лекция почва. ЛЕКЦИЯ 1. Лекция 1 Вопрос Предмет, цели, задачи и методы агрохимии
 Скачать 47.21 Kb.
|
|
ЛЕКЦИЯ №1 Вопрос 1. Предмет, цели, задачи и методы агрохимии Агрохимия – наука, которая изучает особенности питания растений состав и свойства почв и удобрений, а также взаимодействие этих трех объектов в процессе питания растений. Кроме того, агрохимия изучает баланс и круговорот питательных элементов в земледелии. Значение указанных вопросов позволяет наиболее эффективно применять удобрения, что может обеспечить получение высоких урожаев сельскохозяйственных культур с хорошими показателями качества. А незнание может привести к большим неудачам. Например, многочисленные исследования отечественных и зарубежных ученых показали, что для получения высоких урожаев с хорошим качеством у таких урожаев с хорошим качеством у таких очень распространенных сельскохозяйственных культур, как озимая пшеница и сахарная свекла система удобрения вследствие особенностей их питания на разных типах почв должна сильно различаться. Для получения высоких урожаев озимой пшеницы с хорошими показателями качества под эту культуру надо вносить наравне с достаточным количеством фосфорно-калийных удобрений, к тому же вносить их дробно в несколько приемов, чтобы растения от начала до конца вегетации были обеспечены этим элементом. При таком внесении удобрений урожай озимой пшеницы бывает высоким, а зерно содержит много белка, что позволяет готовить из него хлеб отменного качества. Всякое отклонение дозы азота в большую или в меньшую сторону от оптимальной отрицательно сказывается на величине и качестве урожая. Повышение дозы вызывает полегание растений, а снижение – дефицит азота. И в том и в другом случаях снижается урожай и ухудшается качество зерна. Сахарной свекле тоже необходимы все три элемента, но азот должен преобладать в первой половине вегетации, когда растения формируют вегетативные органы. Во второй половине вегетации, когда формируется корень и накапливается в нем сахар, должны преобладать фосфор и калий. Повышенная обеспеченность культуры азотом вызывает рост ботвы в ущерб формированию корня, повышенное накопление в растениях «вредного» белка в ущерб накоплению сахара, а «вредный» белок в последующем мешает извлечению сахара их корней сахарной свеклы. Или другой пример, когда внесение свежего навоза под огурец, снижая пустоцвет способствует повышению урожая этой культуры, тогда как при внесении такого же навоза под морковь, вызывая разветвление корня, портит качество урожая. Для рационального применения удобрений необходимо знать состав и свойства почв, потому что не зная реакцию почвы и запасы в ней подвижных форм питательных элементов невозможно правильно спланировать систему удобрения сельскохозяйственных культур, а следовательно, получать высокие и устойчивые урожаи. Точно так же, не зная физиологическую реакцию удобрений, содержание в них питательных веществ и другие свойства, невозможно их правильно применять и вместо пользы можно сильно навредить и почве и сельскохозяйственным культурам, а следовательно, и хозяйству. Поэтому академик Д.Н. Прянишников говорил, что никакой избыток удобрений никогда не сможет заменить недостаток агрохимических знаний у работников сельского хозяйства. А академик К.А. Тимирязев говорил… чтобы чем, когда и как кормить растения для получения высоких урожаев, надо спросить их самих в тех условиях, в которых они произрастают. Сегодня, благодаря результатам многочисленных исследований ученых всего мира мы точно знаем, что только хорошее знание особенностей питания растений, состава и свойств почв и удобрений позволяет вносить удобрения наиболее рационально и эффективно, что способствует повышению урожаев и качества всех сельскохозяйственных культур. Главной задачей агрохимии является управление круговоротом и балансом химических элементов в системе почва-растение, выявление тех мер воздействия на химические процессы, протекающие в почве и растении, которые могут повышать урожаи или в лучшую сторону изменять его состав. А главной целью агрохимии является создание наилучших условий питания растений с учетом знания свойств почв и удобрений, особенностей их взаимодействия, определение наиболее эффективных форм, способов, сроков внесения удобрений. Академик Д.