В период интенсивной химизации земледелия с каждым годом применяются все большие объемы минеральных и органических удобрений. В сельскохозяйственную практику внедряются прогрессивные технологии возделывания культур, а также возрастает комплексная антропогенная нагрузка на почву. Поэтому важно не только получать высокие урожаи культур, но необходимо также знать, какое влияние окажут средства химизации на биологические свойства почвы и экологическую обстановку в ней.

Агрономическая химия является современной научной основой применения удобрений. Она охватывает главнейшие вопросы химии в сельском хозяйстве и вместе с химической защитой растений является основой химизации земледелия. Ведь органические и минеральные удобрения представляют собой сильное средство воздействия на почву (ее химические, физические и биологические свойства) и растения - их питание, рост и развитие, устойчивость к неблагоприятным условиям, урожай и его качество.

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что не менее половины прироста урожая сельскохозяйственных культур получают за счет применения минеральных удобрений, на 14% увеличиваются валовые сборы продукции земледелия благодаря использованию химических средств защиты растений.

В самом кратком определении агрохимия - это наука, изучающая питание растений и применение удобрений в целях повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Агрохимия предусматривает также вопросы повышения плодородия почв.

Современное определение этой науки можно дать так: Агрохимия - наука о химических и биохимических процессах в растениях и среде их обитания, а также о способах химического воздействия на эти процессы с целью повышения плодородия почвы и урожая с.-х. культур. Отдельные её разделы неразрывно связаны с физиологией растений, химией, биохимией, почвоведением, микробиологией, земледелием и растениеводством.

Многие приемы агрохимии, например, применение ряда органических удобрений, вошли в практику земледелия в глубокой древности и описаны еще в 1 в. н.э. Как наука агрохимия сформировалась лишь в 19 в., когда сложились основные представления о том, из чего состоят, чем и как питаются растения. Как вехи на пути становления агрохимии обычно отмечают опыты Я. Б. ван Гельмонта (1634), осветившие роль воды в питании растений, а также высказывания М.В.Ломоносова (1753) и А.Лавуазье (1761) о воздухе как источнике питательных веществ, вскоре подтвержденные опытами Дж. Пристли, Я. Ингенхауза, Ж. Сенебье и Н. Соссюра, показавшими, что растения поглощают из воздуха СО2; и выделяют О2; и что это связано с фотосинтезом.

Наиболее трудным оказался вопрос о корневом питании растений. Представления о том, что растения поглощают из почвы минеральные соли (Б. Палисси, 1563; А. Лавуазье, 1761; А. Т. Болотов, 1770), долгое время наталкивались на сопротивление сторонников так называемой гумусной теории питания растений (И. Валериус, 1761) и окончательно утвердились лишь в 19 в. после работ Ж. Буссенго (1836) и Ю. Либиха (1840) и особенно после разработки метода гидропоники (В. Кноп, Ю. Сакс, 1859), в котором растения выращиваются без участия почв. Большую роль в становлении агрохимии сыграли Ж. Буссенго и Ю. Либих. Первый развил представления о круговороте веществ в земледелии, роли азота в питании растений, разработал методологию агрохимических исследований. Второй обосновал теорию истощения почв вследствие выноса питательных веществ растениями и показал необходимость возврата этих веществ в виде минеральных удобрений. Связь агрохимии с микробиологией была обоснована Г. Гельригелем (1886) и С. Н. Виноградским (1893), выяснившими роль азотфиксирующих бактерий в природе и земледелии.

Становление отечественной школы агрохимии связано с именами М.Г.Павлова, А. Н. Энгелыардта, Д.И.Менделеева, К. А. Тимирязева, П. А. Костычева, Д. Н. Прянишникова, П. С. Коссовича, К. К. Гедройца и др., внесших существенный вклад в агропочвоведение и науку об удобрении почв. В послереволюционный период их работы продолжила плеяда советских агрохимиков во главе с Д. Н. Прянишниковым.

