какая главная задача агрохимии

Сельское хозяйство | UniversityAgro.ru

Агрономия, земледелие, сельское хозяйство

Home » Агрохимия » Предмет и методы агрохимии

Популярные статьи

Приложения для Android

Предмет и методы агрохимии

Агрохимия, или агрономическая химия, — наука о взаимодействии растений, почвы и удобрений при возделывании сельскохозяйственных культур, о круговороте химических веществ в земледелии и использовании удобрений с целью увеличения урожая, улучшения его качества и повышения плодородия почвы с учетом биоклиматического потенциала.

В процессе развития агрохимии значение понятия постоянно совершенствовалось в силу задач и формирования новых её функций, что отражает сложную взаимосвязь растений, почвы, климата и агрохимических средств. Главная задача агрохимии заключается в изучении этой взаимосвязи.

Предмет агрохимии

Д.Н. Прянишников называл задачей агрохимии — изучение круговорота веществ в земледелии и выявление способов воздействия на химические процессы, протекающие в почве и растениях, оказывающие влияние на урожай и его качество.

Удобрения создают оптимальный питательный режим, направленно регулируют обмен органических и минеральных соединений, позволяя тем самым реализовать потенциальную продуктивность растений. В свою очередь, удобрения подвергаются воздействию растений, например, труднорастворимые формы растения могут переводить в доступные, а избирательная поглотительная способность по отношению к отдельным элементам, создают физиологическую кислотность или щелочность минеральных удобрений.

Агрохимические средства влияют на химические и физические свойства почвы, на активность и направленность микробиологических процессов, одновременно сами изменяются под влиянием свойств почвы. Обменные реакции, протекающие в почве между катионами солей минеральных удобрений и почвенным поглощающим комплексом могут приводить к негативным или позитивным результатам. Так, вытеснение алюминия из поглощающего комплекса калием при внесении хлорида калия приводит к дополнительному подкислению почвенного раствора, а обменные реакции между кальцием от вносимых удобрений и натрием поглощающего комплекса щелочных почв улучшают их физико-химические свойства, повышают биологическую активность. На этом основана химическая мелиорация солонцовых почв — гипсование.

Д.Н. Прянишников показал взаимосвязь между тремя взаимодействующими факторами: почвой, растением и удобрением в простой схеме, отражающей сущность агрохимии. Задача агрохимии состоит в создать оптимальные условия с помощью удобрений для питания растений. Такой же подход должен быть и в отношении почвы. Удовлетворяя биологические требования растений, возможно реализовать потенциальную продуктивность растений.

К.К. Гедройц отмечал, что урожайность определяется тремя факторами: климатом, почвой и самим растением. Климат трудно поддается изменению, однако возможно смягчить его действие улучшением свойств почвы. Изменяя свойства почвы, земледелец может в определенной степени регулировать воздействие климатических условий на растения. Воздействие удобрений К.К. Гедройц рассматривал опосредованно через изменение свойств почвы.

Схема взаимоотношений между растениями, почвой и удобрениями, как сущность предмета агрохимии (по Д.Н. Прянишникову)

Развитие теоретических положений количественного и качественного формирования продукции культурных растений вызвал необходимость введения биоклиматического потенциала в понятие агрохимии. Разработана и успешно применяется теория получения программированных урожаев, созданы и совершенствуются статические модели плодородия почвы по агрохимическим и агрофизическим показателям с учетом уровня урожая отдельных культур и продуктивности в целом специализированных севооборотов. Ведутся работы по моделированию продукционных процессов для некоторых сельскохозяйственных культур, реализация которых позволит достичь максимально высокой урожайности.

Многочисленные опыты с удобрениями в различных климатических зонах страны позволяют в определенной степени учесть климат, как один из факторов в системе климат — растения.

В государственном стандарте 1983 г. климат был учтен в определении понятия «агрохимия»: «Агрохимия — наука о взаимодействии удобрений, почвы, растений и климата, круговороте веществ в земледелии и рациональном применении удобрений» (Постановление Государственного комитета СССР по стандартам от 13 июля 1983 г. № 3110).

