шпоры по агрохимии. вопросы по агрохим. Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине Агрохимия
 Скачать 141.34 Kb.
|
|
Вопросы для подготовки к экзамену по дисциплине «Агрохимия» Предмет и методы агрохимии. Агрохимия – это наука о взаимодействии удобрений, круговороте веществ в земледелии и рациональном применении удобрений. Предмет агрохимии: 1. Изучает свойства и химический состав удобрений и хим. мелиорантов. 2. Питание растений, обмен веществ в процессе вегетации. 3. Пути воспроизводства и оптимизации плодородия почв. 4. Круговорот и баланс питательных веществ в земледелии. 5. Экологические функции использования агрохимических средств. 6. Формирование количества и качества продукции культурных растений. 7. Экономико-энергетическая эффективность применения удобрений и химический мелиорантов. Методы агрохимии: 1. Лабораторные (химические, физико-хим.) – спектронические, хромотографические, фотометрические. 2. Полевые опыты – краткосрочные, производственные, длительные. 3. Ф-агрохимические – вегетационные, лизиметрический. Роль отечественных и зарубежных ученых в развитии агрохимии. 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. 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. (закон минимума). 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. 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. Воздушное и корневое питание растений. Воздушное питание На световой стадии процесса фотосинтеза происходит реакция разложения воды с выделением кислорода и образованием богатого энергией соединения (АТФ) и восстановленных продуктов. Эти соединения участвуют на следующей темновой стадии в синтезе углеводов и других органических соединений из СО2. При образовании в качестве продукта простых углеводов (гексоз) суммарное уравнение фотосинтеза выглядит следующим образом: 6 СО2+6Н2О+ 2874 кДж ®С6 Н12 O6 +6 O2 Из простых углеводов в растениях образуются более сложные органические соединения. Синтез аминокислот, белка и других органических азотсодержащих соединений в растениях осуществляется за счет минеральных соединений азота (а также фосфора и серы) и промежуточных продуктов обмена — синтеза и разложения — углеводов. На образование органических веществ затрачивается энергия, аккумулированная в виде макроэргических фосфатных связей АТФ (и других макроэргических соединений) при фотосинтезе и выделяемая при окислении — в процессе дыхания. Интенсивность фотосинтеза и накопление сухого вещества зависят от освещения, содержания углекислого газа в воздухе, обеспеченности растений водой и элементами минерального питания. При фотосинтезе растения усваивают углекислоту, поступившую через листья из атмосферы. Лишь небольшая часть СО2. (до 5% общего потребления) может поглощаться растениями через корни. Через листья растения могут усваивать серу в виде SО2. из атмосферы, а также азот и зольные элементы из водных растворов при некорневых подкормках растений. Корневое питание Азот и зольные элементы поглощаются из почвы деятельной поверхностью корневой системы растений в виде ионов (анионов и катионов). Азот может поглощаться в виде аниона NO3- и катиона NH4+ (только бобовые растения способны в симбиозе с клубеньковыми бактериями усваивать молекулярный азот атмосферы), фосфор и сера — в виде анионов фосфорной и серной кислот — Н2РО4- и SO42-, калий, кальций, магний, натрий, железо — в виде катионов К+, Са2+, Mg2+, Fe2+, а микроэлементы — в виде соответствующих анионов или катионов. Растения усваивают ионы не только из почвенного раствора, но и ионы, поглощенные коллоидами. Растения активно (благодаря растворяющей способности корневых выделений, включающих угольную кислоту, органические кислоты и аминокислоты) воздействуют на твердую фазу почвы, переводя необходимые питательные вещества в доступную форму. Роль азота и особенности азотного питания растений. Содержание азота в составе сухого вещества составляет от 1 до 3%. Азот входит в состав белков (16-18%), ферментов, хлорофилла, нуклеиновых кислот, витаминов и алкалоидов. Без азота нет ни белка, ни хлорофилла и других азотсодержащих веществ, а следовательно, и живой природы, в том числе и растений и животных. Характерным признаком азотного голодания является торможение роста вегетативных органов растений и появление бледно зеленой и даже желтой окраски на старых листьях растений. При нормальном азотном питании листья темно зеленые, растения формируют мощный ассимиляционной стебле- листовой аппарат и полноценные репродуктивные органы. Избыточное, особенно одностороннее снабжение растений азотом вызывает