Добавить материал и получить бесплатное свидетельство о публикации в СМИ
Эл. №ФС77-60625 от 20.01.2015
Инфоурок / Химия / Рабочие программы / Программа элективного курса по химии "Химия в сельском хозяйстве" (9 класс)

Программа элективного курса по химии "Химия в сельском хозяйстве" (9 класс)

  • Химия

Поделитесь материалом с коллегами:














Программа

элективного курса

для учащихся 9 классов

«Химия в сельском хозяйстве»














Содержание


I. Введение стр. 3


II. Программа элективного курса по химии для учащихся 9 классов

«Химия в сельском хозяйстве» стр. 5 – 10


1. Пояснительная записка стр. 5

2. Тематический план стр. 6

3. Содержание программы стр. 7

4. Темы проектных работ и сообщений учащихся стр. 9

5. Список литературы для учащихся стр. 10

6. Список литературы для учителя стр. 10


III. Заключение стр. 11


IV. Список используемой литературы стр. 12


V. Приложение стр. 13 – 41



























I. Введение


В настоящее время в нашей стране происходит модернизация всей системы образования. В соответствии с Концепцией модернизации российского образования на период до 2010 г. на старшей ступени общеобразовательной школы предусматривается профильное обучение.

Элективные курсы (курсы по выбору) играют важную роль в системе профильного обучения на старшей ступени школы. В отличие от факультативных курсов, существующих ныне в школе, элективные курсы обязательны для старшеклассников.

В соответствии с одобренной Минобразованием России "Концепцией профильного обучения на старшей ступени общего образования" дифференциация содержания обучения в старших классах осуществляется на основе различных сочетаний курсов трех типов: базовых, профильных, элективных. Каждый из курсов этих трех типов вносит свой вклад в решение задач профильного обучения. Однако можно выделить круг задач, приоритетных для курсов каждого типа.

Базовые общеобразовательные курсы отражают обязательную для всех школьников инвариативную часть образования и направлены на завершение общеобразовательной подготовки обучающихся. Профильные курсы обеспечивают углубленное изучение отдельных предметов и ориентированы, в первую очередь, на подготовку выпускников школы к последующему профессиональному образованию. Элективные же курсы связаны, прежде всего, с удовлетворением индивидуальных образовательных интересов, потребностей и склонностей каждого школьника. Именно они по существу и являются важнейшим средством построения индивидуальных образовательных программ, т.к. в наибольшей степени связаны с выбором каждым школьником содержания образования в зависимости от его интересов, способностей, последующих жизненных планов. Элективные курсы как бы «компенсируют» во многом достаточно ограниченные возможности базовых и профильных курсов в удовлетворении разнообразных образовательных потребностей старшеклассников. Эта роль элективных курсов в системе профильного обучения определяет широкий спектр их функций и задач.

По назначению можно выделить несколько типов элективных курсов. Одни из них могут являться как бы «надстройкой» профильных курсов и обеспечить для наиболее способных школьников повышенный уровень изучения того или иного учебного предмета. Другие элективы должны обеспечить межпредметные связи и дать возможность изучать смежные учебные предметы на профильном уровне. Третий тип элективных курсов поможет школьнику, обучающемуся в профильном классе, где один из учебных предметов изучается на базовом уровне, подготовится к сдаче ЕГЭ по этому предмету на повышенном уровне. Еще один тип элективных курсов может быть ориентирован на приобретение школьниками образовательных результатов для успешного продвижения на рынке труда. Наконец, познавательные интересы многих старшеклассников часто могут выходить за рамки традиционных школьных предметов, распространяться на области деятельности человека вне круга выбранного ими профиля обучения. Это определяет появление в старших классах элективных курсов, носящих «внепредметный» или «надпредметный» характер.

Оценивая возможность и педагогическую целесообразность введения тех или иных элективных курсов следует помнить и о таких важных их задачах, как формирование при их изучении умений и способов деятельности для решения практически важных задач, продолжение профориентационной работы, осознание возможностей и способов реализации выбранного жизненного пути и т.д.

Элективные курсы как наиболее дифференцированная, вариативная часть школьного образования потребует новых решений в их организации. Особую роль в успешном внедрении элективных курсов сыграет подготовка учебной литературы по этим курсам. Министерство образования проводит в настоящее время работу в этом направлении. По заданию Министерства Национальный фонд подготовки кадров провел конкурс учебно-методических пособий по элективным курсам. В результате конкурса подготовлены программы, учебные и методические материалы по 8-10 элективным курсам по каждому учебному предмету.

Опыт ряда регионов, участвующих в эксперименте по профильному обучению, показывает, что в институтах повышения квалификации, педагогических вузах, в школах на местах создаются собственные варианты элективных курсов. Многие из них представляют интерес и заслуживают поддержки. В этой связи можно рекомендовать региональным и муниципальным органам управления образованием создавать банки данных по элективным курсам, организовать информационную поддержку и обмен опытом введения элективных курсов.

Создание элективных курсов - важнейшая часть обеспечения введения профильного обучения. Поэтому, относя себя к тем учителям, кому небезразлична судьба отечественного естественно-научного образования, в данной работе я использую возможность принять активное участие в процессе модернизации российского образования.


Цель работы:


Представить программу элективного курса по химии для учащихся 9 классов как один из вариантов программ, отражающих прикладную направленность химии.


Задача работы:


Разработать основные структурные компоненты программы элективного курса «Химия в сельском хозяйстве».


II. «Химия в сельском хозяйстве»

Программа элективного курса по химии для учащихся 9 классов.


Аннотация


Элективный курс для учащихся 9 классов средних общеобразовательных школ.

Данная программа предусматривает расширение и углубление знаний учащихся по химии, развитие их познавательных интересов, целенаправленную профессиональную ориентацию старшеклассников. При изучении курса учащиеся приобретают теоретические знания о химических веществах и химических процессах, применяемых в сельском хозяйстве, и практические умения применять полученные знания во время работы на пришкольном участке или на своем приусадебном участке.


1. Пояснительная записка


Программа элективного курса «Химия в сельском хозяйстве» предназначена для учащихся 9 классов.

Основная цель разработки курса – приблизить содержание обучения химии к повседневным потребностям работников сельского хозяйства и всех сельских жителей, способствовать формированию у учащихся интереса не только к химии как к учебному предмету, но и к научным основам сельского хозяйства, развитию у них творческого отношения к любому виду деятельности, умения анализировать явления и процессы окружающей действительности с точки зрения естественных наук.

Содержание курса раскрывает основные направления использования химических веществ в сельском хозяйстве в целом и на личном приусадебном участке в частности. Значительное место в программе отводится ознакомлению с основами агрохимии. Программа предусматривает раскрытие сущности химических процессов, связанных с питанием растений, получением сельхозпродукции, ее хранением и переработкой, контролем качества и другими технологическими процессами сельскохозяйственного производства. Данный курс формирует понятие о различных видах удобрений и их рациональном использовании, химических средствах защиты растений, актуализирует экологические аспекты изучаемого курса.

Практическая часть программы предусматривает применение учащимися знаний, полученных при изучении химии, биологии, экологии, в работе на пришкольном участке или на своем приусадебном участке (что особенно актуально для сельских школ).

Содержание элективного курса предполагает разнообразные виды деятельности учащихся: лекции, семинары, практические работы, лабораторные опыты, а также самостоятельные проектные работы с использованием различных источников информации.

Учащиеся должны знать:

химический состав растений и закономерности их питания;

классификацию удобрений, их химический состав и свойства, экологические и медицинские проблемы, связанные с их применением;

классификацию и свойства наиболее распространенных пестицидов;

химические процессы, протекающие при дыхании растений и прорастании семян, созревании и хранении продуктивных органов растений;

показатели качества урожая и методы их определения.

Учащиеся должны уметь:

рассчитывать необходимые дозы внесения извести и удобрений;

распознавать минеральные удобрения по внешнему виду и простым химическим реакциям;

проводить химический эксперимент по обнаружению нитратов в продуктах питания.


2. Тематический план


Кол-во

часов

Виды деятельности

1

Понятие об агрохимии.

1

Лекция. Выбор тем исследовательских проектов.

2

Состав и свойства почвы.

Определение процентного содержания гумуса в почве.

2

Лекция. Лабораторный опыт. Сообщения учащихся.

Практическая работа.

3

Мелиорация почв.

Определение потребности почв в известковании и вычисление доз извести.

1

Лекция. Практическая работа. Решение расчетных задач.

4

Гидропонное выращивание растений.

1

Лекция. Лабораторный опыт. Решение расчетных задач.

5

Химический состав растений.

1

Лекция. Беседа. Лабораторный опыт.

6

Питание растений.

2

Лекция. Семинар.

7

Удобрения и их классификация.

Качественное распознавание минеральных удобрений.

3

Лекция. Сообщения учащихся. Лабораторный опыт. Практическая работа.