Н. Прянишников взаимодействие трех объектов изучения агрохимии выразил в виде следующего треугольника: Растение  Почва Удобрение Три вершины этого треугольника обозначают растение, почва и удобрение, а двойные стрелки взаимное влияние каждого из этих объектов на остальные. Изучение питания растений и взаимодействия между растением, почвой и удобрением составляет теоретическую агрохимии, знание которой позволяет творчески решать многие практические вопросы применения удобрений. Агрохимия прочно связана с физиологией растений, потому что минеральное питание является одним из основных регулируемых факторов, используемых для целенаправленного управления ростом и развитием растений с целью создания высокого урожая хорошего качества. Регулирование других факторов роста – света, тепла и влаги – возможно только в защищенном грунте. В сельскохозяйственном же производстве приходится лишь приспосабливаться к определенному уровню солнечной радиации, подбирая соответствующие культуры, сорта и приемы агротехники. Наземные растения ежегодно извлекают из атмосферы около 20 млрд. тонн углерода в форме СО2 (1300 кг на 1 га), а вся совокупность растений, включая морские водоросли (около 150 млрд. тонн. Только наземные растения ежегодно перерабатывают 4217 кДж космической энергии (света) в продукты ассимиляции. Однако коэффициенты использования солнечной энергии весьма низки. В посевах сельскохозяйственных культур коэффициент использования ФАР (фотосинтетически активной радиации, составляющей всего 47-49% интегральной солнечной радиации) не превышает 0,3-0,5%. Максимально возможным для процесса истинного фотосинтеза считается КПД ФАР 28%. Наиболее интенсивное накопление биомассы (до 700 кг/га в сутки) наблюдается в фитоценозах при хороших условиях освещенности, температуры, водоснабжения, высоким уровнем минерального питания и составляет 14% приходящейся за день энергии ФАР. Человек не может активно влиять на поток солнечной радиации, трудно изменить и другие необходимые для жизнедеятельности растений факторы поэтому применение удобрений является решающим фактором повышения урожайности растений и улучшения круговорота и баланса веществ в земледелии. Агрохимия, изучая особенности питания растений, тесно связана и с растениеводством. А изучая состав и свойства почв – с почвоведением и земледелием. Изучение состава, свойств и получение удобрений тесно связывает агрохимию с химическими науками. Методы агрохимии. Для изучения вышеуказанных объектов агрохимия пользуется целым рядом методов, которые объединяются в две группы – биологические и лабораторные. Они применяются совместно и взаимно дополняют друг друга. Биологические методы включают в себя полевой опыт, вегетационный и лизиметрический методы. Полевой опыт является основным методом изучения эффективности удобрений в различных почвенно-климатических условиях. Он проводится в полевых условиях на специально выделенном участке, характерном изучаемой почвенной разности. Достоверность и ценность результатов повышается при длительном их проведении (не менее трех лет) и точном соблюдении методических рекомендаций, так как при этом исключается действие случайных факторов. Производственный опыт закладывается непосредственно в колхозах и совхозах. Он дает возможность проверить результаты полевых опытов и установить действие удобрений на урожай и его качество в производственных условиях. Вегетационный метод позволяет исследовать воздействие отдельных факторов на рост и развитие растений, на обмен веществ, урожай и его качество. В вегетационных опытах растения выращивают в специальных стеклянных вегетационных домиках или под сеткой на искусственных средах в сосудах с водой, песком или почвой. Вегетационные сосуды бывают стеклянными, пластмассовыми или металлическими. Последние изнутри покрываются специальной краской. В этих опытах можно строго контролировать и регулировать условия питания растений и в определенной степени условия внешней среды – режим увлажнения, освещенность, температуру и др. Лизиметрический способ позволяет в природных условиях с помощью специальных устройств (лизиметров) изучить передвижение почвенного раствора по профилю почвы. Лизиметры закладываются на разной глубине почвы и собирают просачивающийся почвенный раствор, который подвергается анализу. Эти