Агрохимия

1. Цели и задачи. Состав и питание растений. Влияние условий внешней среды на питание растений. Агрохимия изучает круговорот питательных веществ в земледе­лии и питание растений, а также способы их регулирования для повышения урожая и улучшения его качества путем рационально­го и экологически безопасного применения удобрений. Внесение минеральных удобрений позволяет вводить в круго­ворот веществ в земледелии новые количества элементов питания растений, а внесение навоза и других отходов животноводства и растениеводства — повторно использовать часть питательных ве­ществ, уже входивших в состав предыдущих урожаев. При­менение удобрений дает возможность восполнять вынос урожая­ми питательных веществ и непроизводительные потери их из по­чвы (вследствие ветровой и водной эрозии, выщелачивания, уле­тучивания в атмосферу и т.д.) и, таким образом, не только поддерживать, но и повышать плодородие почв и урожайность сельскохозяйственных культур без ущерба для окружающей среды и здоровья людей. Главная цель применения удобрений — повышение урожая и его качества за счет улучшения питания растений. Она исследует также обмен веществ в растениях в связи с условиями питания, которые определяют не только величину, но и качество урожая. Изучение этих вопросов связывает агрохимию с физиологией и биохимией растений. В за­дачу агрохимии входят, кроме того, изучение и разработка наибо­лее эффективных приемов оптимизации питания и обмена ве­ществ в растениях с помощью удобрений. Первый объект исследования в агрохимии — растение. При изучении питания растений и разработке способов его регулиро­вания с помощью удобрений необходимо учитывать также особен­ности биологии и технологии возделывания отдельных культур. Здесь прослеживается связь агрохимии с растениеводством. Второй объект исследования агрохимии — почва. Изучение со­держания и динамики питательных веществ в почве, их доступно­сти растениям, разнообразных процессов превращений удобрений, их действия на свойства и плодородия почвы — важный раздел агрохимии. По этому направлению агрохимия связана с поч­воведением и почвенной микробиологией, земледелием. И наконец, третий объект агрохимии — удобрения и средства химической мелиорации почв; изучая их состав, свойства и эффек­тивность, агрохимия связана не только с сельскохозяйственным производством, но и с химической промышленностью, ибо обо­снование потребности сельского хозяйства в минеральных удоб­рениях и оптимального их ассортимента, а также оценка новых видов и форм выпускаемых удобрений входят в задачу агрохи­мии. Три основных объекта, изучаемые агрохимией, — растение, по­чва и удобрения — находятся в тесной взаимосвязи и взаимодей­ствии. Агрохимия тесно связана с общим земледелием и мелиорацией, с экономикой и организацией сельскохозяйственного производ­ства, так как любые приемы использования удобрений обусловле­ны агротехникой и должны оцениваться с точки зрения их эконо­мической эффективности. Применение удобрений и химических мелиорантов почвы должно быть экологически безопасным и, бо­лее того, являться важным элементом природоохранных меропри­ятий против загрязнения тяжелыми металлами и радионуклидами. Методы агрохимических исследований могут быть разделены на две группы: биологические и лабораторные, используемые со­вместно и взаимно дополняющие друг друга. Биологические методы. Включают полевой опыт, вегетацион­ный и лизиметрический методы. Полевой опыт. Это метод исследования, проводимого в природной (полевой) обстановке на специально вы­деленном участке для определения воз­действия условий или приемов возделы­вания на урожай сельскохозяйственных растений. В полевых опы­тах с удобрениями определяют действие удобрения на величину урожая и его качество, а также на плодородие почвы. Полевой опыт — основной метод изучения эффективности удобрений (от­дельных их видов и сочетаний, форм, доз и т. д.) в различных почвенно-климатических условиях в зависимости от агротехничес­ких и других факторов. Стационарные опыты проводят на специально приспособлен­ных постоянных участках. Эти опыты, как правило, сопровожда­ются дополнительными наблюдениями и лабораторными исследо­ваниями для объяснения выявленных различий в действии удоб­рений и других факторов. В стационарных опытах изучают систе­матическое внесение удобрений в севообороте в течение ряда лет. Чаще всего такие опыты бывают многолетними. Результаты ста­ционарных опытов служат надежной основой для