Предмет агрономической химии. Связь агрохимии с другими науками

1. Предмет агрономической  химии. Связь агрохимии с другими  науками.

 
 
            Агрономическая химия - это наука о взаимодействии растений, почв и удобрений в процессе питания с/х культур, о круговороте веществ в земледелии, и использовании удобрений для повышения урожая и повышения плодородия почвы.

Главная цель применения удобрений  –повышение урожая и их качества за счет улучшения питания растений.

Изучение питания сельскохозяйственных растений всегда было одно из важнейших  задач агрохимии. Она иследует также  обмен вещест в растениях в  связи с условиями питания, которые  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 исследованияв  агрохимии- растение. При 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 для растений, разнообразных процессов превращений удобрений,их действия на свойства и плодородия почвы-важный раздел агрохимии. 
Поэтому направлению агрохимия связана с почвоведением и почвенной микробиологией, земледелеем.

Третий объект агрохимии  –удобрение и средства химической мелиорации почв;изучая их состав свойства и эффективность, агрохимия связана  с химическим производством.

Три основных объекта,изучаемых  агрохимией,- растение, почва и удобрение- находятся в тесной взаимосвязи и взаимодействии.  
Взаимосвязь объектов изучаемых в агрохимии (растений, почв, удобрений) Прянишников выразил в виде схемы – треугольник Прянишникова.   означает взаимное влияние рассматриваемых объектов. 

Позднее Журбицкий добавил 4 объект, т.к. взаимодействие 3 других объектов происходит в особенных климатических  условиях.  
Все разделы для понимания химических процессов рассматриваются для всех 3х объектов. 
- растения (ботаника, физиология, биохимия) 
- почва (почвоведение, микробиология (т.к. м/о содержащиеся в почве превращают питательные вещества в доступные для растения)  
- удобрения, рациональное, агрономически правильное применение (растениеводство, плодоводство и д.р.  
- экономика, необходимость экономической оценки применения (экономика, организация с/х производства) 
 КРУГОВОРОТ ВЕЩЕСТВ

 
При рассмотрении кругов.в-в в земледелии необходимо отметить следующие потоки минеральных веществ. Элементы питания при возделывании сельскохозяйственных культур переходят из почвы в урожай. 
Товарная часть урожая, содержащая,питательные в-ва,  безвозвратно теряется. 
Не товарная продукция растеневодства.(корма,солома…) используется. В с.х.предприятиях,чаще всего в животноводстве. 
            Таким образом не товарная часть прод.разделяется на 2 потока. Часть используется животными для построения собственного тела и физиологических процессов. следовательно в составе продуктов удаляется за пределы с.х. предприятий. Другая часть на навоз и возвращается в почву. 
           Рассматриваемая схема, позволяет сделать вывод о том, что при внесении только органических удобрений круговорот в-в в земледелии разомкнутый, если не использовать минеральные удобрения, то содержание элементов питания  в почве будет уменьшаться, следовательно истощение почв.  
              Балансы элемента питания - это итоговое количественное выражение их итого за определенный промежуток времени в пределах конкретного объекта (поле,севооборот…).  
Определенный баланс по разнице между приходными и расходными статьями. 
            Расходные статьи баланса- вынос элементов питания с урожаем с.х.культур; вымывания инфильтрационными водами;потери в результате водной и ветровой эрозией… 
            Приходные статьи баланса– поступление в составе органических и миниральных удобрений; поставка с атмосферными осадками… 
           Баланс эл. пит. может быть отрицательным – когда расход превышает приход, нулевым , приход=расходу 
         Связь агрохимии с другими науками 
Название науки показывает связь с химией, необходимо знать для понимания хим.процессов для изучения всех 3 объектов(раст.,почву,удобр.) 
Растения указывают на  связь с ботаникой физиологией растений , биохимией растений 
Почва – с почвоведение, микробиологией 
Удобрения. - растениеводство.плодоводство,овощеводство, земледелие,мелиорацией,общей экологии 
Климат – связь с агрометериологией

21. Поглотительная  способность почвы, понятие и  виды. Биологическая, механическая  и физическая поглотительная  способность почвы.

