Агроэкологические аспекты при применении химических веществ

2. Классификация удобрений: минеральные, органические, бактериальные, сидеральные. Местные и промышленные удобрения. Сырьевая база. Удобрения — вещества, применяемые для улучшения питания растений, свойств почвы, повышения урожаев. Их эффект обусловлен тем, что данные вещества предоставляют растениям один или несколько дефицитных химических компонентов необходимых для их нормального роста и развития.Удобрения можно классифицировать по следующим признакам:по происхождению (минеральные и органические);по агрегатному состоянию (жидкие, полужидкие, твёрдые);по способу действия (прямого и косвенного);по способу их внесения в почву-основное, припосевное, подкормочное,внутри почвенное, поверхностное. По химическому составу удобрения делятся на неорганические, или минеральные, органические, синдеральные и бактериальные. Минеральные удобрения — вещества неорганического происхождения. По действующему, питательному элементу минеральные удобрения подразделяются на макроудобрения: азотные, фосфорные, калийные и микроудобрения (борные, молибденовые и т. д.). Для их изготовления используется природное сырье (фосфориты, селитры и др.), а также побочные продукты и отходы некоторых отраслей промышленности, например сульфат аммония — побочный продукт в коксохимии и производстве капрона. Минеральные удобрения получают в промышленности или механической обработкой неорганического сырья, например измельчением фосфоритов, или с помощью химических реакций. Выпускают твердые и жидкие минеральные удобрения. Органические удобрения — вещества растительного и животного происхождения. В первую очередь, это навоз, торф, компосты, птичий помет, городские отходы и отбросы пищевых производств. Сюда относят и зеленые удобрения (растения люпин, бобы). Внесенные в почву, эти удобрения под действием почвенных микроорганизмов разлагаются с образованием минеральных соединений азота, фосфора, калия и других питательных элементов. Сидеральные удобрения это растения-сидераты, которые временно выращивают на незанятых участках почвы (осенью - после сбора урожая и весной - до высадки огородных культур). Сидераты улучшают структуру почвы, предотвращают вымывание и выветривание из нее полезных веществ, подавляют рост сорняков, а также обогащают почву азотом. Почва на огороде после сбора урожая не должна оставаться открытой, поскольку из нее выветриваются и вымываются полезные вещества, она быстро зарастает сорняками, которые в свою очередь используют полезные вещества из почвы. Чтобы этого не случилось опытные огородники проводят сидерацию. Сидерация - растения, которые выращивают для восстановления плодородия почвы. Бактериальные удобрения — препараты (азотобактерин, нитрагин почвенный), содержащие культуру микроорганизмов, поглощающих органические вещества почвы и удобрений и превращающих их в минеральные. Простые, сложные и смешанные удобрения. Простые удобрения содержат какой-нибудь один элемент питания, например селитра - азот, суперфосфат - фосфор и т.д. Смешанные удобрения (плодово-ягодные, овощные и другие смеси) состоят из нескольких удобрений. Сложные удобрения (их называют также комплексные) представляют собой соли, содержащие два (реже больше) элемента питания. Соотношение отдельных элементов питания в сложных удобрениях не всегда может соответствовать требованиям тех или иных растений. Это исправляют добавлением к ним простых удобрений. Например, в калийной селитре много калия (46%) и мало азота (13%), поэтому к нему надо добавить какое-нибудьазотное удобрение

(аммиачную селитру или сульфат аммония) и какое-нибудь фосфорное удобрение. Местные и промышленные удобрения. МЕСТНЫЕ УДОБРЕНИЯ, удобрения, приготовляемые непосредственно в хозяйствах. К ним относится большинство органических удобрений: навоз, навозная жижа, компосты, торф, птичий помет, фекалии, зеленые удобрения, осадки сточных вод, ил прудовый, городской мусор, отходы кожевенной и пищевой промышленности и др. М.у. оказывают многостороннее действие на агрохимические свойства почвы и при правильном использовании значительно повышают урожайность с.-х. культур, в т. ч. винограда. М. у. занимают большой удельный вес в общем балансе удобрений, применяемых в сельском хозяйстве. В связи с тем, что в М.у. элементы питания для растений не всегда находятся в нужных соотношениях, практикуется совместное применение местных и минеральных удобрений.