опыты позволяют установить количества и глубину миграции воды и питательных элементов. Лабораторные методы агрохимического анализа растений, почв и удобрений включают биохимические и микробиологические методы, а так же методы изотопных индикаторов. Ведущая роль среди лабораторных методов принадлежит химическому анализу, но вместе с этим широкое распространение имеют такие инструментальные методы, как фотометрия и потенциометрия. Агрохимический анализ растений необходим для оценки качества урожая, определения размеров выноса питательных элементов с урожаем, диагностики питания растений, изучения использования культурами питательных элементов из почвы и удобрений. Агрохимический анализ почв проводится с целью изучения состава и свойств почв, процессов взаимодействия удобрений с почвой, содержания и формы питательных элементов в почве, обеспеченность растений доступными формами питательных элементов. Агрохимический анализ удобрений используется для изучения состава и свойств органических и минеральных удобрений, их взаимодействие с почвой и доступности растениям. Агрохимический анализ растений, почв и удобрений позволяет изучить состояние баланса питательных веществ в земледелии и научно обоснованно осуществлять регулирование питания сельскохозяйственных культур с помощью удобрений. На основе результатов полевых и производственных опытов, подкрепленных результатами лабораторных анализов с обязательной экономической оценкой изучаемых приемов удобрения, даются практические рекомендации производству. В итоге можно утверждать, что агрохимия является научной основой химизации земледелия, которая наряду с комплексной механизацией и мелиорацией земель определяет научно-технический прогресс в сельском хозяйстве, является одним из основных путей его интенсификации, повышения его продуктивности. 2. Роль зарубежных и отечественных ученых в развитии агрохимии История развития агрохимии неразрывно связано с развитием наших знаний о питании растений. А знания о повышении плодородия почв с помощью разнообразных удобрительных средств накапливались с незапамятных времен в результате практической деятельности многих поколений земледельцев. Еще древние люди знали, что, выжигая лес можно несколько лет получать хорошие урожаи сельскохозяйственных культур. А древние римляне и египтяне уже знали о том, что урожаи выращиваемых культур можно повышать запашкой зеленых бобовых растений, внесением навоза, извести, различных бытовых отходов и отходов рыболовецкого промысла. Загадка роста и питания растений давно привлекла внимание пытливых умов. Философы-материалисты античной Греции на основании число умозрительных заключений говорили о том, что для жизни растений необходимы огонь, земля, вода и воздух. Они были близки к истине, поскольку солнце (огонь) является источником света и энергии для фотосинтеза растений, земля – источником минеральных элементов питания, воздух – источником углекислого газа, а вода – не только составная часть зеленых растений, на долю которых приходится не менее 75% их массы, но и важнейший фактор и участник всех процессов жизнедеятельности организмов. Однако последовавшее затем тысячелетнее господство церкви с её мертвыми догмами вызвало застой в развитии всех наук до наступления эпохи Возрождения. Здравые мысли о питании растений вновь начали появляться лишь в 16 веке, когда в 1563 году французский естествоиспытатель Бернард Палиссии высказал мнение, что соль есть основа жизни и роста посевов. Причиной истощения почв он считал удаление из почвы этой соли, а пользу удобрения видел в возвращении её в почву, хотя не мог сказать о какой соли идет речь. Почти сто лет спустя (в 1656 г) английский химик Глаубер обратил внимание на селитру как питательное для растений вещество, однако это верное в сущности положение прошло мимо агрономии того времени. Гениальную догадку о воздушном питании растений высказал М.