К. К. Гедройц выделил пять видов поглотительной способности почв: механическую, биологическую, химическую, физическую и физико-химическую.

Механическая  поглотительная способность. Это свойство почвы задерживать в своих порах частицы из фильтрующихся суспензий. Механическое поглощение зависит от гранулометрического состава и сложения почвы. Глинистые и суглинистые почвы поглощают даже тонкодисперсные частицы. У песчаных почв рыхлое крупнопористое сложение, поэтому они слабее поглощают взвешенные частицы.

На механическом поглощении основан прием кольматажа (заиливания) для уменьшения фильтрации воды через  дно и стенки канала. Кольматаж  применяют также для улучшения  водных и физических свойств закамненных  и грубозернистых песчаных почв.

Биологическая поглотительная способность. Обусловлена избирательным поглощением растениями и микроорганизмами необходимых для их жизни элементов (азота, фосфора, калия и др.). Усваиваемые ими растворимые соединения превращаются в белковые вещества, нуклеиновые кислоты, клетчатку и другие компоненты живых тканей. Благодаря биологическому поглощению почва систематически обогащается органическим веществом, азотом и зольными элементами питания. При этом значительно уменьшается геохимический сток минеральных удобрений, внесенных в почву.

Химическая поглотительная способность. Этот вид поглотительной способности связан с образованием нерастворимых в воде соединений. При взаимодействии катионов Са²⁺, Al³⁺, Fe³⁺ и отчасти Mg²⁺ с растворимыми в воде сульфатами, карбонатами и фосфатами образуются йерастворимые соединения, выпадающие в осадок. Например, при внесении в почву фосфорного удобрения в результате взаимодействия аниона фосфорной кислоты с катионом кальция выпадает в осадок ортофосфат кальция:

2К₃РО₄ + 3Ca(NО₃)₂ = 6KNO₃ + Са₃(РО₄)₂.

           Физическая поглотительная способность. В результате физической поглотительной способности молекулы концентрируются на поверхности почвенных частиц.

Адсорбцией называют способность  почвы поглощать целые молекулы поверхностью дисперсных частиц. В  основе этого явления лежит сила молекулярного притяжения. Она обусловлена  свободной энергией молекул и  ионов, находящихся на поверхности  твердой фазы почвы. Чем сильнее  степень раздробленности частиц и чем больше их общая поверхность, тем сильнее будет адсорбционная  способность почвы.

Почвой поглощаются различные  соли из растворов и газообразные вещества. При этом некоторая часть  растворимых соединений удерживается от вымывания, а газообразные соединения, например аммиак, от улетучивания в  атмосферу.

Однако такие вещества, как нитраты и хлориды, почвой не поглощаются. Поэтому нитратные  удобрения лучше вносить незадолго  до посева сельскохозяйственных культур  или в виде подкормок. Это предотвратит загрязнение водоемов и обеспечит  более эффективное использование  удобрений.

Физико-химическая поглотительная способность (обменная адсорбция). Это способность почвы обменивать некоторую часть катионов диффузного слоя коллоидной мицеллы на эквивалентное количество катионов, находящихся в почвенном растворе. Известно, что минеральные соли и кислоты в почвенном растворе в определенной степени диссоциируют (распадаются) на катионы и анионы. Поскольку большая часть почвенных коллоидов имеет отрицательный заряд, то из раствора поглощаются в основном положительно заряженные ионы, то есть катионы. Обмен катионов почвенного раствора на катионы, находящиеся в твердой фазе почвы, происходит эквивалентно.

К. К. Гедройц установил, что  в почве кроме растворенных в  воде катионов присутствуют нерастворимые  катионы, находящиеся в поглощенном  состоянии. Они связаны с предколлоидной и особенно с коллоидной фракциями.

Почвенным поглощающим комплексом (ППК), по К. К. Гедройцу, называется вся  сумма органических и минеральных  коллоидов почвы вместе с поглощенными ими ионами. Из минеральных почвенных  отрицательно заряженных коллоидов  в ППК входят группа глинистых минералов(монтмориллонит, бейделлит, каолинит, галлуазит и др.), гидроксиды кремния, марганца. Гидроксиды железа и алюминия относятся к амфолитоидам: в кислой среде они заряжены положительно, а в щелочной — отрицательно.