Недооценка климатических особенностей применительно к конкретному земледельческому району способна привести к погрешностям в определении значения минеральных удобрений.

Диалектическая взаимосвязь системы почва — климат — удобрения — растения в современном представлении сущности предмета агрохимии

Задачи агрохимии

На современном этапе развития агрохимия решает задачу изучения свойств различных видов органических и минеральных удобрений и их влияние на:

В последние годы отмечает возрастание значимости экономической и экологической задач агрохимии, оценки эффективности применения удобрений.

Объекты изучения агрохимии

Задача современного агрохимика сводится к определению точных параметров круговорота биогенных элементов с учетом конкретных агроклиматических условий и специфики сельскохозяйственных растений, их сортов при заданных уровнях продуктивности.

Цель агрохимии

Цель агрохимии — создание оптимальных условий питания растений с учетом свойств видов и форм удобрений, особенностей их взаимодействия с почвой, определение эффективных форм, способов, сроков использования удобрений.

Методы агрохимии

Лабораторные методы

Среди методов агрохимии особое значение имеют лабораторные: химические, физико-химические методы анализа растений, почв и удобрений. Создание современных высокоточных приборов для различных методов аналитической химии позволили значительно расширить спектр возможностей в агрохимии.

Среди методов аналитической химии в агрохимии широко используются:

Основные методы агрохимии

Для исследований обмена веществ в растениях используются методы стабильных и радиоактивных изотопов. Высокопроизводительная современная аналитическая техника и компьютеры позволяют обрабатывать большой объем поточных результатов анализов. Портативные средства измерения позволяют проводить экспресс-анализы непосредственно в поле, быстро определять содержание химических веществ в растениях или почве, свойства почвы, например, кислотность, оперативно вносить коррективы нормы внесения удобрений.

В последние десятилетия стала применяться комплексная почвенно-растительная диагностика питания растений и применения удобрений, заключающейся в лабораторном анализе почвы для определения оптимальных норм внесения основного удобрения и последующей корректировкой доз в подкормке в процессе вегетации после анализа растений в поле.

Физиолого-агрохимические методы

Лизиметрический метод нашел широкое применение в научно-исследовательских учреждениях мира. С его помощью исследуются процессы миграции, трансформации питательных веществ, изменения свойств почвы в динамике, проводятся балансовые эксперименты, а также обмена веществ в растениях и формирования качества продукции.

Полевые опыты

Полевой опыт — это эксперимент, проводимый в полевых условиях для определения эффективности удобрений на урожай сельскохозяйственных культур, его качество и на плодородие почвы.

В краткосрочных полевых опытах действие удобрений на урожайность и качество продукции изучается в течение не менее трех лет в определенных почвенных условиях. Данные Географической сети опытов в России широко используются для определения потребности в разных видах и формах минеральных удобрений в зональном аспекте, а также для определения потребностей страны в минеральных удобрениях.

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

Стационарный опыт — это полевой опыт с систематическим внесением удобрений, который проводится на одном участке, в севообороте, в звене севооборота или при бессменной культуре.

Длительный полевой опыт — стационарный опыт, проводимый в течение нескольких ротаций севооборота. Длительные стационарные опыты позволяют получить информацию по оценке эффективности различных систем удобрений в севооборотах; уровня насыщенности севооборотов удобрениями; оптимального распределения органических и минеральных удобрений по культурам севооборота и форм удобрений. Эти опыты являются базой для разработки статических моделей плодородия почв, изучения закономерностей изменения плодородия и качества продукции при длительном использовании удобрений, проведения балансовых исследований, миграции питательных элементов по профилю почвы и накопления балластных токсических элементов, в том числе тяжелых металлов и агрохимических средств, то есть для решения экологических проблем агрохимии. Опыты ставятся в условиях приближенных к производственным.

Производственные опыты с удобрениями проводятся в производственных условиях для проверки рекомендованных доз внесения и экономической оценки удобрений. Они носят краткий характер и предназначены для испытания и доработки научных рекомендаций в производственных и конкретных почвенно-климатических условиях. Результаты этих опытов имеют большое значение при внедрении и обосновании эффективности комплекса приемов химизации земледелия.

