агрохимии.

В соответствии с задачами агрохимии выделяют методы исследований растений, почв и удобрений (рисунок 4): лабораторные, физиолого-агрохимические и полевые опыты. За последние годы достигнут прогресс в разработке высокопроизводительных и точных физико-химических и физических методов лабораторного анализа, а соответственно и современного лабораторного оборудования.

Рисунок 4 Основные методы агрохимии

Широкое распространение получили такие методы, как фотометрия, хроматография, спектроскопия, атомно-абсорбционная спектрофотометрия, рентгенофлуоресцентный, нейтронно-активационный анализ, масс-спектрометрия и др. Для более точных исследований обмена веществ в растении широко используются методы стабильных и радиоактивных изотопов.

В последние годы стала широко применяется комплексная почвенно-растительная диагностика питания растений и применения удобрений, в которой сочетаются анализ почвы в лаборатории на точных современных приборах для установления оптимальных доз основного удобрения с последующей корректировкой доз удобрений в подкормке в процессе вегетации культуры после анализа растений в поле. Это позволяет оптимизировать питание растений (например, азотом) с помощью удобрений в процессе всей вегетации растений и получать планируемый урожай высококачественной продукции.

Вторая группа методов - физиолого-агрохимические, включающие вегетационные (эксперименты проводятся в специальных сосудах, размещаемых в вегетационных павильонах-домиках, теплицах) и лизиметрические методы (исследования проводятся в больших сосудах - 1x1x1; 1x1x2 м и т.д. - с изолированными по вертикали стенками в условиях, близких к естественным). В практике часто вегетационный и лизиметрический методы применяются в сочетании и дополняют друг друга. К физиолого-агрохимическим методам относятся исследования в фитотронах, где контролируются и регулируются все показатели продукционного процесса растений: корневое питание, водообеспечение, интенсивность и качество света, температурный режим, фотосинтез, газовый обмен и др. Это наиболее точный метод физиолого-биохимических и агрохимических исследований, позволяющий вскрыть процесс обмена веществ по широкой программе исследований с участием всех факторов жизни растений, определить потенциальную продуктивность растений и пути ее реализации для конкретного генотипа, создать динамическую модель продукционного процесса.

Третья группа методов агрохимических исследований - полевые опыты. Полевой опыт с удобрениями - это опыт, проводимый в полевых условиях для определения действия удобрений на урожай сельскохозяйственных культур, его качество, а также на плодородие почвы.

Мелкоделяночные опыты проводятся для более глубоких, чаще поисковых, экспериментов. Они проводятся в условиях близких к естественным и сочетаются с вегетационными и лизиметрическими опытами. В них часто используются меченые атомы, создаются и проверяются модели почв высокого плодородия, испытываются новые виды и формы удобрений, их сочетание с другими химическими средствами или микробиологическими исследованиями и т.д. Опыты с удобрениями проводятся в полевых условиях на делянках площадью не более 10м².

В краткосрочных полевых опытах действие удобрений на урожай и качество сельскохозяйственных культур изучается не менее трех лет в определенных почвенных условиях. Такие опыты носят в большей степени практический характер, чем мелкоделяночные. Данные этих опытов широко используются для определения потребности в различных видах и формах минеральных удобрений в зональном аспекте или административном (район, область, республика), а также при определении перспективной потребности страны в различных видах и формах удобрений. Результаты этих опытов вводятся в банк данных, а затем с помощью ЭВМ по соответствующей программе выдается необходимая информация.

Мелкоделяночные и краткосрочные полевые опыты широко используются и для совершенствования методов комплексной почвенной и растительной диагностики оптимизации питания растений и применения удобрений.

Стационарный опыт с удобрениями - это полевой опыт с систематическим внесением удобрений, проводимый на одном участке, в севообороте, в звене севооборота или при бессменной культуре. Опыты проводятся в условиях, близких к производственным. Хорошо выдержанные в методическом отношении длительные стационарные опыты с удобрениями или многофакторные представляют большую ценность для развития науки, использования информации для определения перспектив применения удобрений в стране.