3.Азотные удобрения. Роль азота в питании растений. Признаки азотного голодания и избытка азота. Содержание и формы соединений азота в почве и его динамика. Влияние азотных удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур и качество урожая.

Азот – обязательный компонент белков. Все ферменты, катализирующие многочисленные биохимические процессы в растениях, - белковые вещества. Азот входит также в состав ДНК, РНК, хлорофилла, алкалоидов, ряда витаминов и других органических соединений. Растения используют аммиачный и нитратный азот, а бобовые и другие растения в симбиозе с микроорганизмами - и молекулярный азот.

Растения синтезируют все аминокислоты, входящие в белок. Аммиак ядовит для растений и не накапливается в них, а нитраты могут накапливаться в значительных количествах. В растениях нитраты восстанавливаются до аммиака через цепь промежуточных превращений. Аммиак, вступая в реакции с кетокислотами, образует аминокислоты. Наиболее интенсивный азотный обмен у растений наблюдается в период их максимального роста. В молодых органах преобладает синтез веществ, а в старых – распад белков и отток образовавшихся продуктов в другие части растения.

При нейтральной реакции среды лучше усваиваются ионы аммония, при кислой – нитратные ионы. Кальций, магний и калий улучшают усвоение аммония, а фосфор и молибден – нитратов. Ухудшение фотосинтеза и связанное с этим увеличение содержания углеводов оказывает положительное действие на поступление аммония. Избыток аммиачного азота во время прорастания семян, бедных углеводами, или при слабом фотосинтезе оказывает отрицательное действие на растения. В подобных случаях рекомендуется вносить в подкормку нитратные азотные удобрения. Аммиак более экономичный источник азота: через 5 – 10 мин после внесения в почву он уже используется растением для синтеза аминокислот и поступает в листья. Регулируя азотное питание, можно в значительной степени корректировать уровень урожая сельскохозяйственных культур.

Общие запасы азота в земной коре составляют десятки миллиардов тонн. В основном он присутствует в виде органических соединений.

Большое значение имеет скорость минерализации азота. Разложение органических азотистых веществ происходит следующим образом: белки, гуминовые вещества, аминокислоты, амиды, аммиак, нитриты, нитраты. В результате процесса нитрификации образуются органические кислоты, спирты, угольная кислота и аммиак. Органические кислоты и спирты разлагаются до CO2, H2, H2O, метана. Аммиак с кислотами образует соли, аммоний поглощается почвенными коллоидами и глинистыми минералами. Процесс аммонификации идет в аэробных и анаэробных условиях при сильно кислой и сильнощелочных реакциях он замедляется. В аэробных условиях соли аммония окисляются до нитратов, образуется азотная кислота, которая нейтрализуется бикарбонатом кальция и поглощенными основаниями почвы. Содержание нитратов зависит от использования почвы. Под паром и какой – либо культурой содержание нитратов различно.

В дерново – подзолистой почве при кислой реакции, избыточной влажности, плохой аэрации и низкой температуре процесс минерализации останавливается на стадии образования аммиака.

Нитрификация подавляется осенью и ранней весной, а летом этот процесс протекает интенсивно. Улучшение аэрации в результате обработки почвы, а также известкование усиливают нитрификацию. Внесение минеральных и органических удобрений обогащает почву элементами питания, усиливая минерализацию.

Большие потери азота происходят в результате денитрификации, особенно в анаэробных условиях, щелочной среде и при большом количестве органического вещества. Внутри агрегатов почвы также могут создаваться анаэробные условия. Бактерии – денитрификаторы наиболее быстро окисляют органическое вещество при температуре +28 – 30 ˚С и pH 7,0 – 7,5. часть азота почвы и внесенных удобрений теряется в виде аммиака. Происходит это при внесении аммонийных солей в карбонатные почвы или мочевины поверхностно. При внесении аммиака обязательна глубокая заделка удобрений. Известкование усиливает потери из мочевины и солей аммония.