8

Качество урожая.

1

Лекция. Беседа.

9

Химические средства защиты растений.

1

Сообщения учащихся. Викторина.

10

Химические процессы при хранении и переработке сельскохозяйственного сырья.

1

Лекция.

11

Химические основы получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции и охраны окружающей среды. Определение количества нитратов в овощах.

2

Сообщения учащихся. Беседа. Тест. Практическая работа.

12

Итоговое занятие.

1

Защита проектных работ.


Итого:

17 часов



3. Содержание программы


1. Понятие об агрохимии (1 час)

Агрохимия как наука, ее развитие в России. Выбор тем исследовательских проектов.


2. Состав и свойства почвы (2 часа)

Состав почвы и ее поглотительная способность. Понятие о почвенном растворе. Состав и концентрация почвенного раствора. Реакция почвенного раствора и буферная способность почвы. Ионные и окислительно-восстановительные процессы в почве и их роль в питании растений. Механический состав почвы.

Лабораторный опыт «Изменение окраски индикаторов в кислой и щелочной средах».

Практическая работа «Определение процентного содержания гумуса в почве».


3. Мелиорация почв (1 час)

Понятие о химической мелиорации почв. Известкование кислых почв, гипсование солонцеватых почв.

Практическая работа «Определение потребности почв в известковании и вычисление доз извести».


4. Гидропонное выращивание растений (1 час)

Гидропоника. Состав питательных растворов и их концентрация при выращивании растений гидропонным способом.

Лабораторный опыт, доказывающий незаменимость необходимых для растений минеральных солей любыми другими солями (выращивание растений в растворе, в котором вместо фосфатов или нитратов используется поваренная соль).



5. Химический состав растений (1 час)

Элементный состав растений. Понятие о зольных элементах. Вода как вещество и как среда. Углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты, витамины, минеральные вещества.


6. Питание растений (2 часа)

Особенности корневого питания растений. Механизм поглощения питательных веществ через корни, их передвижение по растению, закономерности накопления в отдельных органах. Влияние условий внешней среды и почвенных микроорганизмов на поглощение питательных веществ растениями. Отношение растений к условиям питания в различные периоды роста. Триада плодородия. Вынос элементов питания с урожаем.

Химия воздушного питания растений. Фотохимические реакции, протекающие в процессе фотосинтеза. Связь интенсивности фотосинтеза с условиями жизни растений. Пигменты растений: хлорофилл, каротиноиды.

Демонстрации: 1. Схемы биогеохимических круговоротов углерода, кислорода, азота и фосфора. 2. Гербарий бобовых растений (клубеньки на корнях – результат деятельности клубеньковых бактерий, фиксирующих атмосферный азот). 3. Фотосинтез как пример окислительно-восстановительного процесса в природе (опыт с водными растениями, например с элодеей).


7. Удобрения и их классификация (3 часа)

Минеральные удобрения, их классификация. Азотные удобрения и их основные группы. Фосфорные и калийные удобрения. Комплексные удобрения: сложные, смешанные и комбинированные. Микроудобрения. Получение в промышленности и нахождение в природе основных видов минеральных удобрений. Развитие производства и применения минеральных удобрений в России.

Органические удобрения. Их химический состав. Химические процессы, протекающие при хранении и разложении различных видов органических удобрений, потери питательных веществ. Значение компостирования.

Зеленые удобрения. Химические процессы, лежащие в основе их применения.

Лабораторные опыты: сравнение растворимости удобрений в воде, изучение смешиваемости удобрений.

Практическая работа «Качественное распознавание минеральных удобрений».


8. Качество урожая (1 час)

Средний химический состав урожая сельскохозяйственных растений. Показатели качества урожая и методы их определения.



9. Химические средства защиты растений (1 час)

Понятие о пестицидах, их классификация. Химические свойства основных ядохимикатов. Сроки и продукты разложения, превращения в почве, водоемах, возможности накопления в продуктивных органах растений.


10. Химические процессы при хранении и переработке сельскохозяйственного сырья (1 час)

Способы консервирования плодов и овощей, химическая сущность процессов, протекающих при этом. Выбор способа консервирования в зависимости от химического состава консервируемого продукта. Влияние кислотности. Химические соединения-консерванты.


11. Химические основы получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции и охраны окружающей среды (2 часа)

Природные токсиканты и загрязнители, попадающие в сельхозпродукцию из окружающей среды. Их физиологическое действие, предельно допустимое содержание в пищевых продуктах, предотвращение попадания этих веществ в организм человека. Пути получения экологически чистой сельхозпродукции. Понятие о пищевой аллергии.

Сельское хозяйство и перерабатывающая промышленность как источники загрязнения окружающей среды. Основные источники загрязнений: удобрения, ядохимикаты, стоки животноводческих ферм.

Охрана труда и охрана природы при использовании удобрений. Влияние избытка азотных удобрений на качество сельскохозяйственной продукции. Химические процессы, протекающие при попадании минеральных и органических удобрений в водоемы, их влияние на флору и фауну.

Влияние пестицидов на организм человека, ПДК. Правила пользования с учетом требований охраны окружающей среды и здоровья человека.

Основные мероприятия по охране окружающей среды.

Практическая работа «Определение количества нитратов в овощах».


12. Итоговое занятие (1 час)

Защита проектных работ.


4. Темы проектных работ и сообщений учащихся:


1. Выращивание растений на питательных растворах.

2. Использование химических веществ в кормовом рационе животных.

3. Перспективы туковой промышленности России.

4. Проблемы выращивания экологически чистой сельскохозяйственной продукции.

5. Химическая мелиорация почв.

6. Химия на моем приусадебном участке.

7. Если бы я стал фермером…

8. Генная инженерия и продукты питания.



5. Список литературы для учащихся


1. Замяткин Г.А., Колесников Е.В. Юному агрохимику. – М.: Просвещение, 1983.

2. Габриелян О.С. Химия. 9 класс. – М.: Дрофа, 2003.

3. Кулюкин А.Н. Школьнику об агрохимии закрытого грунта. – М.: Просвещение, 1979.

4. Шульпин Г.Б. Эта удивительная химия. – М.: Просвещение, 1984.

5. Семенов И.Н., Максимов А.С., Макареня А.А. Химия и научно-технический прогресс. – М.: Просвещение, 1988.

6. Пичугина Г.В. Повторяем химию на примерах из повседневной жизни. – М.: Просвещение, 1999.


6. Список литературы для учителя


1. Петербургский А.В. Основы агрохимии: Пособие для учителей. – М.: Просвещение, 1979.

2. Петербургский А.В. Агрохимия и система удобрений. – М.: Колос, 1976.

3. Артюшин Н.А. Удобрения в интенсивных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур. – М.: Агропромиздат,1991.

4. Глинка Н.А. Общая химия. – Ленинград: Химия, 1988.

5. Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии: Книга для учителя. – М.: Просвещение, 1995.

6. Заиков Г.Е. Роль химии в сельском хозяйстве. – М.: Знание, 1986.

7. Пичугин Г.В. Химия в технологии сельского хозяйства: 8-11 кл.: Метод. пособие. – М.: ВЛАДОС, 2003.

8. Сударкина А.А., Евсеева И.И., Орлова А.Н. Химия в сельском хозяйстве: Основы агрохимии: Учеб. пособие по фак. курсу для учащихся 9-х кл. – М.: Просвещение, 1981
















III. Заключение


В результате работы над составлением программы элективного курса «Химия в сельском хозяйстве» были созданы его основные структурные элементы.

Данный элективный курс можно рассматривать как вариант, учитывающий особенности региона, имеющий прикладную направленность и способствующий профессиональной ориентации школьников. Такой подход к составлению программы может быть использован педагогами и в других регионах. Сохраняя структурные элементы программы, можно изменять содержание с учетом особенностей региона.

Подводя итог данной работы необходимо отметить, что вопросы по проведению элективных курсов по данной теме не исчерпаны полностью. Дальнейшая апробация элективного курса будет способствовать его корректировке, внесению изменений. Также предстоит работа по составлению текстов лекций, методики постановки опытов, контрольно-измерительных материалов.































IV. Список используемой литературы


1. Элективные курсы в системе предпрофильной подготовки: Учебно-методическое пособие / Отв. ред. Т.Б. Качкиной. – Ульяновск: УИПКПРО, 2004.

2. Смирнов П.М., Муравин Э.А. Агрохимия. – М.:Колос, 1991.

3. Практикум по почвоведению / Под ред. И.С. Кауричева. – М.: Просвещение, 1986.

4. Андросова В,Г. и др. Внеклассная работа по химии в сельской школе. – М.: Просвещение, 1983.

5. Решение Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития химического образования» // Химия в школе, № 1, 2004.

6. Суматохин С.В. О модернизации общего естественно-научного образования // Химия в школе, № 8, 2003.

