Агрохимия





Агрономическая химия, или агрохимия, — наука о взаимоотношениях между растением, почвой и удобрениями в процессе питания сельскохозяйственных культур.

Великий русский ученый Д. Н. Прянишников писал, что главной задачей агрохимии является изучение круговорота веществ в земледелии и выявление тех мер воздействия на химические процессы, протекающие в почве и растении, которые могут повышать урожай или изменять его состав.

Объекты агрохимии — растение, почва, удобрение. Д. Н. Прянишников рекомендовал изучать их во взаимной связи. Подчеркивая это, он графически выразил данную взаимосвязь. Д. Н. Прянишников отмечал, что рациональное применение удобрений возможно только при глубокой увязке данного приема с химией почвы и физиологией растений, а также с влиянием удобрений на микрофлору почвы.

Теоретические основы агрохимии включают в себя следующие вопросы: 1) теория питания растений; 2) учение о свойствах почвы с точки зрения питания растений и взаимодействия ее с удобрениями; 3) учение о свойствах удобрений.

Агрохимия тесно связана с другими науками: физиологией растений, почвоведением, метеорологией, агрофизикой, генетикой, селекцией, земледелием, растениеводством, микробиологией, биохимией растений. Будущее агрохимии, как и любой другой науки, состоит в углублении специализации и одновременном усилении связи с другими науками.

По словам К. А. Тимирязева: «Современное земледелие стало тем, что оно есть, только благодаря агрономической химии и физиологии растений».

Агрохимия является одновременно и химической, и биологической наукой. Внося удобрения и осуществляя синтез всех воздействий, применяемых в земледелии для получения максимального урожая высокого качества, необходимо учитывать последствия этих воздействий. Так, например, неграмотное применение азотных удобрений может привести к загрязнению нитратами грунтовых вод. Избыточное одностороннее, не сбалансированное по другим элементам азотное питание растений приводит к избыточному накоплению нитратов в продукции, и, прежде всего в зеленных овощах, картофеле, что может нанести непоправимый вред тем, кто их потребляет. Внесение в кислую почву избыточных количеств навоза, переводит дополнительное количество марганца в подвижную форму, что может стать причиной гибели урожая. Избыточное содержание в почве подвижной меди может вывести почву из землепользования на десятки лет. В свою очередь недостаток того или иного микроэлемента может привести к значительному недобору урожая и резкому ухудшению его качества. Вот почему так важно знать, в каком количестве и в каких соотношениях применять удобрения под сельскохозяйственные культуры с целью получения максимального урожая хорошего качества и при этом не допустить загрязнения окружающей среды.

Опыт мирового земледелия показывает, что уровень урожайности сельскохозяйственных культур находится в тесной зависимости от количества применяемых удобрений. Если выращивать сельскохозяйственные культуры без применения удобрений, быстро истощается почвенное плодородие и резко снижаются урожаи.

В странах Западной Европы, где долгое время применялись удобрения, установилось мнение, что для успешного применения удобрений с целью повышения урожаев сельскохозяйственных культур необходимо обязательное предварительное окультуривание почвы. Советские ученые Д. Н. Прянишников и А. Н. Лебедянцев опровергли эти представления. В 1926-1930 гг. ими была создана Географическая сеть опытов. Опыты, проведенные на 305 опытных станциях, показали, что удобрения, вносимые в неокультуренные почвы, оказывают значительное влияние на урожайность сельскохозяйственных культур. Наибольшая экономическая эффективность от применения удобрений была получена на технических культурах. В связи с этим, поскольку производство и применение удобрений в СССР в 30-40-е гг. еще оставалось на низком уровне, было принято решение в первую очередь вносить удобрения под технические культуры — хлопчатник, сахарную свеклу, картофель.

В 1925 г. на р. Каме были открыты богатые залежи калийных солей, а в 1926 г. залежи апатитов на Кольском полуострове. С того момента быстрыми темпами стал осуществляться рост производства и применения минеральных удобрений в СССР.

С середины нашего века развернулась научно-техническая революция, стали особенно очевидны мощь и всепроникающее влияние прогресса науки и техники на все стороны жизни. Осуществляются грандиозные планы партии по интенсификации сельскохозяйственного производства на базе химизации, мелиорации, механизации, специализации и концентрации, межхозяйственной кооперации и агропромышленной интеграции. В ходе развертывания научно-технической революции быстро растет количество факторов, способствующих биологической дезадаптации человека. В наши дни люди все больше начинают осознавать ответственность за будущее. Их волнуют вопросы, каким будет мир на рубеже III тысячелетия, как решатся проблемы истощения энергетических ресурсов, загрязнения окружающей среды, негативных изменений генетических признаков, вопросы продовольствия и многое другое. Например, за последние 100 лет человечество в 1000 раз увеличило энергетические ресурсы, за 35 лет удвоило производство сельскохозяйственной продукции, к 2000 г. намечено вдвое увеличить производство удобрений. Но наука еще недостаточно подготовлена к решению экологических проблем.