Производственные опыты с удобрениями проводятся в производственных условиях для проверки рекомендаций и экономической оценки действия удобрений на урожай и его качество. Схемы их, как правило, краткие и предназначены для испытания и доработки научных рекомендаций в условиях производства, в конкретных почвенно-климатических условиях. Результаты производственных опытов играют большую роль при внедрении и обосновании эффективности одного или комплекса приемов химизации земледелия при подготовке практических рекомендаций. почва удобрение агрохимический растение

Целью самостоятельной работы является изучение теоретических основ питания растений и питательных режимов различных типов почв, особенно в лесных экосистемах, и их значение для правильного применения удобрений в лесном хозяйстве; методов химической и биологической мелиорации почв при восстановлении и возобновлении лесов; системы удобрений в лесопитомниках. Эта дисциплина, изучающая взаимодействие растений, почвы и удобрений, позволяет изучить в сумме воздействие всех факторов на произрастающие растения и выявить их влияние на продуктивность.

Изучение её необходимо для разработки систем управления круговоротом и балансом химических элементов в системе почва - растение, правильно обеспечить дифференцированный подход к применению удобрений с учётом обеспеченности почв доступными формами элементов питания, почвенно-климатических факторов, требовательности различных пород к условиям питания; правильно установить дозы удобрений, химических мелиорантов и определить способы их внесения как основного средства повышения продуктивности древесных пород и улучшения их качества и биологического круговорота веществ;

Основные разделы агрохимии:

· питания растений, химия почвы и удобрений;

· взаимодействие удобрений с почвой и микроорганизмами;

· применения удобрений под отдельные растения;

· система удобрения в севообороте;

· методика агрохимических исследований;

· химические средства борьбы с сорняками, болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур.

Марганцевые удобрения

Положительный эффект от применения марганцевых удобрений отмечается на черноземах, карбонатных, солонцеватых и каштановых и бурых полупустынных почвах, содержащих мало усвояемого для растений марганца. На северных дерново-подзолистых почвах эти удобрения, как правило, не дают положительного эффекта, а в ряде случаев отрицательно влияют на растения. Особое внимание на применение этих удобрений следует обращать на щелочных, нейтральных и карбонатных почвах, легких по гранулометрическому составу. Не всегда марганцевые удобрения положительно действуют и на различных типах почв южной половины европейской части нашей страны.

Марганец в почвах находится в двух-, трех- и четырехвалентном состоянии. Растениям доступны соединения двухвалентного марганца. Соединения марганца других валентностей очень неустойчивы, особенно его трехвалентная форма. В восстановительной среде присутствует Мn⁴⁺, образующий труднорастворимые соединения. При обильном орошении и в дождливую погоду создаются анаэробные условия, усиливаются восстановительные процессы, в почвах увеличивается содержание доступного марганца и снижается действие марганцевых удобрений. На орошаемых землях марганец не применяется. В сухую погоду, особенно на карбонатных почвах со щелочной реакцией среды, двухвалентный марганец окисляется до трех- и четырехвалентной форм, недоступных растениям. В этих условиях повышается эффективность марганцевых удобрений. Подвижность марганца повышается при внесении в почву аммиачных форм азотных удобрений, в связи с чем поступление этого элемента в растения увеличивается.

Применение извести, а также щелочных форм удобрений, наоборот, уменьшает подвижность почвенного марганца и поступление его в растения. Дерново-подзолистые почвы содержат, как правило, наибольшее количество марганца. От недостатка марганца в почве особенно сильно страдают сахарная, кормовая и столовая свекла, пшеница, кукуруза на зерно, ячмень, люцерна, овощные и плодовые.

Марганцевые удобрения применяют при внесении их в почву, при предпосевной обработке семян и для некорневой подкормки. Для внесения в почву под сахарную свеклу, зерновые, кукурузу, овощные, масличные и другие культуры применяют марганизированный суперфосфат в дозе 2-3 ц/га под вспашку или под предпосевную культивацию. В рядки при посеве - доза 0,5-1 ц/га. Также вносят марганизированную нитрофоску, дозу ее рассчитывают по содержанию азота, фосфора и калия. До посева можно вносить и марганцевый шлам в дозе 0,5-2 ц/га.