7. Научно-методический журнал «Химия в школе».

8. Учебно-методическая газета «Химия».

9. Электронная энциклопедия «Кругосвет», 2003.

10. Интернет-ресурсы:

www.ed.gov.ru

www.profile-edu.ru

www.1september.ru

www.ed.apkro.ru

www.ege.edu.ru

www.edu.ru
























V. Приложение


1. Понятие об агрохимии

Агрохимия – агрономическая химия, наука, изучающая приёмы воздействия на химические и биохимические процессы, протекающие в почве и в растениях, минеральное питание растений, применение удобрений и средств химической мелиорации почв с целью улучшения плодородия почв и повышения урожайности. А. изучает также и некоторые др. средства повышения урожайности - гербициды, ростовые вещества. А. является научной основой химизации сельского хозяйства. По объектам, методам и задачам исследования А. относится одновременно к химическим и биологическим наукам. А. тесно связана с почвоведением, земледелием, метеорологией, физиологией и биохимией растений, с.-х. микробиологией, физикой, химией. Важнейшие разделы А.: питание растений, взаимодействие удобрений с почвой, изучение эффективности отдельных видов и форм удобрений, способов их внесения, химическая мелиорация почв (известкование, гипсование), исследование и применение химических средств борьбы с сорняками.

Первая книга по основам земледельческой химии опубликована в 1761 шведским химиком И. Валериусом. В 30-х гг. 19 в. французским учёным Ж. Буссенго предпринято изучение круговорота веществ в земледелии. В 1840 немецкому учёному Ю. Либиху в книге "Химия в приложении к земледелию" удалось доказать, что растения питаются не перегноем, как полагали многие учёные до него, а минеральными солями. Ю. Либих предложил перерабатывать костяную муку в суперфосфат, а Дж. Лос - основатель Ротемстедской станции в Англии (1843) - построил первый в мире суперфосфатный завод. Ротемстедская станция и ныне является крупнейшим центром агрохимических исследований в Англии. Начиная с 60-х гг. 19 в. в Германии агрохимические исследования развернулись на с.-х. опытных станциях. В 1859 немецкие учёные Ю. Сакс, В. Кноп предложили питательные смеси для выращивания растений в искусственных условиях. В 1886 немецкий агрохимик Г. Гельригель впервые доказал роль клубеньковых бактерий в усвоении азота воздуха бобовыми растениями. В США развитие агрохимических исследований было связано с организацией сети опытных станций и с.-х. колледжей при университетах (1887). Работы Э. Гилгарда и С. Хопкинса в США дали ценные материалы для изучения А. почв и системы удобрения в севообороте. Во всех капиталистических странах с развитой химической промышленностью имеются государственные агрохимические институты, а также институты, принадлежащие крупным фирмам по производству удобрений. В СССР известны (переведены на русский язык) работы таких современных учёных, как Э. Рассел (Англия), А. Демолон (Франция), А. Митчерлих (ГДР), Ф. Вир (США) и др.
В России первые научные высказывания по А. принадлежат М. В. Ломоносову. Он впервые дал объяснение происхождения гумуса почвы из органических остатков растений. В 1825 профессор Московского университета М. Г. Павлов опубликовал первое русское руководство по А. «Земледельческая химия». В 60-х гг. 19 в. начались исследования А. Н. Энгельгардта, который организовал в Петербургском земледельческом институте агрохимическую лабораторию и предложил использовать на удобрение фосфориты. К этому же времени относится деятельность Д. И. Менделеева в области А.: под его руководством были поставлены географические опыты с минеральными удобрениями. Важное значение для развития А. в России имела научная и общественная деятельность К. А. Тимирязева; он был инициатором постановки первых вегетационных опытов по изучению питания растений. В дореволюционной России А. не уделялось должного внимания, высшие с.-х. учебные заведения не имели самостоятельных кафедр А. Одним из крупных центров агрохимических исследований была кафедра частного земледелия Московского с.-х. института (ныне Московская с.-х. академия им. К. А. Тимирязева), которую возглавлял Д. Н. Прянишников, другим - кафедра почвоведения Лесного института (Петербург), которой руководил П. С. Коссович. Большие заслуги в разработке важнейших теоретических и практических проблем А. принадлежат Д. Н. Прянишникову. Им опубликованы многие работы по вопросам питания растений, действию удобрений, их практическому применению и другим важнейшим вопросам А. Велико также значение работ К. К. Гедройца по изучению поглотительной способности почв, А. Г. Дояренко по разработке серии точных методов исследования динамики почвенных процессов в связи с изменением в ней водно-воздушного режима.
После Великой Октябрьской социалистической революции были созданы крупные научно-исследовательские центры, опытные агрохимические станции, открыты специальные кафедры А. (1928) в с.-х. институтах. В 1919 по инициативе Д. Н. Прянишникова, Э. В. Брицке и Я. В. Самойлова был организован Научный институт по удобрениям, переименованный (1933) в Научно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам им. Я. В. Самойлова. В 1923 этим институтом под Москвой было организовано Долгопрудное опытное поле (ныне Долгопрудная агрохимическая опытная станция им. Д. Н. Прянишникова), где проводятся многолетние полевые опыты с минеральными удобрениями, по фосфоритованию и известкованию почв, изучаются различные формы удобрений и гербицидов, разрабатываются теоретические вопросы в области А. В 1931 создан Всесоюзный институт удобрений и агропочвоведения. В 1944 организована лаборатория А. в Почвенном институте им. В. В. Докучаева. За годы Советской власти учёные провели комплекс агрохимических исследований по повышению плодородия почв и урожайности. Видную роль в развитии учения о свойствах почв в связи с питанием растений и применением удобрений сыграли советские исследователи Н. С. Авдонин, Д. Л. Аскинази, Е. В. Бобко, М. В. Каталымов, А. Т. Кирсанов, В. М. Клечковский, А. Н. Лебедянцев, П. Г. Найдин, Я. В. Пейве, А. В. Петербургский, И. И. Синягин, Ф. В. Турчин, Ф. В. Чириков и др. Многое сделано по изучению эффективности разных форм удобрений, способов и доз их внесения, по применению микроэлементов под различные культуры. Советские учёные-агрохимики показали, что внесение суперфосфата в гранулированной форме изменяет его взаимодействие с почвой, микрофлорой и растениями; поглощение его почвой резко сокращается, а использование растениями возрастает. Большое внимание уделяется вопросам локального внесения удобрений (в лунки, гнёзда, рядки). Создание в СССР специальных институтов и опытных станций по изучению возделывания хлопчатника, сахарной свёклы, льна, чая, картофеля и др. культур обеспечило проведение большого числа опытов по действию удобрений на величину и качество урожая этих культур. В 1963-65 в Почвенном институте им. В. В. Докучаева разработана почвенно-агрохимическая карта СССР, на которой выделены 7 почвенно-агрохимических зон и внутри каждой зоны районы, различные по эффективности минеральных удобрений. В 1964 в СССР создана
агрохимическая служба (с сетью агрохимических лабораторий) по вопросам химизации сельского хозяйства. Современные проблемы А.: дальнейшие теоретические и практические работы в области корневого питания растений, повышение коэффициента использования удобрений, разработка методов повышения степени использования растениями питательных веществ почвы, создание новых наиболее эффективных форм удобрений. Научно-исследовательская работа по А. проводится в центральных научно-исследовательских учреждениях, в многочисленных зональных институтах и с.-х. опытных станциях, на кафедрах с.-х. вузов и биолого-почвенных факультетах университетов. Подготовка кадров по А. проводится на факультетах агрохимии и почвоведения с.-х. вузов, а также на биолого-почвенных факультетах университетов. А. применяет в своих исследованиях химические и биологические методы. Химические методы основаны на химическом анализе образцов почв, растений, удобрений и проводятся в агрохимических лабораториях. К биологическим методам относятся вегетационные, полевые и производственные опыты. Ценность биологических опытов состоит в том, что они вполне определенно отвечают на вопрос, как избранная культура отзывается на внесение удобрений. Вегетационный опыт проводится в специальных сосудах, размещающихся в застеклённых помещениях - вегетационных домиках. С помощью этого метода изучают теоретические вопросы питания растений, взаимосвязь между условиями питания и обменом веществ у растений, влияние условий питания в разные периоды роста на химический состав и качество урожая растений. Разработка методики водных культур позволила обеспечить промышленное производство овощей в беспочвенных культурах (гидропоника). Полевой опыт проводится на делянках при различных видах, дозах и способах внесения удобрений. Он даёт основание к разработке практических приёмов правильного применения удобрений в хозяйстве и используется в научных исследованиях. Производственный опыт отличается от полевого тем, что действие удобрений проверяется на больших полях с использованием тех приёмов агротехники и машин, которые имеются в хозяйстве. Он позволяет выяснить не только повышение урожайности, но и хозяйственную пригодность рекомендуемых приёмов внесения удобрений. В агрохимических исследованиях применяются достижения физики, химии. Большую роль в А. играет метод меченых атомов, который позволяет более точно определить в почве запасы усвояемых веществ, их поступление в растения и т. д. Значение А. огромно для народного хозяйства. Научно обоснованные рекомендации, которые даёт наука практике, позволяют улучшить плодородие почвы и повысить урожайность.