Без применения удобрений запасы гумуса и азота в почве снижаются. Например в дерново-подзолистой почве они за 30 – 50 лет убывают на25 – 50 %. В круговороте веществ в земледелии велика роль биологического азота и азота минеральных удобрений.

Коэффициент использования минеральных удобрений обычно составляет 60 – 70 % и в значительной степени зависит от особенностей растений, поглотительной деятельности корневой системы, форм удобрений, погодных условий, кислотности, окультуренности почвы и т.д. Внесение удобрений улучшает использование азота почвы. Под влиянием удобрений происходит дополнительная мобилизация почвенного азота зависит от температуры и влажности почвы. При увеличении температуры на 10˚С темп мобилизации увеличивается вдвое. При повышенной влажности мобилизация снижается. Образующиеся при нитрификации кислотные продукты усиливают разложение органического вещества почвы.

При внесении высоких доз азотных удобрений нитраты вымываются значительно больше. При неправильном применении мочевины азот дополнительно теряется в виде аммиака, однако при ее своевременной заделке в почву – это одно из наиболее эффективных удобрений.

На кислых почвах физиологическая активность аммиачных удобрений снижается. Известкование почв не только повышает коэффициент использования азота удобрений, но и улучшает использование азота почвы. Недостаток и избыток влаги резко снижают использование азота удобрений. Весьма важно правильно сочетать дозы удобрений и поливов. При недостатке поливной воды нормы удобрений следует снижать. Удобрения хорошо вносить с поливной водой. Коэффициент использования азота удобрений зависит от доз и сроков внесения. Культуры с более длительным вегетационным периодом используют азота больше, но внесение азота следует приурочить к периоду его максимального потребления.

Для снижения потерь азота применяют ингибиторы нитрификации (препараты, замедляющие процесс нитрификации, а вслед за ним и денитрификации), что дает возможность растениям полностью использовать азотные удобрения. Весьма эффективно применение медленнодействующих удобрений: мочевино-формальде-гидных, магнийаммонийфосфата и др. Для сведения к минимуму потерь азота необходим высокий уровень агротехники, применение высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных культур, оптимальное соотношение элементов питания в почве, устранение избыточной кислотности. Для прогнозирования возможного урожая сумму аммиачного и нитратного азота в слое толщиной 0 — 60 см определяют ранней весной.

Повысить эффективность азотных удобрений можно следующими способами:

расширением посевов бобовых культур;

увеличением производства и применением медленнодействующих, гранулированных удобрений и удобрений с защитной оболочкой;

дробным внесением удобрений;

ингибированием нежелательных микробиологических процессов;

использованием сбалансированного питания растений всеми

элементами;

повышением агротехники и общей культуры земледелия.

Важнейшим источником азотного питания растения является гумус. Он удерживает от миграции многие катионы, поглощает токсические вещества и металлы. На легких почвах высокий урожай культур можно получить при содержании гумуса 1,8 —2,1, на суглинистых — 2,0 — 2,5 %) Ежегодно содержание гумуса уменьшается на 0,5— 1 т/га. Органические удобрения компенсируют неизбежные потери гумуса при минерализации. Если вносить на 1 га пашни 8 — 20 т органических удобрений в год, баланс по гумусу будет положительным. Применение только минеральных удобрений в большинстве случаев приводит к снижению содержания гумуса в почве и в лучшем случае стабилизирует его уровень, следует сочетать минеральные и органические удобрения.

4.Формы азотных удобрений: аммиачная селитра, сульфат аммония, хлористый аммоний, мочевина аммиачная вода, кальциевая, натриевая селитры и др. Физиологически кислые и щелочные удобрения. Дозы азотных удобрений в зависимости от почвы и биологических особенностей сельскохозяйственных культур. Сроки и способы внесения азотных удобрений.

Виды азотных удобрений. Выпускаемые промышленностью азотные удобрения подразделяют на следующие группы:

аммиачные (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).

Безводный аммиак NH3 — содержит 82,3 % азота. Это самое концентрированное безбалластное удобрение. Представляет собой белую подвижную жидкость с температурой кипения +34 ˚С. Хранится в толстостенных стальных цистернах. В почве аммиак превращается в газ, адсорбируется почвенным поглощающим комплексом, с водой образуется NH4ОН, который дает разнообразные соли. В значительной степени подвергается нитрификации. При обращении с аммиаком следует соблюдать меры предосторожности, так как пары аммиака вызывают удушье и слезотечение.