В. Ломоносов (1753 г). Он писал: «Преизобильное решение тучных дерев, которые на бесплодном песку корень свой утвердили, ясно изъявляет, что жирными листами жирный тук из воздуха впитывают. Однако лишь в конце 18 века Пристли (1775 г), Ингенгуз (1779 г) и Сенобье (1782 г) экспериментально показали, что зеленые листья растений на свету усваивают из воздуха углекислый газ (СО2), выделяя из него кислород и оставляя в себе углерод, который используется для построения растительных тканей. Так был открыт фотосинтез. В области же корневого питания даже после обнаружения фотосинтеза еще длительное время господствовали неверные теории. В 1761 г шведский ученые Валериус выдвинул «гумусовую теорию» питания растений, которую очень широко стал распространять немецкий ученый Тэер. Он считал, что гумус почвы – единственный источник питания растений, минеральные же вещества лишь способствуют переводу его в удобоусвояемую форму. В 1836 году французский ученый Буссенго установил факт накопления азота в почве бобовыми культурами и положил начало изучению круговорота питательных веществ в земледелии. Он высказал предположение, что бобовые культуры усваивают азот из воздуха и вместо гумусовой теории развил азотную теорию питания растений. Он указал на первостепенное значение азота в земледелии и показал, что культура клевера приводит к улучшению азотного баланса и значительному увеличению урожая. Буссенго был не только мыслителем, он проводил точные агрохимические и физиологические эксперименты, подчеркивая, что для проверки мнения ученых «нужно спрашивать мнение самого растения». Его работы по азотному обмену в растениях положили начало биохимическому направлению в агрохимических исследованиях. Синтез Либиховской теории о роли зольных элементов и тезис Буссенго о значении азота в удобрениях сыграли больную роль в дальнейшем развитии теории корневого питания растений, поэтому Буссенго по праву считается основателем агрохимии. Коренной поворот во взглядах на питание растений произошел в 1840 году, когда немецкий химик Либих в книге «Химия в приложении к земледелию и физиологии» в популярной форме подверг уничтожающей критике «гумусовую теорию» и сформулировал свою теорию минерального питания растений. Он объяснил причины истощения почвы при однообразной культуре и выдвинул теорию удобрений, основанную на возврате в почву взятых из нее элементов питания. Он сформулировал «закон минимума», по которому высота урожая зависит от количества минимального фактора (питательного элемента), т.е. если в почве минимальное содержание фосфора, то, сколько бы не вносили азота, калия, серы и других элементов урожай остается на уровне минимальной обеспеченности фосфором. Основными недостатками теории Либиха были следующие: 1. Он недооценивал значение азота, ошибочно считая, что поступающего с осадками аммиака в почву вполне достаточно; 2. Неверным было его мнение о возможности замены навоза золой; 3. Полный возврат питательных элементов в почву тоже не всегда обязателен. Важной значение для развития учения о питании растений имели опыты по их выращиванию в бесплодных средах (песке, воде). В 1858 году Кноп и Сакс сумели довести растения в искусственных средах при добавлении минеральных солей до полного созревания. Им удалось точно установить какие элементы, в каких количествах и соотношениях необходимы для питания растений. Большую роль сыграли исследования и Гельригеля (1886 г) по изучению азотного питания бобовых культур. Он экспериментально доказал, что бобовые растения способны с помощью развивающихся на их корнях клубеньковых бактерий усваивать азот атмосферы и обогащать им почву. После хорошего травостоя клевера и люцерны почва получает азота и органического вещества не менее, чем его поступает с дозой навоза 35 т/га. В последующих опытах с выращиванием растений на питательных смесях из минеральных солей была доказана потребность растений в азоте, фосфоре, калии, кальции, сере и других макро- и микроэлементах, показана их равноценность и незаменимость каждого из этих элементов для растений. Параллельно с развитием теории питания растений в сельском хозяйстве начинается применение минеральных удобрений. Уже в середине 19 века в странах Западной Европы применяли суперфосфат и чилийскую селитру, а в 1865 г стали использовать калийные удобрения, добываемые с Страссфурте калийные удобрения, добываемые в Страссфурте из природных залежей. Роль отечественных ученых в развитии агрохимии В развитии агрохимии выдающуюся роль сыграли отечественные ученые. Начало разработки вопросов питания растений и применения удобрений в нашей стране относится к концу 18 –началу 19 века. Передовые представители отечественной агрономической науки того времени Комов И.