2. Состав и свойства почвы

Почва состоит из твердой, жидкой (почвенный раствор) и газовой (почвенный воздух) фаз.

Почвенный воздух отличается от атмосферного повышенным содержанием углекислого газа (в среднем около 1%, иногда до 2—3% и более) и меньшим – кислорода. Состав почвенного воздуха зависит от интенсивности газообмена между почвой и атмосферой. Образование углекислого газа в почве происходит в результате разложения органического вещества микроорганизмами и дыхания корней. Образующийся углекислый газ частично выделяется из почвы в атмосферу, улучшая воздушное питание растений, а частично растворяется в почвенной влаге, образуя угольную кислоту (H2O + СО2 = Н2СО3). Последняя вызывает подкисление раствора, в результате чего усиливается растворение и перевод в усвояемую для растений форму содержащихся в почве нерастворимых минеральных соединений Р, К, Са, Mg и др. При избыточном увлажнении почвы и плохой аэрации содержание углекислоты в почвенном воздухе повышается, а количество кислорода снижается до 8 – 12% и менее, что отрицательно сказывается на развитии растений и микроорганизмов.

Почвенный раствор – наиболее подвижная и активная часть почвы. Он является непосредственным источником воды и питательных веществ для растений. Состав и концентрация его изменяются в результате разнообразных биологических, химических и физико-химических процессов. Между жидкой, газообразной и твердой фазами почвы постоянно устанавливается подвижное (динамическое) равновесие. Поступление солей в почвенный раствор зависит от хода процессов выветривания и разрушения минералов, разложения органического вещества в почве, внесения органических и минеральных удобрений.

Концентрация почвенного раствора незасоленных почв невелика и колеблется от десятых долей грамма до нескольких граммов веществ на литр. В засоленных почвах содержание растворенных веществ достигает десятков, а иногда и сотен граммов на литр.

Избыток водорастворимых солей в почве (более 0,2%, или 2 г на 1 кг почвы) вредно действует на растения, а при содержании их 0,3—0,5% растения погибают.

В почвенном растворе содержатся не только минеральные, но и органические вещества, органоминеральные соединения, а также растворенные газы (углекислый газ, кислород, аммиак и др.). В составе почвенного раствора могут находиться различные анионы и катионы. Наиболее важное значение для питания растений имеет присутствие в почвенном растворе ионов К+, Са2+, Mg2+, NH4+, NO3- SO42- и H2PO4- и постоянное их пополнение. Железо и алюминий содержатся в почвенном растворе в основном в виде устойчивых комплексов с органическими веществами, а в кислых почвах – в виде катионов и гидратов полуторных окислов в коллоидно-растворимой форме.

Огромное значение для питания и роста растений, как уже указывалось ранее, имеет реакция почвенного раствора.

От концентрации и степени диссоциации растворенных веществ зависят осмотическое давление почвенного раствора и поглощение воды корнями растений. Осмотическое давление почвенного раствора в незасоленных почвах значительно ниже, чем в клеточном соке растений. На засоленных почвах с большим осмотическим давлением поглощение воды культурными растениями затрудняется.

Концентрация солей и осмотическое давление почвенного раствора зависят от влажности почвы и являются весьма динамичными величинами.

Твердая фаза почвы состоит из минеральной и органической частей, которые являются основными источниками питательных веществ для растений. Около половины твердой фазы приходится на кислород, одна треть – на кремний, свыше 10% – на алюминий и железо и лишь 7% составляют остальные элементы (табл. 1).

Табл. 1. Средний химический (элементарный) состав твердой фазы почвы

(по Л. П. Виноградову)

Азот практически полностью содержится в органической части почвы, углерод, фосфор, сера, кислород и водород – как в минеральной, так и в органической, а все другие из указанных в таблице элементов – в минеральной части почвы.

Минеральная часть составляет 90 – 99% массы твердой фазы почв и имеет сложный минералогический и химический состав. Она представлена кристаллическими кремнекислородными и алюмокремнекислородными (или силикатными и алюмосиликатными) минералами, аморфными и кристаллическими гидроксидами алюминия, железа и кремния, а также различными нерастворимыми минеральными солями. Наиболее распространен в почве первичный силикатный минерал кварц (SiO2, двуокись кремния). Содержание его во всех почвах превышает 60%, а в легких песчаных достигает 90% и более. Кварц характеризуется большой механической прочностью и устойчивостью к химическому выветриванию, он не участвует в химических реакциях в почве. Из первичных алюмосиликатных минералов в почве широко распространены калиевые и натрий-калиевые полевые шпаты, в меньшей степени — калийная и железисто-магнезиальные слюды. Постепенно разрушаясь, эти минералы служат источником калия, кальция, магния и железа для растений. Первичные минералы — кварц, шпаты и слюды — обычно присутствуют в почве в виде частиц песка и пыли. Вторичные, или глинистые, минералы образуются при изменении полевых шпатов и слюд в процессе выветривания и почвообразования. Они находятся в почве главным образом в виде мелкодисперсных илистых и коллоидных частиц и обладают большой суммарной поверхностью и поглотительной способностью. По строению кристаллической решетки, степени дисперсности и другим свойствам глинистые минералы объединяют в три группы:
-каолинитовую;
-монтмориллонитовую;
-гидрослюд.
Они состоят главным образом из кремния, алюминия, кислорода и водорода, а также содержат небольшое количество железа, кальция, магния, калия и могут быть источником этих элементов для растений.

В твердой фазе почвы всегда присутствуют в сравнительно небольшом количестве труднорастворимые соли фосфорной кислоты (фосфаты кальция, магния, железа и алюминия), а в отдельных почвах может быть значительное количество малорастворимых карбонатов кальция, магния и сульфата кальция. В почве постоянно протекают процессы превращения труднорастворимых соединений в легкорастворимые и, следовательно, более доступные растениям. Одновременно происходят и обратные процессы.

Различные механические фракции почвы имеют неодинаковый минералогический и химический состав, отличаются по содержанию элементов питания. Более крупные частицы почвы — песчаные и пылеватые — состоят в основном из кварца, поэтому характеризуются высоким содержанием кремния, но меньшим — алюминия, железа, а также кальция, магния, калия, фосфора и других элементов. В состав мелкодисперсной коллоидной и илистой фракции входят преимущественно первичные и вторичные алюмосиликатные минералы, поэтому в ней больше содержится алюминия и железа, а также кальция, магния, калия, натрия, фосфора и других элементов питания. В связи с этим более тяжелые глинистые и суглинистые почвы богаче элементами питания, чем песчаные и супесчаные. Мелкодисперсные минеральные частицы почвы (глинистые минералы) вместе с органическим веществом обусловливают ее поглотительную способность, которая играет важную роль при взаимодействии удобрений с почвой. Следовательно, механический состав почвы в значительной степени определяет многие важные ее свойства — содержание элементов питания (Са, Mg, К, Р, Fe, микроэлементов), поглотительную способность, а также физические свойства (влагоемкость, водопроницаемость, воздушный и тепловой режим).

Органическое вещество почвы составляет небольшую часть твердой фазы, но имеет важное значение для ее плодородия и питания растений. Содержание органического вещества в почвах колеблется от 1 – 3% (в подзолистых почвах и сероземах) до 8 – 10% и более в мощных черноземах.

Органическое вещество почвы представлено в основном (на 85 – 90%) гуминовыми веществами (гуминовыми и фульвокислотами) и лишь небольшая часть – негумифицированными остатками растительного, микробного и животного происхождения. Общий запас гумуса в пахотном слое почв с относительно невысоким его содержанием – сероземах и дерново-подзолистых – составляет 30 – 50 т, в черноземах – 100 – 200 т, а в метровом слое – соответственно 50 – 120 и 300 – 800 т на 1 га.

В органическом веществе находится основной запас азота, поэтому почвы, содержащие больше органического вещества, отличаются и большим количеством азота. В органическое вещество входят также сера и фосфор. При его минерализации азот, фосфор и сера переходят в усвояемую для растений минеральную форму. Гуминовые кислоты и фульвокислоты, а также образующаяся в почве при разложении органических веществ углекислота оказывают растворяющее действие на труднорастворимые минеральные соединения фосфора, кальция, калия, магния; в результате эти элементы переходят в доступную для растений форму.