образование большой вегетативной массы в ущерб товарной части урожая: у корне- и клубнеплодов израстание в ботву, а у зерновых и льна полегание посевов. Роль фосфора в растениях. Фосфор входит в состав органоидов и ядра клеток растений, в состав нуклеопротеидов и нуклеиновых кислот, фосфатидов и сахарофосфатов, фитина, ферментов, витаминов и минеральных соединений. Без фосфора, как и без азота, жизнь невозможна. Фосфор играет исключительно важную роль в процессах обмена энергии в растениях. Энергия солнечного света в процессе фотосинтеза и энергия, выделяющаяся при дыхании, аккумулируется в растениях в виде энергии фосфатных связей макроэргических соединений – АТФ и Накопленная в АТФ энергия используется для всех жизненных процессов роста и развития растений. При недостатке фосфора нарушаются обмен энергии и веществ в растениях, тормозится развитие образования репродуктивных органов, задерживается созревание, снижается урожай и ухудшается его качество. Растения при недостатке фосфора резко замедляют рост, листья их приобретают пеструю окраску: серо-зеленую, пурпурную, красно-зеленую. Усиленное снабжение растений фосфора ускоряет их развитие и позволяет получить более ранний урожай, одновременно улучшается качество продукции. Роль калия в растениях. Калий в отличие от азота и фосфора не входит в состав органических соединений, а находится в ионной форме в клеточном соке и вакуолях. Он участвует в процессах синтеза и оттока углеводов в растениях, обуславливает водоудерживающую способность клеток и тканей, влияет на устойчивость растений к неблагоприятным условиям внешней среды и поражаемость культур болезнями. При недостатке калия нарушается обмен веществ в растениях, клетки которых начинают расти неравномерно, что вызывает гофрированность, куполообразное закручивание листьев, края которых приобретают обожженный вид – «краевой запал». При нормальной обеспеченности растений калием они лучше растут и развиваются, более устойчивы против засух и морозов, вредителей и болезней, поэтому выше урожай и лучше его качество. Роль микроэлементов в питании растений. Кальций содержится во всех растительных органах в виде щавелевокислого кальция, а иногда в виде солей пептиновой, фосфорной и серной кислот. Он играет важную роль в фотосинтезе и передвижении углеводов, в процессах усвоения азота растениями, учувствует в процессах формирования клеточных оболочек, обусловливает обводненность и поддержание структуры клеточных органелл. Кальций в отличие от азота, фосфора и калия повторно не может использоваться (реутилизироваться), поэтому его недостаток проявляется на молодых органах растений. Недостаток кальция сказывается прежде всего на состоянии корневой системы растений: рост корней замедляется, не образуются корневые волоски, корни ослизняются и загнивают. При этом тормозится рост растений, на листьях появляется хлоротичность, затем они желтеют и преждевременно отмирают. Магний входит в состав хлорофилла и фитина. Он учувствует в передвижении фосфора в растениях и углеводном обмене, влияет на активность окислительно-восстановительных процессов. При недостатке магния снижается содержание хлорофилла в листьях и развиается хлороз между жилками, а сами жилки остаются зелеными. Острый дефицит магния вызывает «мраморовидность» листьев, их скручивание и пожелтение. Сера входит в состав белков, аминокислот (метионина, цистина и цистеина), ферментов, витаминов, чесночных и горчичных масел. Он принимает участие в азотном, углеводном обменах растений, в процессах дыхания и синтеза жиров. При недостатке серы образуются мелкие, со светлой желтоватой окраской листья, ухудшаются рост и развитие растений. Железо входит в состав окислительно-восстановительных ферментов растений и участвует в процессах дыхания и обмена веществ, в синтезе хлорофилла. При недостатке железа вследствие нарушения образования хлорофилла у растений на листьях развивается хлороз – теряют зеленую окраску, затем белеют и преждевременно отмирают. Бор оказывает большое влияние на углеводный, белковый и нуклеиновый обмены. При его недостатке нарушаются синтез и передвижение углеводов, формирование репродуктивных органов, оплодотворение и плодоношение. Бор в растениях не может реутилизироваться, поэтому при его недостатке, прежде всего, страдают молодые растущие органы, происходит отмирание точек роста. При борном голодании бобовых нарушается развитие клубеньков на корнях и снижается симбиотическая фиксация молекулярного азота из атмосферы, замедляется рост и формирование репродуктивных органов. Картофель при недостатке