разработки ре­комендаций по применению удобрений в зоне их проведения. Производственные опыты, закладываемые непосредственно в хозяйствах, позволяют установить действие удобрений на урожай и его качество в производственных условиях. Они служат для про­верки и уточнения результатов, полученных в стационарных опы­тах, применительно к конкретным условиям хозяйства и исполь­зуются для определения не только агрономической, но и эконо­мической эффективности удобрений. Такие опыты в широких масштабах проводят агрохимические центры и станции химиза­ции в хозяйствах, имеющих типичные в пределах зоны обслужива­ния природные и организационно-экономические условия. Вегетационный метод. Позволяет выделить и ис­следовать воздействие отдельных факторов на рост, развитие, об­мен веществ, питание и урожай растений. В вегетационных опы­тах растения выращивают в специальных стеклянных вегетацион­ных домиках или под сеткой на искусственных средах в сосудах с водой, песком или почвой. Вегетационные опыты дают возмож­ность строго контролировать и регулировать условия питания рас­тений и в определенной мере условия внешней среды — режим ув­лажнения, освещенности, температуры и т. д. Лизиметрический метод. Позволяет в природных условиях с помощью специальных устройств — лизиметров — изучать передвижение и просачивание воды сквозь слой почвы. В агрохимических исследованиях лизиметрический метод ис­пользуют для изучения водного режима в опытах с удобрениями, размеров выщелачивания минеральных солей из почвы и удобре­ний, количественной оценки баланса питательных веществ в по­чве — сопоставления их поступления с выносом растениями и потерями. Лабораторные методы агрохимического анализа растений, почв и удобрений.  Включают химические, биохимические и микробиоло­гические методы, а также метод изотопных индикаторов (стабильные и радиоактивные изотопы). Ведущая роль среди лаборатор­ных методов принадлежит химическому анализу агрономических объектов. В агрохимических исследованиях широко используют матема­тические методы для оценки точности опытов и достоверности полученных результатов, выявления зависимости между удобре­ниями и урожаем, моделирования процессов поглощения расте­ниями, превращения в почве и потерь питательных веществ из почвы и удобрений, прогнозирования изменений почвенного плодородия и потребности в удобрениях, для энергетической и экономической оценки применения удобрений с использованием современной вычислительной техники. На основе результатов полевых и производственных опытов с обязательной агроэкологической и экономической оценкой изу­чаемых удобрений и приемов их внесения даются практические рекомендации производству, которые позволяют эффективно ис­пользовать разнообразные местные и промышленные удобрения. Агрохимия — научная основа интенсификации земледелия с помощью удобрений, которая наряду с комплексной механизаци­ей и мелиорацией земель определяет научно-технический про­гресс в сельском хозяйстве, служит одним из основных путей. Питание растений — это обмен веществ между растением и средой. Воздушное питание растений путем фотосинтеза происходит интенсивнее, чем корневое. Фотосинтез зависит от температуры, влажности, биологических особенностей растений, густоты посевов, содержания и соотношения элементов питания в почве. Корневое питание зависит от температуры, влажности, биологических особенностей растения, фотосинтеза, роста корней, рН, микрофлоры, свойств почвы, содержания и соотношения в почве элементов питания растений. Непрерывно усваивая энергию Солнца, растения не позволяют живому миру Земли превратиться в энергетически изолированную систему, обреченную в соответствии с законами термодинамики на «тепловую смерть».

2. Минеральные удобрения. Их характеристика, классификация, производство и назначение. Минеральные удобрения делят на простые и комплексные. Простые удобрения содержат один питательный элемент. Простые удобрения в зависимости от того, какой элемент питания в них содержится, подразделяются на азотные, фосфорные и калийные. Комплексные удобрения имеют в своем составе два и более элемента питания и подразделяются на сложные, получаемые при химическом взаимодействии исходных компонентов, сложно-смешанные, вырабатываемые из простых или сложных удобрений, но с добавлением в процессе изготовления фосфорной или серной кислот с последующей нейтрализацией, и смешанные - продукт механического смешивания готовых простых и сложных удобрений.