Гумусовые вещества наряду с мелкодисперсными минеральными частицами почвы участвуют в адсорбционных процессах, определяют поглотительную способность почвы и ее буферность. Органическое вещество служит источником питания и энергетическим материалом для большинства почвенных микроорганизмов. Гумусовые вещества почвы труднее подвергаются минерализации, чем органические соединения растительных остатков и негумифицированных веществ. Однако при длительном возделывании сельскохозяйственных культур без внесения удобрений может происходить значительное уменьшение общего количества гумуса и азота в почве. Размеры ежегодной минерализации органического вещества в пахотном слое дерново-подзолистых почв 0,6 – 0,7 т, а черноземов – 1,0 т на 1 га, с образованием соответствующего количества (соответственно 30 – 35 и 50 кг/га) доступного растениям минерального азота. При среднем содержании азота в гумусе около 5% на каждую единицу доступного растениям азота (NO3- + NH4- ) должно минерализоваться двадцатикратное количество гумуса. Наиболее интенсивно разлагается гумус в чистых парах, где в почве может накапливаться до 100 – 120 кг N на 1 га. Одновременно с минерализацией органического вещества в почве постоянно происходит за счет разлагающихся растительных остатков новообразование гумуса, и изменение общего его количества определяется соотношением между этими процессами.

Систематическое применение органических и минеральных удобрений, обеспечивая повышение урожайности сельскохозяйственных культур, способствует сохранению и накоплению запасов гумуса и азота в почве, так как с ростом урожая увеличивается количество поступающих в почву корневых и пожнивных остатков и усиливаются процессы гумусообразования.

Содержание основных элементов питания в почвах и их доступность растениям. Разные типы почв отличаются по содержанию основных элементов питания (табл. 2). Общий запас азота, фосфора и калия в большинстве почв составляет значительные величины, в десятки и сотни раз превышающие вынос их урожаем одной культуры. Однако основная масса питательных веществ находится в почве в виде соединений, недоступных для непосредственного питания растений. Валовой запас питательных веществ в почве характеризует лишь ее потенциальное плодородие. Для оценки эффективного плодородия почвы, действительной способности ее обеспечивать высокую урожайность сельскохозяйственных культур важное значение имеет содержание питательных веществ в доступных для растений формах.

0,05-0,13

1,5-4,0

0,04-0,12

1,2-3,6

1,5-2,5

45-75

Черноземы

0,2-0,5

6-15

0,1-0,3

3-9

2-2,5

60-75

Сероземы

0,05-0,15

1,5-4,5

0,08-0,2

1,6-6

2,5-3

75-90

Для питания растений доступны только те питательные вещества, которые находятся в почве в форме соединений, растворимых в воде и слабых кислотах, а также в обменно-поглощенном состоянии. Мобилизация питательных веществ, переход труднорастворимых соединений в усвояемую форму постоянно происходят в почве под влиянием биологических, физико-химических и химических процессов. В разных почвах процессы мобилизации протекают с неодинаковой интенсивностью в зависимости от характера соединений, которыми представлены питательные вещества, климатических условий, уровня агротехники и т. д. Обычно эти процессы протекают медленно, и тех количеств доступных для растений форм питательных веществ, которые образуются в почве за вегетационный период, бывает недостаточно для удовлетворения потребности растений. Поэтому почти на всех почвах внесение удобрений значительно повышает урожайность сельскохозяйственных культур.

Содержание усвояемых форм питательных веществ зависит от типа почвы, ее окультуренности и предшествующей удобренности. Оно может быть неодинаковым в разных хозяйствах и на отдельных полях хозяйства. Поэтому для правильного применения удобрений важное значение имеют агрохимические анализы почв для определения подвижных форм азота, фосфора и калия, которые проводятся зональными агрохимическими лабораториями.

В зависимости от типа почв и других условий используются разные методы анализа. Методы определения подвижного фосфора и калия отличаются в основном реактивом, применяемым для их извлечения, а также соотношением и временем взаимодействия его с почвой.

Результаты анализов почвы оформляют в виде агрохимических картограмм (рис. 3), на которых различными цветами выделяют площади с разной степенью обеспеченности подвижными формами N, Р и К. По степени обеспеченности почвы подразделяют на шесть классов: очень низкая (I), низкая (II), средняя (III), повышенная (IV), высокая (V) и очень высокая (VI) (табл. 3). Анализы почвы на азот из-за отсутствия надежного и простого метода определения доступных его форм проводятся еще редко. Данные о степени обеспеченности почвы подвижными формами питательных веществ позволяют судить о потребности их в удобрениях, а также корректировать рекомендуемые нормы удобрений под отдельные культуры.



Табл.3 Группировка почв по обеспеченности подвижными формами фосфора,

мг на 100 г почвы

Класс почвы

P2O5

по Кирсанову

по Чирикову

по Мачигану

по Аррениусу

I

2.5

2

1

8

II

2.5-5

2-5

1-1.5

8-15

III

5-10

5-10

1.5-3

15-30

IV

10-15

10-15

3-4.5

30-45

V

15-25

15-20

4.5-6

45-60

VI

25

20

6

60


Табл. 4 Группировка почв по обеспеченности подвижными формами калия,

мг на 100 г почвы


Класс почвы

K2O

по Маслову

по Кирсанову

по Чирикову

по Мичигану

I

5

4

2

10

II

5-10

4-8

2-4

10-20

III

10-15

8-12

5-8

20-30

IV

15-20

12-17

9-12

30-40

V

20-30

17-25

13-18

40-60

VI

30

25

19

60


3. Мелиорация почв

Мелиорация (от лат. мelioratio – улучшение), совокупность организационно-хозяйственных и технических мероприятий, направленных на коренное улучшение земель. Мелиорация даёт возможность изменять комплекс природных условий (почвенных, гидрологических и др.) обширных регионов в нужном для хозяйственной деятельности человека направлении: создавать благоприятные для полезной флоры и фауны водный, воздушный, тепловой и пищевой режимы почвы и режимы влажности, температуры и движения воздуха в приземном слое атмосферы; способствует оздоровлению местности и улучшению природной среды. Наибольшее значение мелиорация имеет для сельского хозяйства, придавая большую устойчивость этой отрасли народного хозяйства и обеспечивая более стабильные валовые сборы с.-х. культур; позволяет производительнее использовать земельный фонд. Мелиорация – важный фактор интенсификации с.-х. производства (совместно с механизацией и химизацией) и научно-технического прогресса в сельском хозяйстве, открывающий широкие возможности для повышения урожайности, создания прочной кормовой базы животноводства, освоения пустынных и заболоченных земель. Технический уровень мелиорации определяется характером производственных отношений, уровнем развития производительных сил страны, а также зональными условиями отдельных территорий и хозяйственными задачами.

  Классификация мелиорируемых земель и виды мелиорации. Наиболее распространена мелиорация земель с неблагоприятным водным режимом. Мелиорация болот и избыточно увлажнённых земель направлена на усиление аэрации почвы, улучшение её температурного режима и стимулирование аэробных процессов разложения органического вещества, что достигается удалением избытка воды открытыми каналами и дренами из почвенного слоя в водотоки или водоёмы, т. е. осушением. В засушливых земледельческих районах, где осадков мало, а испаряемость высокая, запасы почвенной влаги пополняют водой, искусственно подаваемой на поля, т. е. применяют орошение, создавая открытые и закрытые оросительные системы. На пустынных, полупустынных и степных территориях, где развито животноводство, проводят обводнение пастбищ, сочетаемое часто с выборочным (в пустынях) оазисным орошением. В маловодных районах для лучшего управления водными ресурсами осуществляют сезонное и многолетнее регулирование стока рек путём устройства водохранилищ, а также переброску его как в пределах одного и того же бассейна, так и из одного бассейна в другой. При недостаточной пропускной способности рек на отдельных участках проводят регулирование их русла, на пониженных местах применяют кольматаж. Комплекс мелиоративных мероприятий, улучшающих неблагоприятный водный режим территорий, называемый гидротехнической мелиорацией, или водной мелиорацией.

  Земли с неблагоприятными химическими и физическими свойствами улучшают агротехнической и химической мелиорацией. В степных и пустынных районах заселённые почвы и солонцы, содержащие избыток вредных для большинства с.-х. культур солей, улучшают промывками на фоне дренажа, гипсованием и глубокой обработкой. Некоторые химические мелиоранты (гипс, хлорид кальция, сульфат железа, серная кислота и др.) способствуют удалению из почвы соды — наиболее токсичной для культурных растений соли. Для повышения плодородия кислых почв их известкуют. На песчаных почвах вносят большие дозы органических удобрений, сеют сидераты, проводят глинование; тяжёлые почвы пескуют, на уплотнённых углубляют пахотный горизонт; неровные поверхности планируют.