Органические почвенные  коллоиды представлены гумусовыми веществами. Они имеют отрицательный заряд. Кроме того, в ППК входят бактериальные  клетки, а также различные комплексные  органо-минеральные соединения коллоидной природы.

ППК в различных почвах зависит от их гранулометрического  и минералогического составов, от содержания гумуса, то есть от общего содержания коллоидов.

Емкость катионного обмена (емкость поглощения по К. К. Гедройцу) — это максимальное количество обменных катионов, которое может удержать почва в обменно-поглощенном состоянии, выраженное в мг · экв/100 г почвы. Песчаные почвы имеют самую низкую емкость катионного обмена — 1...5 мг • экв/100 г почвы, супесчаные — 7...8, суглинистые — до 15...18, глинистые — 25...30 мг· экв/100 г почвы и выше.

Емкость катионного обмена в гумусовых горизонтах, как правило, выше, чем в материнской породе. Так, в верхнем горизонте чернозема она достигает 50...60 мг • экв/100 г почвы.

В состав поглощенных катионов входят катионы кальция, магния, водорода, калия, натрия, аммония, железа и алюминия. Энергия поглощения катионов зависит  от валентности. Сильнее поглощаются  двухвалентные катионы (Са²⁺, Mg²⁺), слабее — одновалентные (Na⁺, NH₄, К⁺). Ион водорода составляет исключение, его энергия поглощения во много раз превосходит энергию поглощения даже двухвалентных катионов. Поглощение катионов почвой сильно зависит от их концентрации в почвенном растворе. Катионы с большей концентрацией в растворе сильнее вытесняют из ППК другие катионы.

Качественный и количественный состав ППК в почвах разных типов  значительно различается. Так, в  черноземах ППК насыщен главным  образом Са²⁺ и Mg²⁺. Известно, что эти двухвалентные катионы вызывают коагуляцию коллоидов и способны удерживать одновременно две коллоидные частицы. А так как в черноземах содержится еще и достаточное количество гумуса, то в них формируется ценная структура.

В почвах, находящихся к  северу от черноземной зоны, кроме  кальция и магния в ППК присутствует катион водорода, который создает  кислую реакцию. В южных почвах наряду с кальцием и магнием присутствует катион натрия.

Особенно много поглощенного Na⁺ в солонцах. Почвы, насыщенные натрием, во влажном состоянии набухают, а при высыхании сильно уменьшаются в объеме, в них возникают вертикальные трещины, образуя столбчатые отдельности.

В зависимости от наличия  поглощенного водорода почвы подразделяются на насыщенные и ненасыщенные основаниями. К почвам, насыщенным основаниями, относят  черноземы, каштановые почвы, сероземы. В их поглощающем комплексе находятся только катионы Са²⁺, Mg²⁺, Na⁺. Ненасыщенные основа

ниями почвы — это подзолистые, дерново-подзолистые, серые лесные, болотные и другие почвы таежно-лесной и лесостепной зон. В них наряду с катионами Са²⁺ и Mg²⁺ содержатся катионы Н⁺ и А1³⁺. Степень насыщенности почв основаниями, %, вычисляют по формуле

V=S· 100/(S+H)

где S — сумма поглощенных  оснований, мг • экв/100 г почвы; Н  — гидролитическая кислотность, мг · экв/100 г почвы.

Ион алюминия оказывает отрицательное  влияние на рост и развитие сельскохозяйственных растений только в условиях сильнокислой реакции. При наличии в растворе иона водорода ион алюминия становится подвижным и может появляться как в почвенном растворе, так и в ППК.

Таким образом, свойства почвы  в значительной степени зависят  от состава обменных катионов. Почвы, содержащие Са²⁺ и Mg²⁺, имеют реакцию, близкую к нейтральной, они хорошо оструктурены и обладают благоприятными физическими свойствами. Почвы, в ППК которых наряду с Са²⁺ и Mg²⁺содержится значительное количество Na⁺, имеют щелочную реакцию, плохо оструктурены и трудно поддаются обработке.