М. (1750-1792), Болотов А.Т. (1738-1833) и Пошман А.П. (1792-1852) указывали на большое значение для питания растений и восстановления плодородия почвы применению навоза, компостов, золы, извести и других местных удобрений, на необходимость развития опытного дела с удобрениями. С 60-х годов 19 века в нашей стране начинается систематические научные исследования в области питания растений и применения удобрений. Особенно большое значение имели работы Энгельгардта А.Н., Менделеева Д.И., Костычева П.А., Тимирязева К.А. Профессор Энгельгардт А.Н. (1832-1893) был горячим пропагандистом применения минеральных удобрений, навоза, извести и сидератов. Он впервые в России доказал высокую эффективность фосфоритной муки на подзолистых почвах и разработал основы ее применения. Менделеев Д.И. (1834-1907) многое сделал для развития агрохимии. Под его руководством в различных районах страны были проведены первые полевые опыты с минеральными удобрениями, которые он считал мощным средством повышения урожаев. Фактически он положил начало географической сети опытов в нашей стане. В создании научных основ агрохимии большое значение имели классические исследования Тимирязева К.А. (1843-1920) по фотосинтезу и минеральному питанию растений. Он ввел в научную практику методику вегетационных опытов и в 1872 г впервые в России построил вегетационный домик. В 1884 году один из основоположников отечественной агрономической науки Костычев П.А. (1845-1895) выпустил книгу «Учение об удобрении», в которой он критиковал «теорию полного возврата» Либиха. Он отмечал, что плодородие почвы зависит не только от количества в ней питательных веществ, но и от структуры почвы и от других физических свойств. Им выполнены работы по характеристике фосфатного режима почв. Дальнейшее развитие агрохимии связано с деятельностью академика Прянишникова Д.Н. (1865-1948) и его многочисленных учеников. Д.Н. Прянишников опубликовал более 400 научных работ, многие из которых получили мировую известность. Особенно большое значение имели его классические исследования по азотному питанию растений и применению азотных удобрений. Он установил, что аммонийные соли являются равноценным источником азотного питания для растений, как и соли азотной кислоты. Под руководством Д.Н. Прянишникова изучались вопросы фосфорного и калийного питания растений, а так же применение фосфорных, калийных и микроудобрений. При его активном участии были организованы научный институт по удобрениям при ВСНХ (ныне ВИУА), Всесоюзный институт удобрений агротехники и агропочвоведения, Центральный научно-исследовательский институт сахарной промышленности. Фундаментальные труды Д.Н. Прянишникова до настоящего времени используются для подготовки специалистов, как в нашей стране, так и за рубежом. В развитии агрохимии большой вклад внесли многие другие отечественные ученые. Коссович П.С. (1862-1915) показал возможность усвоения растениями аммиачного азота без перехода его в нитратный. Он доказал, что клубеньковые бактерии связывают азот атмосферы, поступивший через корни, а не через листья бобовых культур. Им исследованы процессы усвоения свободноживущими бактериями азота воздуха. Гедроиц К.К (1872-1932) установил виды поглотительной способности почвы. Выяснил, что в явлениях обмена, происходящих в почве, участвуют гумус, органические остатки почвы, микроорганизмы и минеральная часть почвы. Он установил также, что реакции обмена между катионами протекают моментально. Лебедянцев А.Н (1878-1941) впервые установил возможность эффективного применения фосфоритной муки в северной части Черноземной зоны. Им проведены исследования по сравнительной эффективности минеральных удобрений в различных районах нашей страны. Кедров-Зихман О.К. (1885-1964) разработал теоретические основы действия извести. Им было изучено также влияние на растения магния и бора. Найдин П.Г. (1893-1969) – инициатор создания и руководитель Всесоюзной географической сети опытов с удобрениями ВИУА. Сабинин Д.А. (1889-1951) проводил научные исследования по минеральному питанию и другим разделам физиологии растений. Дикусар И.Г. (1897-1973) много работал по азотному питанию растений, роли азота и фосфора в обмене веществ, условиям аммонийного и нитратного питания растений Каталымов М.