  Мелиорация земель, подверженных вредному механическому действию ветра или воды, включает предупреждение смыва и размыва почв поверхностными водами, выдувания ветром, борьбу с сыпучими песками, оползнями и оврагами. Мелиорация этих земель направлена на уменьшение количества поверхностного стока и его скорости, повышение сопротивляемости почв размыву, развеиванию и сдвигу, создание препятствий перемещению грунта, действию воды и ветра. В этих целях применяют приёмы гидротехнической мелиорации: устраивают искусственные террасы, водозадерживающие валы и водосборные канавы, ликвидирующие смыв почвы на склонах, ловчие каналы по периферии оврагов и гидротехнических сооружений, регулирующие сток и прекращающие рост оврагов, а также применяют приёмы агролесомелиорации.

  Мелиорация наиболее эффективна при совместном применении её видов и тесно связана с культуротехническими работами и приёмами земледелия; в совокупности они составляют единый комплекс по улучшению природных условий земель.

Химическая мелиорация – система мер химического воздействия на почву для улучшения её свойств и повышения урожайности с.-х. культур. При химической мелиорации из корнеобитаемого слоя почвы удаляются вредные для с.-х. растений соли, в кислых почвах уменьшается содержание водорода и алюминия, в солонцах — натрия, присутствие которых в почвенном поглощающем комплексе ухудшает химические, физико-химические и биологические свойства почвы и снижает почвенное плодородие.

  Способы химической мелиорации: известкование почв (в основном в нечернозёмной зоне) – внесение известковых удобрений для замены в почвенном поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия ионами кальция, что устраняет кислотность почвы; гипсование почв (солонцов и солонцовых почв) – внесение гипса, кальций которого заменяет в почве натрий, для снижения щёлочности; кислование почв (с щелочной и нейтральной реакцией) – подкисление почв, предназначенных для выращивания некоторых растений (например, чая) при внесении серы, дисульфата натрия и др. К химической мелиорации относят также внесение органических и минеральных удобрений в больших дозах, приводящее к коренному улучшению питательного режима мелиорируемых почв, например песчаных.

  Отдельные приёмы химической мелиорации были известны в античное время. В 16 – 18 вв. известкование применяли в Великобритании, Германии, Голландии и др. странах Европы.

  Первые исследования эффективности внесения извести были проведены в России Д. И. Менделеевым в 1867 – 69 гг.. В последующие годы вопросы известкования изучались А. Н. Энгельгардтом, П. А. Костычевым, П. С. Коссовичем, Д. Н. Прянишниковым. Научные основы химической мелиорации заложены К. К. Гедройцем, разработавшим теорию поглотительной способности почвы.

Известкование почв – внесение в почву извести и других известковых удобрений для устранения избыточной кислотности, вредной для многих с.-х. растений; способ химической мелиорации кислых почв. Известкование почв основано на замене в почвенном поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия ионами кальция и магния. При известковании в результате нейтрализации кислотности почвы и увеличения содержания кальция усиливается жизнедеятельность полезных микроорганизмов (например, клубеньковых бактерий, микроорганизмов, минерализующих органические остатки и перегной) и почва обогащается доступными для растений элементами питания, улучшаются её физические свойства (структура, водопроницаемость и др.). Известкование почв повышает эффективность органических и минеральных удобрений.

  Известкование почв широко применяют на подзолистых, дерново-подзолистых и некоторых торфяных почвах, реже на серых лесных почвах и краснозёмах. На подзолистых почвах при pH их в солевой вытяжке менее 4,5 необходимо известкование почв под все с.-х. культуры; при pH 4,5 – 5,0 – под все культуры, кроме люпина; при pH 5,1 – 5,5 – под культуры, очень чувствительные к кислотности (свёкла, капуста, лук, чеснок, клевер, люцерна, смородина), нуждающиеся в слабокислой и близкой к нейтральной реакции (брюква, турнепс, вика, фасоль, кукуруза, пшеница, ячмень, огурцы, яблоня, вишня) и переносящие умеренную кислотность, но повышающие урожай при внесении высоких доз извести (овёс, рожь, тимофеевка, гречиха); при pH 5,6 – 6,0 – только под свёклу и люцерну; при pH более 6,0 почву известковать не следует. Дозы известковых удобрений зависят от величины кислотности почвы и её механического состава; они должны быть достаточны для поддержания в течение 10 – 12 лет слабокислой реакции почвы, обеспечивающей нормальные условия для роста и развития большинства с.-х. культур.

  Дозы известковых удобрений могут быть снижены при неглубокой заделке их в почву и применении вместе с органическими и минеральными удобрениями. Известковые удобрения обычно вносят 1 раз в ротацию севооборота. В некоторых случаях, например, если в севообороте культуры резко различаются по своей нуждаемости в известковании, целесообразно дробное внесение (в несколько приёмов) полной дозы. Известковые удобрения можно вывозить в поле весной, летом и осенью; на выровненных массивах – по мёрзлой земле и мелкому снегу. Эффективность известкования почв в значительной степени зависит от равномерности распределения удобрений по поверхности и хорошей заделке их в почву. Известкование почв даёт значительную прибавку урожая. Для планового известкования почв проводят специальные почвенные обследования и полевые опыты, составляют картограммы кислотности почв и известкования. Полные (нормальные) дозы извести (по Н. И. Алямовскому), т на 1 га

Гипсование почв – внесение в почву гипса для устранения избыточной щёлочности, вредной для многих с.-х. растений; способ химической мелиорации солонцов и солонцеватых почв. Гипсование основано на замене натрия, поглощённого почвой, кальцием, в результате чего улучшаются её неблагоприятные физико-химические и биологические свойства и повышается плодородие. Дозы гипса (устанавливают по количеству натрия в корнеобитаемом слое почвы, который необходимо заместить кальцием) от 3 – 4 до 10 – 15 т/га, наибольшие – на содовых солонцах. Гипс вносят в 2 приёма: перед вспашкой и после неё под культивацию. На солонцеватых почвах, содержащих меньшее количество натрия, чем солонцы, гипс (3 – 4 ц/га) вносят в рядки вместе с семенами. Гипсование почв проводят в комплексе с агротехническими мероприятиями: глубокая вспашка (на 40 – 50 см) с перемешиванием солонцового слоя (это даёт возможность переместить гипс, содержащийся в подпахотном слое, в пахотный слой), орошение, внесение органических удобрений, снегозадержание и задержание талых вод, посев многолетних трав.

  Для гипсования почв применяют в основном сыро-молотый гипс (из природных залежей), фосфогипс – отходы производства удобрений, отходы содовой промышленности. Продолжительность перехода солонцов под действием гипса в культурную почву, т. е. мелиоративный период, 8 – 10 лет в неорошаемых условиях и 5 – 6 лет при орошении. Средняя прибавка урожая зерна при внесении гипса составляет в чернозёмной зоне (без орошения) 3 – 6 ц/га, в зоне каштановых почв 2 – 7 ц/га. На орошаемых землях эффективность гипсования почв повышается.


4. Гидропонное выращивание растений

Гидропоника (от гидро... и греч. рónos – работа), выращивание растений без почвы, на искусственных средах. При этом корневая система растений развивается на твёрдых субстратах (не имеющих питательного значения), в воде или во влажном воздухе (аэропоника). Питание растения получают из питательного раствора, окружающего корни. Г. позволяет регулировать условия выращивания растений – создавать режим питания для корневой системы, полностью обеспечивающий потребности растений в питательных элементах, концентрацию углекислого газа в воздухе, наиболее благоприятную для фотосинтеза, а также регулировать температуру воздуха и корнеобитаемого пространства, влажность воздуха, интенсивность и продолжительность освещения. Создание оптимальных условий для роста и развития растений обеспечивает получение очень высоких урожаев, лучшего качества и за более короткие сроки. Выращивание растений методом Г. менее трудоёмко, чем в почвенной культуре, вода и питательные вещества расходуются экономнее. Подача питательного раствора легко автоматизируется. В условиях Г. практически отпадает борьба с сорняками. В России Г. применяется главным образом для выращивания огурцов и томатов, цветов, получения витаминной зелёной массы зерновых культур, используемой для подкормки молодняка в животноводстве в зимнее время. Г. применяется также в научно-исследовательской работе. Большое значение для успешного роста растений в установках Г. имеет состав питательного раствора, дифференцированный в зависимости от вида растений, их возраста, а также основных факторов внешней среды (температура воздуха и корнеобитаемого слоя, относительная влажность воздуха и др.).

  В питательный раствор входят соли азота, фосфора, калия и др. элементов (Са, Mg, Fe, В, Mn, Zn, Cu, Mo). Концентрация питательного раствора для водных культур около 6 ммолей/л, для гравийных — около 30 ммолей/л, для аэропоники — несколько выше.


5. Химический состав растений

В состав растений входит вода и так называемое сухое вещество, представленное органическими и минеральными соединениями. Соотношение между количеством воды и сухого вещества в растениях, их органах и тканях изменяется в широких пределах. Так, содержание сухого вещества в плодах огурцов, бахчевых культур может составлять до 5% общей их массы, в кочанах капусты, корнях редиса и турнепса — 7—10, корнеплодах столовой свеклы, моркови и луковицах лука — 10—15, в вегетативных органах большинства полевых культур — 15—25, корнеплодах сахарной свеклы и клубнях картофеля — 20—25, в зерне хлебных злаков и бобовых культур — 85—90, семенах масличных культур — 90—95%.