Аммиакаты — содержат 30 — 50 % азота. Это растворы азотных удобрений в водном аммиаке, представляющие собой жидкости светло-желтого цвета. Можно перевозить в емкостях, рассчитанных на небольшое давление, вызывают коррозию черных металлов. По действию на урожай сельскохозяйственных культур равноценны твердым азотным удобрениям.

Аммиачная вода — содержит 16,4 — 20,5% азота. Свободного аммиака в ней значительно больше, чем гидроксида аммония, поэтому возможны потери NН3 во время транспортирования, хранения и внесения удобрения вследствие улетучивания. Использование аммиачной воды технически проще и безопаснее, чем жидкого аммиака. Существенный недостаток - низкое содержание азота. Применять аммиачную воду целесообразно в хозяйствах, расположенных недалеко от предприятий, производящих это удобрение.

Жидкие азотные удобрения вносят специальными машинами, обеспечивающими немедленную заделку их на глубину не менее 10—12 см на тяжелых почвах и 14—18 см на легких. Поверхностное внесение таких удобрений недопустимо, так как аммиак быстро улетучивается. Вносят их как весной перед посевом, так и осенью, а также для подкормки пропашных культур.

Сульфат аммония (NH4)2 S04 — содержит до 21 % азота и до 24 % серы. Хорошо растворяется в воде и поглощается почвенным поглощающим комплексом (ППК). Удобрение мало слеживается, не расплывается на воздухе, сохраняет рассыпчатость и хорошо рассеивается туковой сеялкой. Содержит небольшое количество серной кислоты, которая придает удобрению слабокислую реакцию.После нитрификации образуются азотная и серная кислоты. Кислоты нейтрализуются кальцием, входящим в состав ППК. В результате кальций в ППК замещается водородом и кислотность почвы повышается. В связи с этим данное удобрение лучше применять на карбонатных почвах как основное. На этих почвах действие сульфата аммония иногда бывает лучше, чем нитратных удобрений. Сульфат аммония широко применяют в орошаемом земледелии (рис). На дерново-подзолистых почвах для устранения кислотности на 1 ц сульфата аммония берут 1,3 ц карбоната кальция. Это удобрение хорошо сочетать с фосфоритной мукой для улучшения ее растворимости.

Сульфат аммония—натрия (NН4)2S04· Na2S04 — кристаллическая соль желтоватого цвета, содержит до 16 % азота. Это очень хорошее удобрение для сахарной свеклы и растений семейства капустных, отзывчивых на применение серы и натрия. Используют также для подкормки сенокосов и пастбищ.

Хлористый аммоний NН4С1 — мелкокристаллический белый или желтоватый малогигроскопичный порошок, содержит 24 —25 % азота. При хранении не слеживается. Поглощается ППК, подвергается нитрификации. Имеет высокую физиологическуюкислотность. Для нейтрализации лучше вносить одновременно суглекислым кальцием. Наличие хлора в удобрении снижает урожай картофеля, винограда, лука, капусты, льна, поэтому его лучше вносить с осени для вымывания хлора атмосферными осадками.

Карбонат аммония — белое кристаллическое вещество, легко переходит в бикарбонат

NН4НС03 с выделением аммиака. Обычно эта смесь содержит до 21 — 24 % азота. При использовании следует немедленно заделывать в почву.

Нитратные удобрения КN03, NaN03, Са(N03)2— растворимы в воде. Их рекомендуется применять в подкормки. Нитрат натрия содержит 15 — 16% азота и служит хорошей подкормкой для свеклы. Кальциевая селитра содержит 15,5 % азота. Она очень гигроскопична, поэтому применяют ее до посева при обработке культиватором, для подкормки озимых и пропашных культур. Натриевую селитру можно вносить при посеве. Селитры из-за их высокой подвижности на легкодренируемых почвах в условиях влажного

климата могут вымываться. Это физиологически щелочные удобрения. Систематическое внесение селитр на легких малобуферных почвах снижает их кислотность, поэтому использование селитр очень эффективно на дерново-подзолистых почвах.