Основоположник научной школы в агрономической химии выдающийся агрохимик Дмитрий Николаевич Прянишников в простой и доходчивой форме представил содержание этой науки. Он изобразил ее в виде треугольника, по вершинам которого написаны основные объекты агрохимии: растение, почва, удобрение. Каждая из вершин соединена противоположно направленными стрелками с двумя другими (см. рисунок).

Стрелки означают взаимодействие: растение взаимодействует с почвой и удобрением, почва - с растением и удобрением, удобрение - с почвой и растением. Агрохимия исследует процессы взаимного влияния этих трех систем, результатом которых является урожай; высота и состав его определяются условиями взаимодействия.

При взаимодействии растения и почвы последняя оказывает влияние на растение содержащимися в ней элементами питания, но и растение в свою очередь поглощением питательных веществ, корневыми выделениями, отложением органических остатков, механическим и биохимическим воздействием оказывает влияние на почву, изменяет ее свойства.

Удобрение является сильным средством изменения в растении характера обмена веществ и всех жизненных процессов, но в то же время физические и химические свойства удобрения изменяются под воздействием растения. Точно так же при взаимодействии почвы и удобрения, с одной стороны, изменяются свойства почвы, ее кислотность или щелочность, содержание питательных веществ, деятельность микроорганизмов и т. п., а с другой стороны, под влиянием почвы в удобрении изменяется растворимость и доступность растению элементов питания, их концентрация под влиянием вымывания или превращения в труднорастворимые соединения и т. д.

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.

Задача науки состоит в том, чтобы по возможности управлять этими условиями и давать соответственные рекомендации практике с учетом вида и даже сорта культуры, ее физиологических особенностей, свойств данной почвы, определяющих ее плодородие, природы действия конкретных удобрений на эту почву, и взятое для возделывания на ней растение. При этом наука вскрывает те принципиальные закономерности процессов, знание которых позволяет предвидеть их течение в обстановке, создающейся в результате различных комбинаций условий действия удобрений.

Знание этих закономерностей и помогает специалисту разработать правильное решение вопроса в каждом конкретном случае. Только при таком подходе к делу применения удобрений они становятся могучим фактором влияния и на почву, и на растение.

Таким образом, агрохимия изучает взаимоотношения между растением, почвой и удобрениями в процессе питания сельскохозяйственных культур.

Главная задача агрохимии по определению ее выдающегося представителя Д. Н. Прянишникова - 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. А с учетом современного состояния науки - управление круговоротом и балансом химических элементов в системе «почва - растение».

Задача агрохимика состоит в определении точных параметров круговорота всех биогенных элементов с учетом зон выращивания и специфики различных сельскохозяйственных растений и их сортов при заданных уровнях продуктивности. Цель - создание наилучших условий питания растений.

Главным способом вмешательства в этот круговорот является применение удобрений. Без них невозможно направлять процессы питания растений, изменять качество урожая и влиять на почвенное плодородие. Внесение минеральных удобрений позволяет вводить в круговорот веществ в данном хозяйстве новые количества элементов питания растений, а использование навоза и прочих отходов - повторно утилизировать элементы, уже входившие в состав предыдущих урожаев, выращенных на территории хозяйства.

Круговорот каждого из элементов питания растений имеет своеобразные черты. Важно отметить, что приход того или иного элемента в почву с удобрениями и расход его с урожаем осложняются целым рядом других процессов: потерей питательных веществ из-за выщелачивания за пределы почвенного профиля или даже в грунтовые воды, улетучивания в атмосферу, а также вследствие ветровой и водной эрозии почвы.

Вместе с тем некоторые элементы поступают в почву из атмосферы с осадками и благодаря жизнедеятельности микроорганизмов (азот). Кроме того, сильное влияние оказывает дальнейшая судьба урожая: вещества, входящие в состав его товарной части, продаваемой на сторону, уходят за пределы хозяйства, в то время как элементы, составлявшие нетоварную массу, используемую на корм и подстилку животным, в значительно большей степени возвращаются на поля с навозом. Отсюда ясно, что заботе о введении в круговорот веществ элементов, удаляемых с товарной продукцией, в агрохимии уделяется гораздо больше внимания, чем

элементам, полнее возвращаемым в почву после использования нетоварной массы.