Связь агрохимии с другими науками

Содержание агрохимии как науки можно представить тремя разделами:

Химия растений является разделом физиологии растений, химия почвы — разделом почвоведения, и при этом они является неотъемлемой частью агрохимии. Химия удобрений полностью входит в состав агрохимии. Научные исследования по этому разделу проводятся сочетании с химией почв, физиологией растений и земледелием.

Агрохимию нельзя рассматривать отдельно от почвоведения, физиологии растений, земледелия, микробиологии почв.

Агрохимия выделилась в самостоятельную дисциплину вследствие теоретической и практической целесообразности.

Круг агрохимических исследований очень широк. Он включает изучение превращения питательных веществ в почве и метаболизма в растении, оптимизации питания растений, воспроизводства плодородия почв, применения удобрений на планируемый урожай и регулирования качества продукции.

Связь агрохимии с другими фундаментальными и прикладными науками

Связь с фундаментальными науками

Связь агрохимии с почвоведением заключается в том, что эффективность удобрений в определяется химическими, физическими, физико-химическими свойствами почвы, ее биологической активностью, которые в свою очередь связаны с содержанием и подвижностью питательных веществ в почве. Взаимосвязь свойств почв и удобрений проявляется в процессах мобилизации, иммобилизации, трансформации, миграции питательных веществ, на что оказывают влияние растения агроценоза.

Эффективность и окупаемость удобрений зависят от окультуренности почв, содержания гумуса, поглотительной способности, буферности и реакции среды. Поэтому задачей агрохимии является изучение свойств и плодородия почвы, баланса питательных веществ в агроценозе, способов регулирования и воспроизводства плодородия почв.

Связь агрохимии с почвоведением заключается в том, что эффективность удобрений в определяется химическими, физическими, физико-химическими свойствами почвы, ее биологической активностью, которые в свою очередь связаны с содержанием и подвижностью питательных веществ в почве. Взаимосвязь свойств почв и удобрений проявляется в процессах мобилизации, иммобилизации, трансформации, миграции питательных веществ, на что оказывают влияние растения агроценоза.

Связь агрохимии с фундаментальными науками

Эффективность и окупаемость удобрений зависят от окультуренности почв, содержания гумуса, поглотительной способности, буферности и реакции среды. Поэтому задачей агрохимии является изучение свойств и плодородия почвы, баланса питательных веществ в агроценозе, способов регулирования и воспроизводства плодородия почв.

Связь агрохимии с физиологией растений проявляется во влиянии питательных веществу на все жизненные процессы растения, что обеспечивает формирование показателей качества продукции. Такие агрохимические приемы, как корневые и некорневые подкормки, позволяют регулировать питание растений, направленно оптимизируя условия активного роста и развития, формирования большего урожая лучшего качества. На знании закономерностей питания растений в процессе вегетации разработаны методы растительной диагностики обеспеченности культуры питательными веществами.

Многие разделы агрохимии связаны с биологией и микробиологией почвы. Так, состояние и регулирование азотного режима в агроценозах — задача агрохимии, успешное решение которой возможно при правильной оценке биологических источников азота в системе почва — растения: симбиотической и ассоциативной азотфиксации или свободно живущими микроорганизмами. Активность этих процессов определяется правильной системой удобрения. То же относится к процессам гумификации и минерализации гумуса, фосфорного питания растений.

Возрастающая роль экологических аспектов земледелия связывает агрохимию с экологией. Например, техногенное загрязнение агроценозов тяжелыми металлами, радионуклидами и агрохимикатами вызывает необходимость разработки комплекса агрохимических средств и приемов, направленных на снижение поступления загрязняющих веществ в растения и трофические цепи.

Особенно необходима экологическая оценка при применении нетрадиционных видов удобрений — отходов промышленности, коммунального хозяйства, при использовании местных органических и минеральных сырьевых ресурсов в качестве удобрений.

Экологические функции агрохимии:

Создание оптимальных культурных агроландшафтов в разных природных зонах возможно с помощью агрохимических средств. Применяя удобрения в комплексе агроландшафтного земледелия, человек создает культурный агроландшафт с оптимальным геохимическим режимом, который является наилучшим в гигиеническом отношении и отвечает условиям жизни человека.