Для почв, не насыщенных основаниями, характерны кислая реакция и слабая структура.

Степень поглощения анионов  почвой зависит от природы аниона, состава коллоидов и реакции  среды. При химическом поглощении анионы фосфорной кислоты взаимодействуют  с кальцием, алюминием и железом. Образующиеся нерастворимые фосфаты  кальция, алюминия и железа накапливаются  в почве в виде осадков. Физико-химическое поглощение анионапроисходит при взаимодействии его с диффузным слоем полуторных оксидов и потенциалопределяющим  слоем отрицательно заряженных коллоидов. При этом повышается емкость обмена и усиливается поглощение катионов. В кислой среде активность полуторных оксидов повышается, поэтому усиливается  поглощение аниона фосфорной кислоты.

Поглощение фосфат-иона почвами  имеет отрицательное и положительное  значения. С одной стороны, анион  поглощенный обменным путем, со временем теряет активность к обмену, а образовавшиеся при химическом поглощении труднорастворимые  осадки также малодоступны для растений. С другой стороны, фосфатный ион  при всех видах поглощения извлекается  из большого геологического круговорота  и удерживается в почве. Для более  эффективного использования фосфорных  удобрений их вносят в почву в  гранулированном виде, в результате чего анион фосфорной кислоты  может потребляться корнями растений более длительный период. Порошковые формы фосфорных удобрений быстро переходят в недоступные для  растений соединения. 

41. Определение  доз гипса. Мелиоративные материалы,  используемые для гипсования.

В нашей стране имеются  значительные площади почв с щелочной реакцией

 — это солонцы  и сильносолонцеватые почвы полупустынной  и степной зон, много солонцов  в районах целинных и залежных  земель.

 Щелочная реакция  этих почв определяется наличием  катионов натрия в почвенном  поглощающем комплексе и соды  в почвенном растворе.

В зависимости от количества поглощенного натрия почвы  подразделяются на слабосолонцеватые, содержащие 5—10% Na от общей емкости  поглощения,

 солонцеватые  — 10—20% Na и солонцы — более  20% Na.

Солонцы в зависимости  от глубины расположения солонцового  горизонта делят на корковые —  солонцовый 
залегает на глубине не более 7 см,

среднестолбчатые  — на глубине 8—15 см

 и глубокостолбчатые  — на глубине более 15 см.

Солонцы и солонцеватые почвы характеризуются плохими  физическими

 свойствами: во  влажном состоянии набухают и  заплывают,

 а при высыхании  твердеют, образуют корку и растрескиваются  на глыбы; 

обработка их сильно затруднена.

Щелочная реакция  солонцовых почв вредна для культурных растений.

 Плотный солонцовый  горизонт препятствует проникновению  корневой системы вглубь. Урожайность  сельскохозяйственных культур на  таких почвах крайне низкая.

Для коренного улучшения  солонцов и солонцеватых почв,

содержащих более 10% Na от общей емкости поглощения, необходимо проводить гипсование.

При внесении в почву  гипса устраняется сода в почвенном  растворе,

 а поглощенный  почвой натрий вытесняется и  заменяется кальцием

 с образованием  в растворе нейтральной соли  — сульфата натрия:

Na₂CO₃ + CaSO₄ = CaCO₃ + Na₂SO₄

(ППК)^Na_Na + CaSO₄ = (ППК)Са + Na₂SO₄

При образовании  в растворе небольшого количества Na₂SO₄ 

он не оказывает  вредного действия на растения, но при  гипсовании солонцов,

 содержащих более  20% Na от емкости поглощения, в растворе  появляется

 много сульфата  натрия, и его необходимо удалять  из почвы промыванием.

 В результате  гипсования устраняется щелочная  реакция солонцовых почв,

 улучшаются физические, физико-химические и биологические  свойства почвы, повышается ее  плодородие.

Для гипсования могут  быть использованы следующие материалы.