Крайне существенно и то, что содержание в почве различных элементов питания растений далеко не одинаково, а это, в свою очередь, не может не влиять на баланс питательных веществ, складывающийся в итоге их круговорота в хозяйстве. Следовательно, как изучение, так и в особенности управление круговоротом веществ, представляет нелегкую задачу.

2. Объекты агрохимии и основные методы их исследования

Основные объекты, традиционно изучаемые агрохимией: растения, почва и удобрения. Рассмотрим их подробней.

Почва -- сложный объект исследования. Сложность исследования химического состояния почв обусловлена особенностями их химических свойств и связана с необходимостью получения информации, адекватно отражающей свойства почв и обеспечивающей наиболее рациональное решение, как теоретических вопросов почвоведения, так и вопросов практического использования почв. Для количественного описания химического состояния почв используют широкий набор показателей. В него входят показатели, определяемые при анализе практически любых объектов и разработанные специально для исследования почв (обменная и гидролитическая кислотность, показатели группового и фракционного состава гумуса, степень насыщенности почв основаниями и др.)

Особенностями почвы как химической системы является гетерогенность, полихимизм, дисперсность, неоднородность, изменение и динамика свойств, буферность, а так же необходимость оптимизации свойств почвы.

Гетерогенность: В составе почвы выделяют твердую, жидкую, газовую фазы. При исследовании химического состояния почвы и отдельных

Полихимизм: В почвах один и тот же химический элемент может входить в состав разнообразных соединений: легкорастворимых солей, сложных алюмосиликатов, органоминеральных веществ.

Дисперсность: Твердые фазы почвы состоят из частиц разного размера от крупинок песка до коллоидных частиц диаметром в несколько микрометров. Они неодинаковы по составу и обладают разными свойствами.

Неоднородность: Свойства почв неодинаковы даже в пределах одного и того же генетического горизонта.

В почвах непрерывно протекают разнообразные процессы, которые приводят к изменению химических свойств почв.

Свойства почв варьируют в пространстве, изменяются во времени и в то же время почвы обладают способностью противостоять изменению своих свойств, т. е. проявляют буферность.

Разные типы и даже виды и разновидности почв могут иметь столь разные свойства, что для их химической характеристики используют не только разные аналитические приемы, но и разные наборы показателей.

Перечисленные особенности почв во многом обусловливают принципиальные основы методов исследования химического состояния почв, номенклатуру и классификацию показателей химических свойств почв и химических почвенных процессов.

Анализ растений позволяет решить следующие задачи.

1. Исследовать трансформацию макро- и микроэлементов в системе почва - растение - удобрения при различных режимах выращивания растении.

2. Определить содержание основных биокомпонентов в растительных объектах и кормах: белков, жиров, углеводов, витаминов, алкалоидов и соответствие их содержания принятым нормам и стандартам.

3. Оценить меру пригодности растений для потребителя (нитраты, тяжелые металлы, алкалоиды, токсиканты).

При работе с различными видами удобрений необходимо различать их виды, уметь определить их состав как качественный, так при необходимости и количественный

Агрохимический анализ необходим для более эффективного ведения сельского хозяйства, сохранения окружающей среды и благоприятной экологической обстановки. Нарушение природного баланса может привести к разрушению гумусного слоя, снижению урожайности сельскохозяйственных культур, нарушению обменной функции почв, появлению заболеваний, опасных, в том числе, и для человека.