В. (1907-1969) проводил исследования по теории и практике применения микроэлементов в сельском хозяйстве. Турчин Ф.В. (1902-1965) был инициатором применения соединений, меченых стабильным изотопом 15N. Он провел классические исследования по поступлению в растения и использованию на синтез аминокислот и белков азота нитратов, аммония и амидов. Этими исследованиями были установлены последовательность образования в растениях отдельных аминокислот и факт постоянного обновления белков. Он занимался еще агрохимической характеристикой простых и сложных минеральных удобрений. Клечковский В.М. (1900-1972) являлся одним их основоположников агрохимии искусственных радионуклидов. Он установил, что одним из приемов снижения содержания в сельскохозяйственной продукции радионуклидов является применение органических и минеральных удобрений. Он изучал также вопросы фосфатного питания растений и количественных закономерностей действия удобрений. Пейве Я.В. (1906-1976) разработал теорию дифференцированного применения микроудобрений в растениеводстве нашей страны с учетом содержания усвояемых форм микроэлементов в почвах и физиологических особенностей растений. Авдонин Н.С. (1903-1980) изучил особенности питания растений в разные периоды их роста и разработал теоретические основы подкормки растений. Он занимался также вопросами улучшения плодородия дерново-подзолистых почв и повышения на них эффективности удобрений. Соколов А.В. (1898-1980) выполнил оригинальные исследования в области физиологии растений, агрохимии и почвоведения. Он разработал метод определения обменной кислотности почв, методику определения форм почвенных фосфатов и содержание форм фосфора в растениях. Им были организованы комплексные исследования по агрохимической характеристике почв СССР и потребности их в удобрениях. Вольфклвич С.И. (1896-1980) выполнил исследования по экстракции фосфорной кислоты из отечественного фосфатного сырья и является одним из авторов технологии переработки апатитового сырья на суперфосфат. Под его руководством проведены работы по химии и технологии минеральных удобрений. Он внес большой вклад в разработку и осуществление планов химизации сельскохозяйственного производства в нашей стране. Журбицкий З.И. (1896-1986) изучал вопросы теории питания растений и методики постановки вегетационных опытов. Им были выполнены работы в области дифференцированного питания растений и специфики питания отдельных сельскохозяйственных культур. Большой вклад в развитие агрохимии внесли такие крупные отечественные ученые как Сокольский А.Н., Тюлин А.Ф., Бобко Е.В., Чириков Ф.В., Синягин И.И., Власюк П.А., Петербургский А.В., Кулаковская Т.Н. и др. В развитии химизации земледелия в нашей стране большую роль сыграла Географическая сеть опытов с удобрениями, начало которой было положено Менделеевым Д.И. Позднее Прянишников Д.Н., Лебедянцев А.Н. и Найдин П.Г. продолжили эти опыты на новой основе, охватив ими различные почвенно-климатические зоны. Это позволило обосновать в большинстве земледельческих районов страны оптимальные дозы и соотношения питательных веществ в удобрении многих сельскохозяйственных культур. Вопросы: Что такое агрохимия, каковы ее цели и задачи? Каково значение удобрений в повышении урожая и улучшении качества с.-х. культур? Что такое гумусовая теория питания растений, кто и когда ее выдвинул? Что такое теория минерального питания, кто и когда ее выдвинул? Какова связь между агрохимией и другими науками (почвоведением, физиологией растений, земледелием, растениеводством и др.) Рекомендуемая литература по агрохимии Основная: 1. Ягодин В.А. Агрохимия. М., Агропромиздат, 1989, 655 с. или любое другое издание. 2. Клечковский В.М., Петербургский А.В. Агрохимия. М., Колос, 1967, 584 с. или любое другое издание. 3. Минеев В.Г. Агрохимия. М., 1990, издание Московского университета, 486 с. 4. Ягодин и др. Агрохимия. М., Мир, 2003. Дополнительная: 1. Панников В.Д., Минеев В.Г. Почва, климат, удобрения и урожай. М., Колос, 1977. 2. Джанаев Г.Г. Почвы и удобрения в Северной Осетии. Изд. «Ир», Орджоникидзе, 1971. 3. Газданов А.В., Газданов А.У. Агрохимия в вопросах и ответах. Изд. Горского ГАУ, Владикавказ, 1999. 4. Дзанагов С.Х. Эффективность удобрений в севообороте и плодородие почв. Изд. Горского ГАУ, Владикавказ, 1999. |