В 1973 г. наша страна вышла на первое место в мире по производству минеральных удобрений. Значительно возросла роль агрохимиков в сельскохозяйственном производстве. На их плечах лежит ответственность за рациональное использование удобрений, за правильное решение вопросов охраны окружающей среды.

В Продовольственной программе планируется увеличить поставку сельскому хозяйству минеральных удобрений до 30-32 млн. т. Площадь орошаемых земель намечено довести в 1990 г. до 23-25 млн. га. В программе подчеркивается необходимость высокоэффективного использования земли, ускоренного внедрения достижений науки и передового опыта, всемерного укрепления материально-технической базы.

Следует отметить, что необходимо разрабатывать принципы реализации возможностей растений, научное обоснование коэффициентов использования удобрений на основе диагностики питания. Необходимо обратить особое внимание на раннюю диагностику нарушений режима питания. Актуальна дальнейшая разработка критериев качества сельскохозяйственной продукции. Важным вопросом является оптимизация питания в закрытом грунте. В нашей стране только около 60% пашни находится в благоприятных климатических условиях. 150 млн. га площади подвержены различным видам эрозии и деградации.

Необходимость высокой отдачи от удобрений требует коренного пересмотра прежних основ определения норм удобрений. Полное использование генетического потенциала урожайности культур и высокая эффективность использования удобрений без отрицательного влияния на качество самих культур и окружающую среду возможно только при учете всех факторов жизнедеятельности растений. В последние годы создаются динамические программы для ЭВМ с имитацией содержания элементов питания растений в почве за вегетацию. В СССР разрабатывается автоматизированная система управления химизацией — АСУ агрохим. Ее задача: прием, накопление и переработка данных для подготовки наиболее рациональных руководящих решений. Автоматизированная система состоит из 5 программ:

  1. Автоматизированная система разработки оптимального распределения фонда удобрений — ФОНУД.
  2. Расчет рекомендаций по внесению удобрений — РАДОЗ.
  3. Оптимизация кормовых рационов — ТРОПА.
  4. Рекомендации по известкованию — ИСКРА.
  5. Обработка выходной информации — СТАТИСТИКА.

Учитываемые факторы: разновидность почвы, ее механический состав, рН, содержание доступных для растений соединений фосфора и калия, степень эрозии, предшественник, внесение NPK и органики под предшественник, культура, сорт, планируемый урожай, обеспеченность кальцием. Однако пока банк данных не полностью отвечает запросам современного сельскохозяйственного производства, в частности нет данных по микроэлементам. В Болгарии учитывают содержание таких элементов, как N, Р, К, В, Mo, Zn, Са, AI, Mg, Мn. В ГДР с 1972 г. применяется программа ЭВМ для внесения микроудобрений. Институт минеральных удобрений в г. Лейпциге разрабатывает вопросы оптимальных доз и распределения удобрений. Институт питания растений в Йене ведет исследования по вопросам эффективности микроудобрений, контроль за плодородием почв, качеством продукции. В агрохимслужбе ГДР есть специальное подразделение для обслуживания закрытого грунта на культуре огурца, почвы обследуются раз в 3-4 недели; на культуре томатов — 1 раз в 6 недель.

В СССР в системе агрохимического обслуживания существует Центральный институт агрохимического обслуживания (ЦИНАО) с 5 филиалами, 204 проектно-изыскательские станции химизации. В 1979 г. было решено создать единую специализированную агрохимическую службу.

Основные агрохимические анализы выполняются сетью институтов и зональных лабораторий. Зональная агрохимическая лаборатория состоит из 5 отделов: 1) оперативного (агрохимическое обслуживание почв, разработка рекомендаций, оформление документации, составление картограмм); 2) аналитического (анализ почв и удобрений); 3) отдела химизации животноводства; 4) отдела охраны окружающей среды, химической токсикологии и радиологии; 5) административно-хозяйственного.

Специалист-агрохимик разрабатывает и осуществляет приемы применения удобрений и химической мелиорации почв с максимальным коэффициентом использования удобрений и экономической эффективностью мероприятий; внедряет обоснованную систему удобрений с учетом биологических, почвенно-климатических и других факторов; составляет картограммы и почвенные карты с целью контроля за плодородием почв; участвует в составлении технологических карт возделывания сельскохозяйственных культур; следит за питанием растений в течение вегетации, регулируя урожай и качество сельскохозяйственной продукции.

При разработке разнообразных вопросов в агрохимии используется богатый набор методов. Это биологические (полевые, вегетационные опыты, лизиметрические исследования), химические, физические, биофизические, микробиологические, математические методы.