3. Азотные удобрения. Основными исходными продуктами при производстве этих удобрений являются аммиак (NH3) и азотная кислота (HN03). Это гранулированные или мелкокристаллические соли белого цвета, легко растворимые в воде. Благодаря сравнительно высокому содержанию азота, неплохим при правильном хранении свойствам и высокой эффективности практически во всех почвенных зонах и на всех культурах аммиачная селитра и мочевина являются универсальными азотными удобрениями. Выпускаемые промышленностью азотные удобрения можно подразделить на следующие группы: Аммиачные удобрения (безводный и водный аммиак). Аммонийные (сульфат аммония, хлористый аммоний). Нитратные (натриевая и кальциевая селитры). Аммонийно-нитратные (аммиачная селитра). Амидные (мочевина, цианамид кальция, мочевино-формальдегидные удобрения). Аммиачная селитра требовательнее к условиям хранения. Она более гигроскопична, и взрывоопасна. В то же время наличие в аммиачной селитре двух форм азота - аммиачной, способной поглощаться почвой, и нитратной, обладающей большой подвижностью, допускает более широкую дифференциацию способов, доз и сроков применения в различных почвенных условиях. Преимущество мочевины перед аммиачной селитрой установлено в условиях орошения, при некорневых подкормках овощных, плодовых, а также и зерновых культур для увеличения содержания белка. Около 10% выпуска азотных удобрений составляют аммиачная вода и безводный аммиак. При транспортировке, хранении и внесении этих удобрений следует принимать меры к устранению потерь аммиака. Потерь азота во время внесения жидких аммиачных удобрений можно избежать путем заделки на глубину 10-18 см водного и 16-20 см безводного аммиака. На легких песчаных почвах глубина размещения удобрений должна быть больше, чем па глинистых. Аммиачный азот фиксируется почвой, и поэтому жидкие азотные удобрения вносят не только весной под посев яровых культур и под пропашные культуры в подкормку, но и осенью под озимые и при зяблевой вспашке. Достаточно широко применяется в сельском хозяйстве сульфат аммония, побочный продукт промышленности. При систематическом применении сульфата аммония на дерново-подзолистых почвах возможно подкисление их. Практическое значение из азотных удобрений имеют также аммиакаты-растворы азотсодержащих солей (аммиачной селитры, мочевины, карбоната аммония) в концентрированном водном аммиаке. Обычно это полупродукты химического производства, имеющие высокую концентрацию азота (35-50%). Эти удобрения по эффективности не уступают твердым удобрениям, но требуют для перевозки емкостей с антикоррозионным покрытием. При внесении аммиакатов в почву необходимо принимать меры, исключающие потери аммиака. В качестве азотного удобрения в сельском хозяйстве применяется также некоторое количество натриевой селитры, кальциевой селитры и цианамида кальция. Это в основном отходы других отраслей промышленности. Будучи физиологически щелочными, указанные формы эффективны на кислых почвах.