В соответствии с целями и задачами агрономической химии находятся методы ее исследований. Их можно объединить в 4 группы: 1) лабораторные (химические, физико-химические, физические) анализы растения, почвы и удобрения; 2) физиологические эксперименты с растениями в специальных помещениях (теплицы, климатические камеры) 3) полевые опыты с сельскохозяйственными культурами в различных почвенно-климатических зонах и 4) производственные опыты на больших площадях с экономической оценкой полученных результатов. Три последние группы методов являются биологическими.

Лабораторные исследования включают: определение содержания в почвах и растениях химических элементов, белков, аминокислот, витаминов, жиров, углеводов; установление механического и минералогического состава почв, содержания в них органической части (гумуса), солей, водорослей, микроорганизмов и др.; изучение влияния удобрений на растения и почву и др.

На основании лабораторных исследований делают выводы о необходимости проведения химической мелиорации почв (известкование, гипсование) с целью улучшения их состава, структуры и свойств. В настоящее время создан большой ассортимент твердых и жидких удобрений, содержащих как основные элементы (N, Р, К), так и микроэлементы. В больших масштабах применяют NH3 и удобрения на основе мочевины. Внедряются в практику все новые препараты по защите растений.

3. Связь агрохимии с другими науками

Подводя итоги развития научного земледелия за все предшествующие 19 столетий, К.А. Тимирязев писал: « Земледелие стало тем, что оно есть, только благодаря агрономической химии и физиологии растений. Возникновением этих двух отраслей знания отмечены научные успехи за этот последний век, отразившиеся на земледелии, совершенно изменившие его характер, превратившие его из бессвязного собрания рецептов и слепого подражания успешным примерам в более или менее сознательную разумную деятельность… ».

«Чем питается растение и как это узнать? Вот коренной вопрос, на котором зиждется рациональное земледелие…», - говорил великий ученый.

Следовательно, изучение питания зеленых растений связывает агрохимию и физиологию растений. Но задача агрохимии более широкая: не только исследование, но и регулирование, управление этим процессом в производственной обстановке для увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур и повышения их качества. Регулирование питания растений - мощное средство, поддерживающее единство организма и среды.

Наиболее частым случаем нарушения единство растения и среды бывает недостаток влаги и одного или нескольких питательных веществ в почве в состоянии, доступном для корневой системы. В зависимости от степени дефицита этих факторов роста возделываемые культуры либо бывают угнетены, либо вовсе погибают.

Изучая биологические, химические и физико-химические свойства почвы, агрохимия познает условия ее плодородия (формы и динамику соединений питательных элементов в связи с их растворимостью и усвояемостью для растений, поглотительную способность почв и ее влияние на подвижность ионов, потребляемых культурами, кислотность почвы и ее буферность и пр.) и превращение внесенных удобрений. Этот раздел агрономической химии тесно связан с наукой о почве - почвоведением.

Накопление в почве необходимой растениям влаги зависит не только от климатических и погодных условий, но и находится под влиянием приемов и сроков ее обработки. Обработка почвы - важный фактор динамики в ней питательных веществ, что связывает агрохимию и земледелие. Кроме того, земледелие разрабатывает проблему севооборотов, а это очень важно для обоснования определенной системы применения удобрений в конкретных условиях. Но применять удобрения рационально и экономно нельзя, не опираясь на агротехнические, организационно-экономические и хозяйственные приемы возделывания тех высших растений, для которых предназначается данная система удобрения. Поэтому агрономическая химия тесно связана и с указанными научными дисциплинами: растениеводством, экономикой и организацией предприятий.

Выше отмечалось, что динамика питательных веществ в почве имеет большое значение для питания растений. Но превращение многих элементов питания культур зависит от течения микробиологических процессов почве. Это особенно касается азота, фосфора, серы. Больше того, для активирования биологических процессов в почве применяют даже специальные бактериальные препараты, что связывает агрохимию с микробиологией. Исключительную важность представляет связывание бактериями и некоторыми грибками и водорослями, обитающими в почве, молекулярного азота атмосферы, что обогащает почву органическими азотистыми соединениями, являющимися резервом пищи растений.