Аммиачная селитра NН4N03 — содержит 34,6 % азота. Соль гигроскопична, поэтому удобрение производят в гранулированном виде (диаметр гранул 1 — 3 мм) и хранят в сухом помещении в пятислойных бумажных мешках. Это физиологически кислое удобрение, при внесении необходимо проводить опережающее известкование. Катион аммония поглощается ППК, нитраты частично вымываются, подвергаются денитрификации, теряются в газообразной форме. Тяжелые почвы обладают большой емкостью необменной фиксации аммония. Аммиачную селитру вносят в качестве основного удобрения, рядкового при посеве, для подкормок. Очень эффективно вносить ее весной на озимых.

Мочевина (карбамид)СО(NН2)2 — самое концентрированное из твердых азотных удобрений, содержит 46 % азота. Выпускается в гранулированном виде с диаметром гранул 0,2 — 2,5 мм. Гранулы покрывают жировой оболочкой. В процессе грануляции образуется биурет. Содержание биурета более 3 % угнетает рост растений, поэтому мочевину лучше вносить за 10—15 дней до посева, чтобы биурет разложился. В почве мочевина растворяется и под действием фермента уреазы превращается в (NН4)2С03. На богатых гумусом почвах это превращение происходит за 2 — 3 дня, на песчаных и болотистых несколько медленнее. Углекислый аммоний на воздухе разлагается, образуя бикарбонат аммония и аммиак. Для того чтобы избежать потери аммиака, удобрение следует сразу заделывать в почву. В почве углекислый аммоний подвергается гидролизу с образованием бикарбоната аммония и гидроксида аммония, который подщелачивает почвенный раствор. Затем в результате процесса нитрификации происходит подкисление. При внесении под рис и чай мочевина действует так же, как сульфат аммония, на легких почвах ее действие эффективнее действия аммиачной селитры. Целесообразно применять мочевину в качестве основного удобрения, а также для ранневесенней подкормки озимых и пропашных культур при немедленной заделке в почву. При использовании мочевины в качестве некорневой подкормки раствор концентрацией до 5 % не вызывает ожога листьев. Мочевино-формальдегидные удобрения — содержат 37 —40 % азота, водорастворимого — 4 —10 %. Удобрение не слеживается, хорошо рассеивается. Перспективно использовать их поливных почвах и в районах с избыточным увлажнением. Применяют под чай, цитрусовые. Сроки внесения минеральных удобрений разделяют на основное (допосевное), с глубокой заделкой плугом или перекопкой на глубину штыка лопаты, припосевное, проводимое одновременно с посевом семян или посадкой рассады в лунки, рядки или гнезда, и подкормки (корневые, с заделкой в почву или без нее с последующим поливом, и внекорневые — опрыскивание растений слабыми растворами удобрений) — в период вегетации растений.

По способам внесения удобрения разделяют на разбросное, без заделки или с заделкой на разную глубину, и локальное, в виде лент (специальными орудиями) в лунки, рядки или гнезда при посеве, посадке и при корневых подкормках.

5. Фосфорные удобрения. Роль фосфора в питании растений. Признаки фосфорного голодания растений. Содержание и формы соединений фосфора в почве. Влияние фосфорных удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур и качество урожая. В растениях фосфор в основном представлен в органической форме. Он необходим для синтеза нуклеиновых кислот ДНК и РНК, а также для синтеза АТФ, фосфолипидов, сахарофосфатов. Следствием фосфорного голодания, приводящим к глубоким изменениям, является синтез нуклеиновых кислот в корнях. Исключение фосфора из среды, окружающей корни, приводит к снижению органического фосфора в листьях, даже если они подкармливаются фосфором. Эффективность фосфора, поглощенного листьями, ниже, чем фосфора, поглощенного корнями. Листья ограниченно способны к превращению поглощенного фосфора, и в результате фосфор остается в неорганической форме. Отток фосфора из листьев происходит в ограниченном размере, и в корнях нарастает фосфорная недостаточность. Это следует учитывать при некорневых подкормках.