4 Фосфорные удобрения. Производимые промышленностью фосфорные удобрения подразделяются на растворимые, полурастворимые и нерастворимые. Наиболее распространенное растворимое фосфорное удобрение — суперфосфат — получают при взаимодействии фосфатного сырья с серной кислотой. Суперфосфат из апатитового концентрата выпускают в основном в гранулированном виде. Ускоренными темпами развивается производство более концентрированного фосфорного удобрения - двойного суперфосфата. Получают двойной суперфосфат из того же сырья, что и простой, но путем обработки его фосфорной кислотой Удобрение выпускается в гранулированном виде и имеет хорошие физические свойства. И тот, и другой суперфосфат по эффективности равноценны. Он может применяться на всех почвах и под все культуры. К полурастворимым фосфатам относится дифосфат, или преципитат. Это удобрение весьма ценно для основного внесения. Его получают нейтрализацией фосфорной кислоты известковым молоком. Содержание фосфора в удобрении достигает 25-35%. Томасшлак — отход металлургической промышленности при переработке железных руд. Фосфор в нем находится в виде тетракальцийфосфата Са4Р2О9, растворим в лимонной кислоте. Лучше применять на кислых почвах, так как имеет щелочную реакцию. Томасшлак, содержащий 12-16% P2О5, весьма эффективен на песчаных почвах. В мартеновских шлаках содержание P2O5 8-12%, это удобрение имеет местное значение. Метафосфаты — соли метафосфорной кислоты — содержат 64% Р2О5. Комбинированные фосфорные удобрения получают путем частичного разложения аморфных фосфоритов фосфорной кислотой. Они содержат фосфор в форме, растворимой в воде, лимонной и соляной кислотах. Основное нерастворимое фосфорное удобрение — фосфоритная мука. Это удобрение труднорастворимо в воде и малодоступно растениям. Она может не дать эффекта, если в почве содержится много усвояемого фосфора, при низком уровне потенциальной кислотности, вследствие высокой степени насыщенности почвы основаниями. Можно применять фосфоритную муку и в зоне выщелоченных черноземов, обладающих значительной потенциальной кислотностью; при этом большое значение имеет тонина размола. Кислый торф, физиологически кислые удобрения усиливают разложение фосфоритной муки. Очень хорошее действие на усвоение фосфоритной муки оказывают торфонавозные компосты. Лучше всего фосфоритную муку вносить под вспашку или перекопку участка заблаговременно. Для внесения в рядки и гнезда фосфоритная мука непригодна.

5. Калийные удобрения. Калийные удобрения получают из калийных руд природных месторождений. Хлористый калий-соль, хорошо растворимая в воде. Это самое распространенное калийное удобрение. Хлористый калий составляет более 90% всех источников калия для растений в различных удобрениях, в том числе и сложных. Промышленность выпускает следующие формы калийных удобрений: Концентрированные, получаемые в результате переработки сырых калийных солей. Смешанные — смесь сырых солей и концентрированных удобрений. Сырые соли, получаемые в результате разлома природных калийных минералов. Применение калия, прежде всего, необходимо на торфяных, песчаных, супесчаных почвах, на дерново-подзолистых почвах, серых лесных почвах и северных черноземах лесостепи. Эффективно внесение калийных удобрений под хлопчатник, люцерну, плодово-ягодные культуры. Калийные удобрения вносятся заблаговременно везде, кроме легких почв и влажных субтропиков. Хлор вреден для картофеля, табака, цитрусовых. К нему также весьма чувствительны люпин, фасоль, гречиха. Натрий, содержащийся в удобрениях, полезен для свеклы, капустных, моркови, хлопчатника. Хлористый натрий, содержащийся в калийных удобрениях, положительно действует на кормовую и столовую свеклу, томаты, капусту. Недостаток калия в первую очередь обнаруживается в старых листьях. Свекле особенно нужен калий в период сахаронакопления. Использование калия из минеральных удобрений приблизительно одинаково с его использованием из органических удобрений. Для сельскохозяйственных культур коэффициент использования калия равен 70-80%. На песчаных почвах коэффициент использования калия выше, чем на суглинистых. Хлористый калий эффективно вносить с осени. Установлено, что при систематическом применении хлорсодержащих калийных удобрений снижается содержание крахмала в клубнях картофеля, ухудшаются свойства курительных сортов табака, в некоторых районах качество винограда, а также урожай некоторых крупяных культур, в частности гречихи. В этих случаях следует отдавать предпочтение сернокислым солям или чередовать их с хлористыми. Важно учитывать также, что хлор, внесенный в составе удобрений с осени, практически полностью вымывается из корнеобитаемого слоя почвы. Одни калийные удобрения применяют лишь на некоторых разновидностях торфяных почв, богатых азотом и фосфором. Влияние калия усиливается с известкованием. В севообороте с культурами, выносящими много калия (картофель, сахарная свекла, клевер, люцерна, корнеплоды), потребность в нем и эффективность его выше, чем в севооборотах лишь с зерновыми культурами. На фоне навоза, особенно в год его внесения, эффективность калийных удобрений снижается. Последействие калийных удобрений проявляется 1-2 года, а после систематического применения более длительный срок.