Предпосевную обработку семян можно проводить путем сухого опудривания. Для лучшего прилипания к семенам сернокислый марганец хорошо просушивают, тонко растирают и смешивают с тальком. Обработку семян сухим порошком сернокислого марганца можно проводить совместно с протравливанием ядохимикатами. Некорневую подкормку проводят слабым раствором сернокислого марганца. При опрыскивании с самолета одного гектара посева 150-200 г сернокислого марганца растворяют в 100 л воды, а при использовании наземных опрыскивателей - в 300-400 л.

Марганцевые удобрения повышают урожайность сельскохозяйственных культур и способствуют улучшению качества получаемой продукции. Повышается содержание белка, сахаров, сырого протеина, клейковины, жиров и витаминов.

Органические удобрения

Воспроизводство плодородия почв, создание положительного или бездефицитного баланса питательных веществ для растений и гумуса в почве - важнейшие задачи в условиях интенсивного земледелия. Эти задачи можно успешно решать при систематическом научно-обоснованном применении органических и минеральных удобрений в севообороте. Поэтому значение органических удобрений в отечественном земледелии никогда не снизится даже при полном удовлетворении сельского хозяйства минеральными удобрениями. Добиться расширенного воспроизводства плодородия почв и систематического роста продуктивности земледелия можно при использовании органических удобрений: навоза, различных видов компостов, птичьего помета, зеленого удобрения, излишков соломы и др. Мировой опыт земледелия показывает, что чем выше культура земледелия, тем больше уделяется внимания накоплению, правильному хранению и использованию органических удобрений.

Навоз - основное органическое удобрение. Он оказывает комплексное многостороннее воздействие на почву. Это источник азота, зольных макроэлементов (P, K, S, Ca, Mg, Fe) и микроэлементов (B, Mo, Mn и др.) Навоз пополняет запас подвижных питательных элементов в почве, улучшает круговорот макро- и микроэлементов в системе почва-растение. Кроме того, при внесении навоза улучшаются физико-химические свойства почвы, водный и воздушный режимы, снижается вредное действие почвенной кислотности на рост растений и жизнедеятельность микроорганизмов, растения обеспечиваются углекислотой. 20-30т навоза содержат 1т зольных веществ, 0,5 т Ca и Mg.

Навоз бывает подстилочный и бесподстилочный. Составные части свежего подстилочного навоза - в основном твердые и жидкие экскременты животных и подстилка. В экскременты поступает примерно 40-50% органического вещества, столько же азота и 60-70% фосфора и калия от исходного содержания их в корме. В качестве подстилки используется солома ржаная (2-6 кг на голову/сутки), торф верховой (6 кг) и низинный (20 кг). Выход на 1 корову - 10-12 т навоза. Химический состав и удобрительная ценность навоза зависят от вида животных, кормов, вида и количества подстилки, способа хранения и т.д.

Питательные вещества в навозе в легкоусвояемой форме находятся в небольшом количестве, более доступны они становятся после его разложения.

Выделяют четыре стадии разложения навоза:

- свежий слаборазложившийся навоз - солома незначительно изменяет цвет и прочность;

- полуперепревший навоз - солома тёмно-коричневая, теряет прочность и разрывается, навоз теряет 10-30% массы и такое же количество сухого органического вещества;

- перепревший навоз - однородная масса, навоз теряет 50 % массы и сухого органического вещества;

- перегной - рыхлая тёмная масса, навоз теряет 75 % массы и сухого органического вещества.

Лучшим считается полуперепревший навоз.

Бесподстилочный навоз - жидкий навоз, накапливается на животноводческих промышленных комплексах. Это смесь экскрементов животных с водой, включающая иногда и потери корма. В жидком навозе 50-70 % азота находится в растворимой форме, которая хорошо усваивается растениями в 1 год. Остальная часть - органически связанный (белковый) азот, по мере минерализации превращается в доступную для растений форму. Фосфор находится в органически связанной форме, но легко доступен растениям. Калий - в растворимой форме, легко усваивается растениями.