Вода.

В тканях растущих вегетативных органов растений содержание воды колеблется от 70 до 95%, а в запасающих тканях семян и в клетках механических тканей — от 5 до 15%. По мере старения растений общий запас и относительное содержание воды в тканях, особенно репродуктивных органов, снижается.

Функции воды в растениях обусловлены присущими ей физическими и химическими свойствами. Она обладает высокой удельной теплоемкостью и благодаря способности испаряться при любой температуре предохраняет растения от перегрева. Вода — прекрасный растворитель для многих соединений, в водной среде происходит электролитическая диссоциация этих соединений и усвоение растениями ионов, содержащих необходимые элементы минерального питания. Высокое поверхностное натяжение воды определяет ее роль в процессах поглощения и передвижения минеральных и органических соединений. Полярные свойства и структурная упорядоченность молекул воды обусловливают гидратацию ионов и молекул низко- и высокомолекулярных соединений в клетках растений.

Вода является не просто наполнителем растительных клеток, но и неотделимой частью их структуры. Оводненность клеток тканей растений обусловливает их тургор (давление жидкости внутри клетки на ее оболочку), является важным фактором интенсивности и направленности разнообразных физиологических и биохимических процессов. При непосредственном участии воды происходит огромное число биохимических реакций синтеза и распада органических соединений в растительных организмах. Особое значение вода имеет в энергетических преобразованиях в растениях, прежде всего в аккумуляции солнечной энергии в виде химических соединений при фотосинтезе. Вода обладает способностью пропускать лучи видимой и близкой к ней ультрафиолетовой части света, необходимой для фотосинтеза, но задерживает определенную часть инфракрасной тепловой радиации.

Содержание воды в растениях зависит от вида и возраста растений, условий водоснабжения, транспирации и в определенной степени от условий минерального питания. Влагообеспеченность наряду с другими факторами внешней среды оказывает значительное влияние на величину, качество урожая сельскохозяйственных культур и эффективность удобрений.

Сухое вещество растений на 90—95% представлено органическими соединениями — белками и другими азотистыми веществами, углеводами (сахарами, крахмалом, клетчаткой, пектиновыми веществами), жирами, содержание которых определяет качество урожая.

Белки и другие азотистые соединения.

Белки — основа жизни организмов — играют решающую роль во всех процессах обмена веществ. Белки выполняют структурные и каталитические функции, являются также одним из основных запасных веществ растений. Содержание белков в вегетативных органах растений обычно составляет 5—20% их массы, в семенах хлебных злаков — 6—20%, а в семенах бобовых и масличных культур — 20—35%.

Белки имеют следующий довольно стабильный элементарный состав (в %): углерод — 51— 55, кислород — 21 — 24, азот — 15-18, водород — 6,5—7, сера — 0,3—1,5.

Растительные белки построены из 20 аминокислот и двух амидов. Особое значение имеет содержание в белках растений так называемых незаменимых аминокислот (валина, лейцина и изолейцина, треонина, метионина, гистидина, лизина, триптофана и фенилаланина), которые не могут синтезироваться в организме человека и животных. Эти аминокислоты люди и животные получают только с растительными пищевыми продуктами и кормами.

Белки различных сельскохозяйственных культур неравноценны по аминокислотному составу, растворимости и переваримости. Поэтому качество растениеводческой продукции оценивается не только по содержанию, но и по усвояемости, полноценности белков на основе изучения их фракционного и аминокислотного состава.

В составе белков находится подавляющая доля азота семян (не менее 90% общего количества в них азота) и вегетативных органов большинства растений (75—90%). В тоже время в клубнях картофеля, корнеплодах и листовых овощах до половины общего количества азота приходится на долю азотистых небелковых соединений. Они представлены в растениях минеральными соединениями (нитраты, аммоний) и органическими (среди которых преобладают свободные аминокислоты и амиды, хорошо усваиваемые в организмах животных и человека). Небольшая часть небелковых органических соединений в растениях представлена пептидами (построенными из ограниченного количества остатков аминокислот и поэтому в отличие от белков имеющими низкую молекулярную массу), а также пуриновыми и пиримидиновыми основаниями (входящими в состав нуклеиновых кислот).

Углеводы.

Углеводы в растениях представлены сахарами (моносахарами и олигосахаридами, содержащими 2—3 остатка моносахаров) и полисахаридами (крахмалом, клетчаткой, пектиновыми веществами).

Сахара содержатся в небольших количествах во всех сельскохозяйственных растениях, а в корнеплодах и отдельных органах овощных культур, плодах винограда, ягодах и фруктах могут накапливаться в качестве запасных веществ. Преобладающими моносахаридами в большинстве растений являются глюкоза и фруктоза, а олигосахаридами — дисахарид сахароза.

Сладкий вкус многих плодов и ягод связан с содержанием в них глюкозы и фруктозы. Глюкоза в значительных количествах (8—15%) содержится в ягодах винограда, откуда и получила название «виноградный сахар», и составляет до половины общего количества сахаров в плодах и ягодах. Фруктоза, или «плодовый сахар», накапливается в больших количествах в косточковых плодах (6—10%) и содержится в меде. Она слаще глюкозы и сахарозы. В корнеплодах доля моносахаридов среди сахаров невелика (до 1% общего их содержания).

Сахароза — дисахарид, построенный из глюкозы и фруктозы. Сахароза является основным запасным углеводом в корнях сахарной свеклы (14—22%) и в соке стеблей сахарного тростника (11—25%). Целью выращивания этих растений и является получение сырья для производства сахара, используемого в питании людей. В небольших количествах находится во всех растениях, более высоким ее содержанием (4—8%) отличаются плоды и ягоды, а также морковь, столовая свекла и лук.

Крахмал в небольших количествах содержится во всех зеленых органах растений, но в качестве основного запасного углевода накапливается в клубнях, луковицах и семенах. В клубнях картофеля ранних сортов содержание крахмала 10—14%, средне- и позднеспелых — 16—22%. В расчете на сухую массу клубней это составляет 70—80%. Примерно такое же относительное содержание крахмала в семенах риса и пивоваренного ячменя В зерне других хлебных злаков крахмала обычно 55—70%. Между содержанием белка и крахмала в растениях существует обратная зависимость. В богатых белками семенах зернобобовых культур крахмала меньше, чем в семенах злаков; еще меньше крахмала в семенах масличных культур.

Крахмал — легко усвояемый организмом людей и животных углевод. При ферментативном (под действием ферментов амилаз) и кислотном гидролизе распадается до глюкозы.

Клетчатка, или целлюлоза,— основной компонент клеточных стенок (в растениях она связана с лигнином, пектиновыми веществами и другими соединениями). Волокно хлопчатника на 95—98%, лубяные волокна льна, конопли, джута на 80—90% представлены клетчаткой. В семенах пленчатых злаков (овса, риса, проса) клетчатки содержится 10—15%, а в не имеющих пленок семенах хлебных злаков — 2—3%, в семенах зернобобовых культур — 3—5%, в корнеплодах и клубнях картофеля — около 1 % В вегетативных органах растений содержание клетчатки составляет от 25 до 40% на сухую массу. Клетчатка — высокомолекулярный полисахарид из неразветвленной цепи глюкозных остатков Ее усвояемость значительно хуже, чем крахмала, хотя при полном гидролизе клетчатки образуется также глюкоза.

Пектиновые вещества — высокомолекулярные полисахариды, содержащиеся в плодах, корнеплодах и растительных волокнах. В волокнистых растениях они скрепляют между собой отдельные пучки волокон. Свойство пектиновых веществ в присутствии кислот и Сахаров образовывать желе или студни используется в кондитерской промышленности. В основе строения этих полисахаридов лежит цепь из остатков полигзлактуроновой кислоты с метальными группировками.

Жиры.

Жиры и жироподобные вещества (липиды) являются структурными компонентами цитоплазмы растительных клеток, а у масличных культур выполняют роль запасных соединений. Количество структурных липидов обычно небольшое— 0,5—1% сырой массы растений, но они выполняют в растительных клетках важные функции, в том числе по регуляции проницаемости мембран. Семена масличных культур и сои используют для получения растительных жиров, называемых маслами.

Среднее содержание жира в семенах важнейших масличных культур и сои следующее (в %): клещевина — до 60; кунжут, мак, маслина — 45—50; подсолнечник — 24—50; лен, конопля, горчица — 30—35; хлопчатник — 25; соя —20.