6.Сложные (комплексные) удобрения. Основными видами сухих сложных удобрений, которые выпускает химическая промышленность, являются: аммофос, нитрофоски, калийная селитра, а жидких-комплексные удобрения на основе ортофосфорной и суперфосфорной кислот. Все эти удобрения получены в процессе химического взаимодействия исходных компонентов. Аммофос высокоэффективное концентрированное удобрение на всех почвах и для всех культур. Он обладает хорошими физическими свойствами как в гранулированном, так и в порошковидном состоянии, малогигроскопичен и поэтому не слеживается и хорошо высевается. Смеси на основе аммофоса со всеми простыми удобрениями выдерживают длительное хранение. Наиболее распространенным продуктом азотнокислого разложения фосфатного сырья с добавлением хлористого калия является нитрофоска. Около 60% фосфора в нитрофоске содержится в виде водорастворимых форм. Широкое применение в овощеводстве находит безбалластное удобрение калийная селитра. Это белый кристаллический порошок, обладающий малой гигроскопичностью и хорошо растворимый в воде, может применяться самостоятельно и в смеси с другими удобрениями. В последние годы все большее распространение в сельском хозяйстве находит применение жидких комплексных удобрений (ЖКУ), которые получают путем нейтрализации аммиаком фосфорной кислоты (ортофосфорной или полифосфорной). Они могут иметь различное количество и соотношение питательных веществ. Жидкие комплексные удобрения позволяют полностью механизировать трудоемкие процессы по погрузке, разгрузке и внесению в почву. Они не содержат свободного аммиака, поэтому их можно разбрызгивать по поверхности почвы с последующей заделкой, а также вносить местно в рядки. Сложно-смешанные удобрения (ССУ). Их получают мокрым смешением готовых односторонних удобрений и полупродуктов, а также фосфорной и серной кислот с одновременной нейтрализацией смесей газообразным аммиаком или аммиакатами. Смешанные удобрения. Эти удобрения получают путем механического смешения готовых гранулированных или порошковидных туков. Наилучшим компонентом тукосмесей является аммофос.

7. Органические удобрения Органические удобрения содержат азот, фосфор, калий, кальций и другие элементы питания растений, а также органическое вещество, которое положительно влияет на свойства почвы. Органические удобрения состоят из веществ животного и растительного происхождения, которые, разлагаясь, образуют минеральные вещества, при этом в приземный слой выделяется диоксид углерода, необходимый для фотосинтеза растений. К органическим удобрениям относят навоз, торф, компост, птичий помёт, перегной и другие материалы. Навоз. В навозе разных животных в среднем содержится (%): воды 75, органического вещества 21, общего азота 0,5, усвояемого фосфора 0,25, окиси калия 0,6. Качество навоза зависит от вида животного, его корма, подстилки и способа хранения. Лучший подстилочный материал для навоза — верховой слаборазложившийся торф, однако чаще используют солому или опилки. Конский навоз на соломистой подстилке незаменим на холодных глинистых почвах. Навоз крупного рогатого скота согревается хуже, чем конский, так как в нём содержится больше воды. Но этот навоз незаменим на лёгких почвах. Свиной навоз отличается кислой реакцией, при его использовании надо добавлять известь. Различают четыре стадии разложения навоза. Навоз в стадии меньшего разложения вносят осенью, большего — весной. Свежий навоз использовать нежелательно. Если навоза недостаточно, то его целесообразно вносить в меньших дозах, но на большую площадь, например в лунки. На холодных почвах навоз заделывают на глубину 10—15 см так, чтобы сверху он был прикрыт землёй, на тёплых, быстро просыхающих — на полную глубину обрабатываемого слоя. Навозная жижа (жидкая часть навоза крупного рогатого скота) — азотно-калийное удобрение. Из-за малого содержания фосфора в навозную жижу полезно добавлять суперфосфат (15 г на 1 л). Это удобрение используют для жидких подкормок, для чего его разбавляют водой [1:(4…5)], а также для приготовления торфонавозного компоста. Коровяк (водный настой коровьего кала) довольно часто применяют для жидких подкормок, разбавляя водой (1:6 или 1:10). Раствор обычно готовят в деревянной посуде. Если раствор оставляют для брожения, то из него быстро улетучивается азот, поэтому перед употреблением добавляют сернокислый аммоний (10—20 г на 10 л).