Экологическая функция в агроландшафтных системах земледелия характеризует связь агрохимии с геохимией. В.А. Ковда (1984) отмечал, что поведение удобрений в ландшафте следует изучать с привлечением биогеохимических методов — агрогеохимия. Он считал, что изучение трансформации удобрений во всех компонентах ландшафта позволяет получать наибольшую отдачу от удобрений с наименьшими отрицательными экологическими последствиями.

Связь агрохимии с географией проявляется в географических закономерностях действия удобрений, которые в свою очередь определяются почвенными, биологическими и климатическими условиями зон.

Связь агрохимии с метеорологией определяется зависимостью эффективности удобрений и агрохимических средств от погодно-климатических условий.

Источник

Предмет, методы и место агрохимии среди фундаментальных и прикладных наук

Такое понятие об агрохимии отражает сложную диалектическую взаимосвязь между растением, почвой, климатом и агрохимическими средствами. Изучение этой взаимосвязи является главной задачей агрохимии.

Удобрения создают оптимальный режим питания растений макро- и микроэлементами, направленно регулируют обмен органических и минеральных соединений, что позволяет реализовать потенциальную продуктивность растений по количеству и качеству урожая. Но и сами удобрения подвергаются воздействию растений: труднорастворимые их формы растения переводят в доступные соединения, а обладая избирательной поглотительной способностью по отношению к отдельным элементам, создают физиологическую кислотность или щелочность минеральных удобрений.

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. Например, в кислых почвах фосфоритная мука разлагается и фосфор переходит в доступную для растений форму. То же происходит и с карбонатами известковых удобрений. На этом принципе основана химическая мелиорация (известкование) кислых почв, вызывающая нейтрализацию почвенного раствора. Обменные реакции в почве между катионами вносимых солей минеральных удобрений и почвенным поглощающим комплексом могут вызвать негативные или позитивные явления. Например, вытеснение алюминия из поглощающего комплекса калием при внесении КСl ведет к дополнительному подкислению почвенного раствора, а обменные реакции между кальцием вносимых удобрений и натрием поглощающего комплекса щелочных почв существенно улучшают их физико-химические свойства, повышают биологическую активность. На этом основана химическая мелиорация (гипсование) солонцовых почв.

Известный русский ученый К.К. Гедройц отмечал, что 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. Действие удобрений К.К. Гедройц также рассматривал опосредованно через изменение свойств почвы.

Рис. 1.1. Схема взаимоотношений между растениями, почвой и удобрениями

Прогресс в развитии теоретических положений формирования количества и качества продукции культурных растений вызвал необходимость введения биоклиматического потенциала в понятие агрохимии. Разработана теория получения программированных урожаев, которая на практике дает положительные результаты, созданы и совершенствуются статические модели плодородия почвы по комплексу оптимальных параметров агрохимических и агрофизических показателей ее свойств с учетом уровня урожая отдельных культур и продуктивности в целом специализированных севооборотов. Наконец, учеными-аграрниками и биологами разрабатываются модели продукционных процессов отдельных сельскохозяйственных культур, реализация которых в перспективе позволит получать максимально высокие урожаи.

Рис. 1.2. Диалектическая взаимосвязь системы почва-климат-удобрения-растения

Рис. 1.3. 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 мероприятий. За последние годы возрастает значение экономической и экологической оценок эффективности применения удобрений, установлены и достаточно изучены экологические функции агрохимии. Поэтому главная задача состоит в том, чтобы получать высокие урожаи 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.

На сложные процессы, определяющие рост и развитие растений, активное и сильное влияние оказывают минеральные и органические удобрения. Они изменяют концентрацию солей в почве, интенсивность и направленность химических, физико-химических и биологических процессов, реакцию и буферность почвы, ее поглотительную способность. Исследуя эти процессы в динамике и во взаимосвязи, агрохимия вскрывает сущность явлений, закономерности в обмене веществ и формировании урожая и использует их для направленного регулирования роста растений и реализации их потенциальной продуктивности. Самым сильным и быстродействующим средством агрохимии при направленном регулировании этих процессов, как и при ее вмешательстве в круговорот веществ в земледелии, является удобрение почв. Без него невозможно оптимизировать питание растений, регулировать величину и качество урожая, влиять на воспроизводство плодородия почвы.