Гипс сыромолотый  — CaSO₄ -2 H₂O — тонкоразмолотый серый или белый порошок, содержит 71 — 73% CaSO₄

Фосфогипс — отход  туковых заводов, очень тонкий порошок,

 содержит 70—75% CaSO₄ и 2—3% P₂O₅

Глиногипс добывается из природных залежей, в естественном виде рыхлый,

 не требует  размола, содержит от 63 до 92% CaSO₄ и от 1 до 19% глины,

Доза гипса в  зависимости от количества поглощенного натрия и щелочности

 почвы может  быть от 3 до 10 т на 1 га.

Для расчета дозы гипса можно пользоваться формулой:

Са₅О₄2 Н₂О (в т на 1 га) = (Na — 0,1 Т) -0,086 Hd,

где 0,086 — 1 мэкв Са₅О₄ -2 Н₂О, г;

Na — содержание  поглощенного натрия, мэкв на 100 г  почвы;

0,1—10% Na от емкости  поглощения (Т),

 допустимое содержание  поглощенного натрия в почве; 

Н — глубина пахотного  слоя, см; d — объемная масса почвы  гипсуемого слоя, г/ см³

При орошении доза гипса может быть уменьшена на 25—30%.

Полную дозу его  можно вносить в несколько  приемов в течение 2—3 лет.

На корковых солонцах гипс вносят после вспашки и заделывают культиватором.

 На глубокостолбчатых  солонцах при залегании солонцового  горизонта

 на глубине  более 15 см всю дозу гипса  рассеивают

 и заделывают  плугом с предплужником.

 При расположении  солонцового горизонта на глубине  7—15 см

 гипс можно  вносить под вспашку или культивацию,

 а также в  два приема — по половинной  дозе под каждую из этих  обработок почвы.

По данным опытов, гипсование без орошения в Черноземной  зоне

 повышает урожайность  зерновых в среднем на 3—6 ц,  в зоне каштановых почв —  на 2—3 ц на 1 га.

 При орошении  эффективность гипсования выше.

Значительно возрастает действие гипса при заделке его  под глубокую перепашку

 с одновременным  внесением навоза, компостов, применением  зеленого удобрения.

 При гипсовании  возрастает эффективность как  органических,

 так и минеральных  удобрений (табл. 1).

Если под солонцовым горизонтом на небольшой глубине  залегает слой, богатый Са СО₃ или CaSO₄ , то можно проводить глубокую мелиоративную вспашку, при которой этот слой выворачивается и перемешивается с солонцовым слоем. Этот прием называется самогипсованием солонцов.           После внесения гипса или мелиоративной вспашки на неорошаемых площадях необходимо снегозадержание, а при орошении желателен полив.    Положительное влияние гипсования на плодородие почвы наблюдается в течение 8—10 лет, причем вследствие постепенного взаимодействия гипса с почвой действие его из года в год возрастает. Гипс вносят не только для химической мелиорации солонцов, но и с целью улучшения питания растений кальцием и серой на других почвах, прежде всего в Нечерноземной зоне.

 Гипс, содержащий  кальций и серу, как удобрение  применяют прежде всего под  бобовые травы — клевер и  люцерну, которые потребляют этих  элементов значительно больше, чем  другие культуры. Вносят ею на  травах поверхностно, под другие  культуры — в почву в дозе 3—4 ц на 1 га. Положительное действие  гипса на рост, развитие и урожайность  растений на кислых почвах  обусловлено не только улучшением  питания кальцием и серой, но  и повышением устойчивости растений  к кислотности при увеличении концентрации кальция в почвенном растворе, улучшением доступности калия. Прибавки урожая клеверного сена от внесения гипса на дерново-подзолистых почвах составляют 7-10ц,на серых лесных почвах и выщелочных черноземах до 6-7ц на 1га

Определение доз гипса  для насыщенных кальцием солонцов. 
Существует два метода: 
- табличный 
- расчетный 
Табличный – использование рекомендуемых доз, выполненных виде таблицы региональными НИИ. Дозы гипса варьируют от 1 до 10 т/га.  

Список  литературы

1.Ягодин Б.А,Жуков Ю.П.,КобзаренкоВ.И.,Агрохимия /под ред.Б.А.Ягодина-М:.Колос 2002

2.Муравина Э.А. Агрохимия –М.:КолосС,2003