Задачи и методы агрономической химии

Агрономическая химия, или агрохимия, – наука о питании растений, круговороте элементов питания в земледелии, рациональном применении удобрений для увеличения урожайности, улучшения качества сельскохозяйственных культур и повышения плодородия почвы.

Взаимодействие растения, почвы и удобрений академик Д. Н. Прянишников схематично изобразил в виде треугольника (рис. 1.1), и писал: «Изучение взаимоотношений между растением, почвой и удобрениями всегда являлось главной задачей агрохимиков».

Рис. 1.1. Треугольник Д. Н. Прянишникова

Агрохимия исследует прежде всего влияние разных типов почв и удобрений на обмен веществ в растении, на формирование урожая, его величину и качество. С другой стороны, изучается влияние растений на плодородие почвы, взаимоотношения почвы и удобрений (рис. 1.2).

Академик Д. Н. Прянишников одной из задач агрохимии считал «изучение круговорота веществ в земледелии и выявление тех мер воздействия на химические процессы, протекающие в почве и растении, которые могут повышать урожай или изменять (улучшать) его состав. Главным способом вмешательства в этот круговорот является применение удобрений».

Агрохимия изучает удобрения, их свойства и влияние не только на урожайность и качество сельскохозяйственной продукции, но и на окружающую среду. Агрохимики разрабатывают новые формы минеральных удобрений, дозы, сроки и способы внесения, системы применения удобрений в севооборотах и хозяйствах. Совершенствуются методы анализа растений, почвы и удобрений, а также диагностики питания сельскохозяйственных культур. Новым технологиям использования удобрений дается не только агрохимическая, но и экономическая оценка. Таким образом, агрономическая химия тесно связана со многими науками: почвоведением, земледелием, растениеводством, экономикой, организацией сельскохозяйственного производства и др.

Рис. 1.2. Круговорот веществ в земледелии.

Главная цель применения удобрений – улучшение питания растений. Изучение питания растений, воздействия вносимых удобрений на обмен веществ в растениях и направленность биохимических процессов связывают агрохимию с физиологией и биохимией растений.

При изучении питания растений и разработке способов его регулирования большое значение имеют биологические особенности сельскохозяйственных культур, технологии их возделывания. Здесь отмечается связь агрохимии с растениеводством, земледелием, защитой растений.

Первый объект исследования, как уже было отмечено – растения, второй – почва. Изучение превращения в почве вносимых удобрений, их действие на свойства почвы связывают агрохимию с почвоведением.

И, наконец, третий объект агрохимии – сами удобрения; изучая их свойства и эффективность, агрохимия связана не только с сельскохозяйственным производством, но и с химической промышленностью, ибо оценка новых видов и форм удобрений, выпускаемых ею, определение объема на их производство входит в задачу агрохимии. Имеет агрохимия связь и с другими науками казалось бы даже далекими от агрохимии.

Сейчас, например, появилось новое направление на стыке генетики и агрохимии – генетика минерального питания.

При этом предполагается, используя новые методы селекции, создать сорта ячменя, пшеницы и других зерновых, способных связывать атмосферный азот, расти на кислых и засоленных почвах, и синтезировать в зерне белок, равный по качеству белку сои. Большие перспективы здесь связаны с трансгенными растениями.

Определенные успехи уже в этом направлении сделаны. В Бразилии выведены сорта пшеницы, способные расти на кислых почвах. В Новой Зеландии выведен сорт клевера, который способен использовать фосфор из труднодоступных соединений почвы и хорошо растет на почвах с низким содержанием фосфора.

В агрохимии для анализа растений, почв и удобрений используются практически все известные методы количественного и качественного анализа, а также статистические методы обработки результатов полевых, вегетационных и лабораторных опытов. В связи с этим агрохимия связана с физикой, математикой и другими науками.

В агрохимии используются биологические, лабораторные и статистические методы.

Широко применяются биологические методы: полевой, вегетационный, лизиметрический, растительной диагностики и другие, которые в сочетании с наблюдениями и условиями внешней среды представляют важнейшие инструменты научной агрономии.

Одним из важнейших методов определения плодородия почв, количественной оценки агротехнической эффективности удобрений является полевой опыт – основной метод изучения действия удобрений в разных почвенно-климатических зонах, в условиях разной агротехники. Полевой опыт завершает поисковое исследование, количественно оценивает агротехнический и экономический эффект новой формы удобрения, нового способа или технологии применения удобрений и дает объективные основания для внедрения научного достижения в производство.

Широкий круг вопросов питания растений может быть решен с помощью вегетационного метода при выращивании растений в искусственных средах, в сосудах с водой или песком, а также в почвенных культурах.

Вегетационный метод позволяет строго контролировать и регулировать условия питания культурных растений.

Промежуточное положение между вегетационным и полевым опытами занимают лизиметрические опыты с растениями, которые широко используются при изучении передвижения и баланса питательных веществ в естественных условиях.

Аналогичное положение занимают и вегетационно-полевые эксперименты, которые проводят в поле в цилиндрических или квадратных сосудах (ящиках) без дна.

Для оценки не только агротехнической, но и экономической эффективности удобрений проводят производственные опыты с удобрениями.

В перечисленных выше биологических методах (полевом, вегетационном, лизиметрическом и других) главным объектом изучения выступает растение. По образному выражению Ж. Буссенго, эти методы позволяют «спрашивать мнение самого растения».

Наряду с биологическими методами агрохимия широко использует лабораторные методы анализа растений, почв и удобрений. Эти методы делят на химические, физические, физико-химические, микробиологические и другие. Среди них важное место принадлежит методу меченых атомов с использованием радиоактивных и стабильных изотопов. Эти методы часто называют биофизическими.

Широко в агрохимических исследованиях используется метод эмиссионной пламенной и атомно-абсорбционной спектрофотометрии для определения ряда макро- и микроэлементов в почвах, кормах и растениях.

Применяются также нейтронно-активационный анализ, рентгенорадиометрический, инфракрасной спектроскопии и другие. Практически все известные методы количественного анализа используются в агрохимии.

Агрохимический анализ растений проводится с целью:

- оценки качества урожая сельскохозяйственных культур и его изменений в зависимости от условий выращивания, в том числе от применения удобрений;

- определения размеров выноса элементов питания урожаем и динамики их потребления в течение вегетации;

- диагностики питания растений и определения потребности в удобрениях;

- изучения использования культурами питательных элементов из удобрений.

Агрохимический анализ почв проводится с целью:

- установления обеспеченности почв элементами питания и, следовательно, потребности в удобрениях;

- изучения свойств почв, которые определяют принципиальные вопросы применения удобрений и проведения химической мелиорации почв, таких как поглотительная способность почв, реакция почвы, буферность;

- наблюдения за изменением содержания элементов питания в почве в зависимости от приемов агротехники и применения удобрений;

- изучения процессов взаимодействия удобрений с почвой.

Агрохимический анализ удобрений проводится с целью:

- определения содержания действующего вещества в минеральных удобрениях и мелиорантах, для проверки их соответствия установленным стандартам и требованиям, для проведения их сертификации;

- оценки качества органических удобрений в зависимости от способа их накопления, хранения и применения.

Приложение агрохимии в практике сельскохозяйственного производства осуществляется главным образом по линии эффективного использования разнообразных местных и промышленных удобрений.

Таким образом, 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.