Д.Н. Прянишников в своем определении понятия «удобрение» указывал, что оно может содержать пищу для растений, усиливать мобилизацию питательных веществ в почве, повышать энергию жизненных процессов в ней и изменять свойства самой почвы, т.е. оказывать многостороннее прямое и косвенное действие на почву и растения (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Содержание понятия «удобрение» (по Д.Н. Прянишникову)

В соответствии с задачами агрохимии расширились и методы исследований (рис. 1.5). Среди них особое место занимают лабораторные: химические, физико-химические методы анализа растений, почв и удобрений. За последние годы достигнут прогресс в разработке высокопроизводительных и точных физико-химических и физических методов лабораторного анализа, а соответственно и современного лабораторного оборудования.

Рис. 1.5. Основные методы агрохимии

Широкое распространение получили и такие методы, как фотометрия, хроматография, спектроскопия, атомно-абсорбционная спектрофотометрия, рентгенофлуоресцентный, нейтронно-активационный, масс-спектрометрия и др. Для более точных исследований обмена веществ в растении широко используются методы стабильных и радиоактивных изотопов. Высокопроизводительная современная аналитическая техника и ЭВМ широко используются в массовых поточных анализах, т.е. при агрохимическом обслуживании сельскохозяйственных предприятий. Это позволяет применять удобрения и другие химические средства на глубокой научной основе. Портативные агрохимические приборы индивидуального пользования позволяют специалисту непосредственно в поле быстро определить содержание какого-либо элемента в растении или почве, свойство почвы (кислотность или щелочность и др.) и оперативно внести коррективы в рекомендации по применению удобрений.

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.

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. В Географической сети опытов в нашей стране для изучения эффективности новых форм и видов удобрений широко используются их сочетания с другими химическими средствами. 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.

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.

Правильное научное обоснование мероприятий по химизации земледелия требует как глубокого теоретического изучения вопросов питания растений, химии почв и удобрений, так и практического опыта и организации широкой проверки научных достижений в производстве. Правильная система применения удобрений в хозяйстве строится на основе сочетания минеральных и органических удобрений, что позволяет улучшать круговорот веществ в земледелии. Ведь значительная часть питательных элементов минеральных удобрений уже в первый год их использования поступает в солому, зерно, сено, корнеклубнеплоды, силос и другие сельскохозяйственные продукты, которые впоследствии идут на корм скоту и попадают в навоз. Поэтому применение навоза представляет собой повторное использование части питательных веществ минеральных удобрений, ранее поступивших от химической промышленности. Сколько бы ни производилось минеральных удобрений, сколько бы их ни применялось в сельском хозяйстве, навоз всегда будет главнейшим элементом системы удобрения.

Для не насыщенных основаниями и засоленных почв наибольшая эффективность отмечается при сочетании минеральных и органических удобрений на фоне химической мелиорации почв, т.е. известкования кислых и гипсования солонцовых почв. Отдача от минеральных удобрений на почвах с предварительным известко ванием и гипсованием значительно возрастает, что объясняется прежде всего существенным улучшением химических, физических и биологических их свойств. Повышается содержание подвижных форм питательных веществ в почве, создаются благоприятные условия для процессов гумификации, улучшаются поглотительная способность и буферность почв, в целом условия питания, роста и развития растений, которые становятся более устойчивыми к неблагоприятным условиям и формируют больший урожай и лучшего качества продукцию.

Все агрохимические средства (минеральные, органические, известковые, гипсосодержащие удобрения и др.) составляют основу химизации земледелия. Задача агрохимика-почвоведа состоит в том, чтобы глубоко изучить комплексное воздействие агрохимических средств на почву, растение и природную среду, с тем чтобы создать оптимальные условия для роста культурных растений и реализации потенциальной продуктивности с учетом воспроизводства плодородия почвы и улучшения экологической ситуации в земледелии.

Дополнительные материалы по теме:

Источник