Птичий помёт. По химическому составу птичий помёт относится к числу лучших видов органических удобрений. Наиболее ценным считается куриный и голубиный помёт, менее ценным — утиный и гусиный. При частом внесении помёта в почве накапливается азот в нитратной форме, поэтому данное удобрение лучше заделывать осенью, равномерно распределяя по всей площади. Но наиболее эффективен птичий помёт при использовании в жидких подкормках. Для приготовления раствора ёмкости наполовину заполняют помётом, затем заливают водой, закрывают крышкой и настаивают 3—5 суток. Далее раствор вторично разбавляют водой (1:10). ТорфВ торфе содержится немного доступных для растений питательных элементов. Тёмный цвет торфа способствует поглощению тепла и быстрому прогреву почвы. По степени разложения различают несколько видов торфа. Верховой отличается слабой степенью разложения растительных остатков и высокой кислотностью. Низинный характеризуется высокой степенью разложения и меньшей кислотностью. Переходный торф занимает промежуточное положение между ними. Торф собирают в болотах, потом раскладывают для проветривания или закладывают в компостную кучу. Вносят торф в любое время года, даже зимой по снегу. Но нельзя забывать, что к нему необходимо добавлять известь. На огороде торф лучше всего добавлять в компосты, а также в почвенные смеси для выращивания рассады и защищённого грунта. Ил.Ил накапливается на дне прудов, озёр, рек. В нём много перегноя, азота, калия и фосфора. После непродолжительного проветривания ил можно успешно использовать на песчаных почвах (3—9 кг на 1 м²). Фекалии. Фекалии — это нечистоты уборных. Они богаты минеральными веществами, которые легко усваиваются растениями. Однако фекалии, находящиеся в выгребных ямах, быстро разлагаются, из них быстро улетучивается азот. Для лучшего сохранения азота на дно выгребной ямы насыпают торф слоем 20—25 см. Затем фекалии еженедельно переслаивают небольшим количеством торфа. В результате не только сохраняется азот, но и исчезает зловонный запах. Перед применением в качестве удобрения фекалии компостируют, чтобы обеззаразить от глистов, яйца которых погибают при температуре 45…50 °С. Опилки и древесная кора Опилки — дешёвое органическое удобрение, которое может значительно повысить плодородие почвы, улучшить её воздухопроницаемость и влагоёмкость. Только вносить их следует не в свежем виде, а в перепревшем или в смеси с другими материалами. Для ускорения процесса разложения опилки складывают в кучу, смачивают водой, навозной жижей. Полезно переслаивать опилки землёй. В течение лета кучу дважды перелопачивают, добавляя накопившиеся растительные остатки и нитрофоску. Из-за того, что опилки имеют кислую реакцию, к ним добавляют известь или мел (120—150 г на одно ведро). Компосты. Компосты готовят из различных органических материалов. Растительные остатки, не поражённые вредителями и болезнями, фекалии, птичий помёт, навоз и другие материалы складывают в рыхлую кучу (штабель) на ровной поверхности, переслаивая дерновой землёй или торфом. Основой кучи служит подстилка из листьев, опилок или торфа слоем 10—12 см. Периодически кучу увлажняют водой или раствором удобрений, через 40—50 сут компост перемешивают, а когда его температура достигнет 60 °С — уплотняют. Летом компостную кучу защищают от солнца, на зиму укрывают землёй или опилками слоем 30—40 см. Через 8—11 мес компост можно использовать. Сорняки, давшие семена, компостируют отдельно, так как они сохраняют всхожесть около пяти лет.