бора поражается паршой, у плодовых деревьев появляется суховершинность. Положение можно поправить внесением бора путем опрыскивания растений раствором микроудобрения, содержащего бор. Молибден играет исключительно важную роль в азотном питании растений. Он участвует в процессах фиксации молекулярного азота и восстановлении нитратов в растениях. Внешние признаки недостатка молибдена сходны с признаками азотного голодания – резко тормозится рост растений, вследствие нарушения синтеза хлорофилла они приобретают светло-зеленую окраску. Дефицит молибдена ограничивает развитие клубеньков на корнях бобовых, наблюдается преждевременное их отмирание, резко снижается урожай и содержание белка в растениях. Недостаток молибдена при больших дозах азота может приводить к накоплению в растениях повышенных количеств нитратов, токсичных для животных и человека. Микроэлементы нужны растениям в ограниченных количествах. Вынос их с урожаем сельскохозяйственных культур составляет лишь десятки или сотни граммов с 1 га, поэтому потребность в них чаще всего удовлетворится за счет запасов самих почв и вносимых удобрений. Однако недостаток отдельных микроэлементов у более требовательных к их наличию культур может проявляться на почвах с низким содержанием доступных растениям форм того или иного соответствующего микроудобрения существенно повышает урожай с.-х.культур и улучшает его качество. Питание как один из важнейших факторов в жизни растений (внутренние и внешние условия питания растений). Все высшие растения – автотрофы, т.е. сами синтезируют органические вещества за счёт энергии солнца, воды, углекислого газа и мин. соединений. Питание растений — процесс поглощения из внешней среды, передвижения, накопления и трансформации питательных веществ, необходимых для жизни растений. В ходе этого процесса происходит обмен веществ между растениями и окружающей средой. Неорганические вещества, находящиеся в почве, атмосфере и вода поступают в растение, и используются для синтеза сложных органических соединений, часть веществ может выводится из растительного организма в окружающую среду. Внутренние условия питания растений – наследственные особенности организма, обусловливающие характер анатомического и морфологического строения, темпы роста, наступление фаз развития, химический состав урожая, стойкость к изменениям среды. Носителями наследственной информации являются нуклеиновые кислоты (РНК и ДНК). Что касается роли каждого типа нуклеиновых в организме, то ДНК является механизмом записи и передачи наследственности в целом, а РНК непосредственно участвует в синтезе белковых веществ, характерных для определенного вида растений. Наибольшее количество их обнаружено в пыльце, зародышах семян и в кончиках корней Внешние условия питания и жизнедеятельности растений включают воду, свет, тепло и питательные вещества. Вода и питание растений: все растительные органы и ткани, начиная с основного вещества клетки – протоплазмы, сохраняют свою жизнедеятельность лишь при достаточном содержании воды. Основной запас воды живой клетки сосредоточен в клеточном соке. Влага необходима для осуществления процесса фотосинтеза. Она расходуется растением на испарение и охлаждение надземных органов, а также на передвижение питательных элементов по сосудам. Дефицит влаги резко снижает интенсивность фотосинтеза и роста. Усиливаются процессы гидролиза и распада органических соединений. Следует добавить, что только 0,2% поглощаемой корнями воды расходуется на построение тела растения, свыше 99% ее испаряется в воздух. Опытами Д.Н.Прянишникова, К.А.Тимирязева установлено, что расход воды на единицу сухого вещества на удобренном фоне ниже на 37% при низкой влажности почвы и на 20% при высокой. Поэтому к числу внешних воздействий, при помощи которых человек может уменьшить непроизводительную трату влаги растением, относятся, прежде всего, удобрения. Роль микроорганизмов в процессе превращения питательных веществ в почве. Усвоение азота из атмосферного воздуха азотфиксирующими бактериями. Среди микробов, усваивающих атмосферный азот, различают две группы — свободноживущих и клубеньковых. Свободноживущие азотфиксаторы живут и фиксируют азот в почве независимо от растений. Азотобактер на площади в 1 га в течение года фиксирует от 20 до 50 кг газообразного азота, повышая плодородие почвы. Наиболее интенсивно этот процесс идет при хорошей аэрации почвы. Клубеньковые бактерии — активные фиксаторы атмосферного азота в симбиозе с бобовыми растениями. Наличие бактерий в клубеньках бобовых растений установлено М. Ворониным. |