Главный источник фосфора для растений — соли ортофосфорной кислоты. Ортофосфорная кислота дает три аниона: Н2РО4ˉ, НР04ˉ, Р043ˉ. При слабокислой реакции более распространен первый анион. Соли одновалентных катионов орто- и метафосфорной кислот хорошо растворимы в воде и легко усваиваются. Фосфаты двухвалентных катионов растворимы в воде в первой ступени замещения у ортофосфорной кислоты и плохо растворимы у метафосфорной. Двузамещенные соли двухвалентных катионов ортофосфорной кислоты растворимы в слабых кислотах и усваиваются растениями. Трехзамещенные соли ограниченно растворимы в слабых кислотах и усваиваются растениями труднее. Гречиха, люпин, донник, горох, эспарцет и горчица усваивают фосфор даже из трехзамещенных фосфатов кальция.

Ф.В. Чириковым установлено, что важное значение имеет соотношение СаО: Р205 в золе растений, взятой в фазу цветения. У вышеперечисленных растений это соотношение больше 1,3, а у злаковых — меньше. Исключение составляет лен-долгунец. В его золе соотношение СаО:Р205 равно 1,8, но он поглощает фосфор только из растворимых солей.

Фосфор интенсивно поглощается в первый период развития растений. Нехватку его в первые периоды роста нельзя возместить в последующем. Недостаток фосфора у растений выражается красновато-фиолетовой окраской листьев. У томатов окраска листьев багровая, у картофеля края листьев закручиваются вверх, окраска их темнее обычного. У кукурузы в здоровых листьях содержится 0,3 —0,35 % Р205, при более низком содержании фосфора листья приобретают пурпурную окраску.

Хорошая обеспеченность фосфором способствует более экономному расходованию влаги, улучшению углеводного обмена, т. е. увеличению содержания сахаров в узлах кущения озимых культур и тканях многолетних трав, что повышает их засухо- и морозоустойчивость. В растениях возможна реутилизация фосфора из старых листьев к молодым, а затем к генеративным органам. Фосфор концентрируется в товарной продукции. С каждым центнером зерна выносится 1 кг фосфора. Между азотным и фосфорным питанием существует тесная связь: при недостатке фосфора замедляется синтез белков в тканях растений, повышается содержание нитратного азота.

Содержание фосфора в почве — показатель ее окультуренности. Обычно оно составляет 1,2 — 6 т/га и зависит от механического состава почвы и содержания гумуса. Фосфор в почве находится в минеральной и органической формах. Минеральные фосфаты присутствуют, как правило, в виде гидроксил - или фтор - аппатитов, ди - и трикальцийфосфатов. В кислых почвах преобладают фосфаты железа и алюминия, в нейтральных и карбонатных — фосфаты кальция и магния.

Органический фосфор накапливается в результате деятельности высших и низших растений, животных и микроорганизмов. В различных почвах его содержание составляет 14 —44 % общего количества. Он находится в гумусе, плазме микроорганизмов и в фитине — кальциево-магниевой соли инозитфосфорной кислоты.

Фосфор обладает малой подвижностью. Фиксация фосфора происходит в результате связывания его кальцием, магнием или алюминием. Ионы Н2РО4 поглощаются глинистыми минералами. Вначале этот процесс носит обменный характер, затем переходит в химический с образованием А1Р04. С химической адсорбцией связано неполное использование фосфора удобрений. Коэффициент использования фосфорных удобрений колеблется от 5 до 35 %, в среднем 20 %. На кислых почвах он составляет меньшую величину. Коэффициент использования зависит также от культуры, под которую вносятся удобрения. Картофель потребляет 35 % фосфора, ячмень — 20, люпин — 15, просо — 11, кукуруза — 7%. На лугах использование фосфора может достигать 40 %. Высушивание почвы увеличивает подвижность фосфора за счет разрушения агрегатов при последующем их смачивании.

Оптимальное содержание Р205, определяемое в вытяжке 0,2 н НС1 раствора соляной кислоты в дерново-подзолистых почвах, для злаков составляет 12—18, для картофеля 30 — 35 мг на 100 г почвы.