Как ни велико значение минеральных удобрений, местные удобрительные ресурсы никогда не потеряют своего значения. Дешевизна и повсеместное распространение этих удобрений делают их весьма рентабельными.

Ни в одной стране, даже с высокоразвитой туковой промышленностью и большим количеством применяемых минеральных удобрений, использование навоза не сократилось. Наоборот, интенсификация земледелия и его обильная химизация позволили увеличить выход навоза и повысить нормы его использования. Агрохимик должен знать основы животноводства, чтобы быть хорошо ориентированным в свойствах и особенностях использования на удобрение отходов этой отрасли сельского хозяйства.

Наконец, химизация земледелия включает, помимо минеральных и органических удобрений, еще и многочисленные средства защиты растений - яды и гербициды, изучение и руководство применением которых ложится не только на специалистов по защите растений, но и на агрохимиков, что обязывает основательно изучать методы защиты растений, биологию насекомых-вредителей, возбудителей бактериальных и грибных болезней культур и особенности сорных растений. Только при этом условии средства химической защиты будут использованы эффективно.

Заключение

Современная агрохимия значительно отличается от «классической агрохимии» конца 19-начала 20 вв. Она пользуется несравненно более совершенными методами исследования, опирается на возросший уровень знаний, развитую химическую промышленность и широкую сеть агрохимических служб. Так называемая «зеленая революция» - резкое повышение урожайности с.-х. культур, достигнутое в начале 50-х годов 20 века, связана не только с успехами генетики и селекции, но и с достижениями агрохимии. Агрохимическая наука располагает знаниями о содержащихся в растениях веществах (белках, углеводах и др.), биосинтезе и обмене веществ в растениях, фитогормонах, ферментных системах, болезнях растений.

Благодаря созданию новой отрасли агрохимии, химии пестицидов, появилась возможность не только улучшать питание растений, но и влиять (с помощью регуляторов роста) на их развитие, а также защищать их от болезней (с помощью протравителей семян, фунгицидов и бактерицидов), насекомых, клещей, нематод и других вредителей.

Огромное влияние на агрохимию оказало открытие избирательных гербицидов (1942-44). Уничтожение сорняков с их помощью позволило улучшить условия роста растений и более эффективно использовать удобрения, так как они не расходуются на подкормку сорняков.

В 20 веке сфера агрохимии расширилась: она стала изучать также агробиоценоз в целом, химические средства защиты растений и регуляторы роста растении.

Средства агрохимии позволяют не только повысить урожай, но и добиться значительной интенсификации с.-х. производства. Например, благодаря гербицидам устраняется необходимость ручной прополки, с помощью дефолиантов облегчается машинная уборка хлопчатника.

Агрохимический анализ обслуживает опытные с.-х. станции и лаборатории при выработке научных оснований животноводства и растениеводства, контролирует с.-х. производство и переработку продуктов с.-х.

Правильное и рациональное использование средств химизации - удобрений и пестицидов - возможно только при всестороннем знании направленности агрохимических и микробиологических процессов в почве, внедрении научно обоснованных рекомендаций и технологий возделывания культур.

Рекомендации для практического применения агрохимических средств и методов выдают на основании полевых опытов, а также производственных испытаний, проводимых на больших площадях в течение ряда лет.

Научный подход обеспечивает получение высоких урожаев с лучшим качеством и охрану окружающей среды от загрязнений средствами химизации.

Для успешного решения задач в условиях сельскохозяйственного производства действует агрохимическая служба. В нее входят агрохимические лаборатории различных уровней (от районных до зональных), где работают специалисты.

Список литературы

1. Агрохимия, биология и экология почвы - В.Г. Минеев, Е.Х. Ремпе, М., Росагропромиздат, 1990 г.

2. Агрохимия - учебник под ред. В.М. Клечковского и А.В. Петербургского,

М., Колос, 1967 г.

3. Агрохимия - Н.Г.Жежель, Е.И. Пантелеева, Л., Колос, 1966 г.