Жидкий навоз, получаемый на крупных животноводческих комплексах промышленного типа, перед использованием подлежит обеззараживанию

Навозная жижа - ценное быстродействующее азотно-калийное удобрение. В зависимости от вида животных и времени хранения содержит от 0,02 до 0,8 % азота и от 0,05 до 1 % калия. Азотистые соединения представлены мочевиной, мочевой и гипуровой кислотами.

Компостирование - один из приёмов накопления местных органических удобрений. Обычно компост состоит из двух компонентов, неодинаковых по устойчивости к разложению микроорганизмами. Один из них (торф, земля) выступает в роли поглотителя влаги, аммиака и без компостирования слабо разлагается, другой (навоз, фекалии и т.п.) обогащён микрофлорой и содержит значительное количество легко разлагающихся азотсодержащих органических соединений.

Компост можно считать готовым, когда вся его масса становится однородной и рассыпчатой. Обычно готовят торфонавозные компосты в соотношении торф: навоз как 1:1; торфожижевые и торфофекалиевые - в соотношении торф: жижа или торф: фекалий как 1:0,5 или 1:1, земляные - 1:1. При компостировании можно добавлять фосфоритную муку 1,5-2 % от массы компонента. Компосты из городского мусора - компостируют при высоких температурах, предварительно очищая от железа и стекла. Содержат 0,6-0,7 % азота, 0,6-0,8 %калия и 0,5-06 % фосфора на сухое вещество. Наиболее целесообразно внесение компостов осенью под зяблевую вспашку или весной под перепашку зяби.

Птичий помёт по удобрительным качествам превосходит навоз, концентрированное удобрение. Содержит 1,5-2,5 % азота, 1-2 % фосфора и 1 % калия, 0,3 % железа и микроэлементы Mn, Zn, Co, Cu. Для уменьшения потерь азота его компостируют с торфом, соломой, опилками.

Зеленым удобрением называют зеленую массу бобовых растений, запахиваемую в почву в целях обогащения ее азотом и органическим веществом. Этот прием называют также сидерацией, а растения, возделываемые на зеленое удобрение, -- сидератами. С зелёным удобрением в почву вносят до 35--40 т/га органической массы (не считая корней), содержащей 100-200 кг азота. Коэффициент использования азота зеленого удобрения (в первый год действия) вдвое выше, чем навоза, при этом его потери исключены. В качестве сидератов преимущественно возделывают бобовые растения (люпин, сераделла, донник, озимая вика, астрагал, чина эспарцет и др.).

Зеленое удобрение - незаменимое средство повышения плодородия малоокультуренных почв, особенно в районах, где ощущается недостаток навоза или затруднена его перевозка. Зеленые удобрения снижают засоренность полей, выполняя фитосанитарную роль, повышают продуктивность севооборота и качество получаемой продукции.

Солома - важный источник органического удобрения. Она содержит в среднем 0,5 % азота, 0,25 % -- фосфора и 0,8 % калия. В сочетании с соответствующим минеральным удобрением, жидким навозом или с используемыми в качестве сидератов бобовыми культурами солома по действию на содержание гумуса в почве часто не уступает эквивалентному количеству навоза.

Существует несколько способов применения соломы на удобрение. Прежде всего, измельченную и разбросанную по полю солому запахивают осенью при подъеме зяби или весной в районах достаточного увлажнения. Этот прием целесообразно сочетать с зеленым удобрением. В ряде случаев, особенно на почвах тяжёлого гранулометрического состава и во влажных районах, разбросанную по полю солому не запахивают, а разделывают поверхностно лущильником, дисковой бороной или фрезой. Запахивать солому необходимо в первую очередь на полях, удаленных от ферм, куда навоз вывозить экономически невыгодно.

Солому применяют также в качестве мульчи в борьбе с водной эрозией и дефляцией почв. Все это свидетельствует о необходимости широкого использования на удобрение излишков соломы в качестве важного источника гумуса почвы как фактора её плодородия.

Размещено на Allbest.ru