По химическому строению жиры — смесь сложных эфиров трехатомного спирта глицерина и высокомолекулярных жирных кислот. В растительных жирах ненасыщенные кислоты представлены олеиновой, линолевой и линоленовой кислотами, а насыщенные — пальмитиновой и стеариновой кислотами. Состав жирных кислот в растительных маслах определяет их свойства — консистенцию, температуру плавления и способность к высыханию, прогорканию, омылению, а также их пищевую ценность. Линолевая и линоленовая жирные кислоты содержатся только в растительных маслах и являются «незаменимыми» для человека, так как не могут синтезироваться в его организме. Жиры являются наиболее энергетически выгодными запасными веществами — при их окислении выделяется на единицу массы в два раза больше энергии, чем углеводов и белков.

К липидам относятся также фосфатиды, воски, каротиноиды, стеарины и жирорастворимые витамины А, Д, Е и К.

Элементарный состав растений.

Сухое вещество растений имеет в среднем следующий элементарный состав (в весовых процентах); углерод — 45, кислород — 42, водород —6,5, азот и зольные элементы — 6,5. Всего в растениях обнаружено более 70 элементов. На современном уровне развития научных данных около 20 элементов (в том числе углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо, бор, медь, марганец, цинк, молибден, ванадий, кобальт и йод) считаются, безусловно, необходимыми для растений. Без них невозможны нормальный ход жизненных процессов и завершение полного цикла развития растений. В отношении еще более 10 элементов (в том числе кремния, алюминия, фтора, лития, серебра и др.) имеются сведения об их положительном действии на рост и развитие растений; эти элементы считаются условно необходимыми. Очевидно, что по мере совершенствования методов анализа и биологических исследований общее число элементов в составе растений и список необходимых элементов будут расширены.

Углеводы, жиры и прочие безазотистые органические соединения построены из трех элементов — углерода, кислорода и водорода, а в состав белков и других азотистых органических соединений входит еще и азот. Эти четыре элемента — С, О, Н и N получили название органогенных, на их долю в среднем приходится около 95% сухого вещества растений.

При сжигании растительного материала органогенные элементы улетучиваются в виде газообразных соединений и паров воды, а в золе остаются преимущественно в виде окислов многочисленные «зольные» элементы, на долю которых приходится в среднем всего около 5% массы сухого вещества.

Азот и такие зольные элементы, как фосфор, сера, калий, кальций, магний, натрий, хлор и железо, содержатся в растениях в относительно больших количествах (от нескольких процентов до сотых долей процента сухого вещества) и называются макроэлементами.

Содержание других необходимых элементов — бора, марганца, меди, цинка, молибдена, ванадия, кобальта и йода— в растениях составляет от тысячных до стотысячных долей процента, и они получили название микроэлементов.

Количественные различия в содержании макро- и микроэлементов в составе сухого вещества растений показаны в таблице 1.

Относительное содержание азота и зольных элементов в растениях и их органах может колебаться в широких пределах и определяется биологическими особенностями культуры, возрастом и условиями питания. Количество азота в растениях тесно коррелирует с содержанием белка, а его всегда больше в семенах и молодых листьях, чем в соломе созревших культур. В ботве содержание азота больше, чем в клубнях и корнеплодах. В товарной части урожая основных сельскохозяйственных культур на долю золы приходится от 2 до 5% массы сухого вещества, в молодых листьях и соломе зерновых, ботве корне- и клубнеплодов 6—14%. Наиболее высоким содержанием золы (до 20% и более) отличаются листовые овощи (салат, шпинат).

Состав зольных элементов у растений также имеет существенные различия (табл. 2). В золе семян зерновых и бобовых культур сумма оксидов фосфора, калия и магния составляет до 90%, а среди них преобладает фосфор (30—50% массы золы). Доля фосфора в золе листьев и соломы значительно меньше, и в ее составе преобладают калий и кальций. Зола клубней картофеля, корней сахарной свеклы и других корнеплодов представлена преимущественно оксиданом калия (40—60% массы золы). В золе корнеплодов содержится значительное количество натрия, а в соломе злаков — кремния. Более высоким содержанием серы отличаются бобовые культуры и растения семейства капустные.

В состав растений в относительно больших количествах входят кремний, натрий и хлор, а также значительное число так называемых ультрамикроэлементов, содержание которых исключительно мало — от 10-6до 10-8%. Физиологические функции и абсолютная необходимость этих элементов для растительных организмов еще не окончательно установлены.


6. Питание растений

Высшие растения являются автотрофными организмами, т. е они сами синтезируют органические вещества за счет минеральных соединений, в то время как для животных и подавляющего большинства микроорганизмов характерен гетеротрофный тип питания — использование органических веществ, ранее синтезированных другими организмами. Накопление сухого вещества растений происходит благодаря усвоению углекислого газа через листья (так называемое «воздушное питание»), а воды, азота и зольных элементов — из почвы через корни («корневое питание»).

Воздушное питание

Фотосинтез является основным процессом, приводящим к образованию органических веществ в растениях. При фотосинтезе солнечная энергия в зеленых частях растений, содержащих хлорофилл, превращается в химическую энергию, которая используется на синтез углеводов из углекислого газа и воды. На световой стадии процесса фотосинтеза происходит реакция разложения воды с выделением кислорода и образованием богатого энергией соединения (АТФ) и восстановленных продуктов. Эти соединения участвуют на следующей темновой стадии в синтезе углеводов и других органических соединений из СО2.

При образовании в качестве продукта простых углеводов (гексоз) суммарное уравнение фотосинтеза выглядит следующим образом:

6СО2 + 6Н2О+ 2874 кДж=С6Н12O6 +6O2

Путем дальнейших превращений из простых углеводов в растениях образуются более сложные углеводы, а также другие безазотистые органические соединения. Синтез аминокислот, белка и других органических азотсодержащих соединений в растениях осуществляется за счет минеральных соединений азота (а также фосфора и серы) и промежуточных продуктов обмена — синтеза и разложения — углеводов. На образование разнообразных сложных органических веществ, входящих в состав растений, затрачивается энергия, аккумулированная в виде макроэргических фосфатных связей АТФ (и других макроэргических соединений) при фотосинтезе и выделяемая при окислении — в процессе дыхания — ранее образованных органических соединений.

Интенсивность фотосинтеза и накопление сухого вещества зависят от освещения, содержания углекислого газа в воздухе, обеспеченности растений водой и элементами минерального питания.

При фотосинтезе растения усваивают углекислоту, поступившую через листья из атмосферы. Лишь небольшая часть СО2. (до 5% общего потребления) может поглощаться растениями через корни. Через листья растения могут усваивать серу в виде SО2 из атмосферы, а также азот и зольные элементы из водных растворов при некорневых подкормках растений. Однако в естественных условиях через листья осуществляется главным образом углеродное питание, а основным путем поступления в растения воды, азота и зольных элементов является корневое питание.

Корневое питание

Азот и зольные элементы поглощаются из почвы деятельной поверхностью корневой системы растений в виде ионов (анионов и катионов). Так, азот может поглощаться в виде аниона NO3 и катиона NH4 (только бобовые растения способны в симбиозе с клубеньковыми бактериями усваивать молекулярный азот атмосферы), фосфор и сера — в виде анионов фосфорной и серной кислот, калий, кальций, магний, натрий, железо — в виде катионов, а микроэлементы — в виде соответствующих анионов или катионов.

Растения усваивают ионы не только из почвенного раствора, но и ионы, поглощенные коллоидами. Более того, растения активно (благодаря растворяющей способности корневых выделений, включающих угольную кислоту, органические кислоты и аминокислоты) воздействуют на твердую фазу почвы, переводя необходимые питательные вещества в доступную форму.

Поглощение питательных веществ растениями через корни.

За счет сосущей силы, возникающей при испарении влаги через устьица листьев, и нагнетающего действия корней находящиеся в почвенном растворе ионы минеральных солей вместе стоком воды могут поступать сначала в полые межклетники и поры клеточных оболочек молодых корешков, а затем транспортироваться в надземную часть растений по ксилеме — восходящей части сосудисто-проводящей системы, состоящей из омертвевших клеток без перегородок, лишенных живого содержимого. Однако внутрь живых клеток корня (как и надземных органов), имеющих наружную полупроницаемую цитоплазматическую мембрану, поглощенные и транспортируемые с водой ионы могут проникать «пассивно» — без дополнительной затраты энергии — только по градиенту концентрации — от большей к меньшей за счет процесса диффузии либо при наличии соответствующего электрического потенциала (для катионов — отрицательного, а анионов — положительного) на внутренней поверхности мембраны по отношению к наружному раствору.

В то же время хорошо известно, что концентрация отдельных ионов в клеточном соке, как и в пасоке растений (транспортируемой по ксилеме из корней в надземные органы) чаще всего значительно выше, чем в почвенном растворе. В этом случае поглощение питательных веществ растениями должно происходить против градиента концентрации и невозможно за счет диффузии.

Растения одновременно поглощают как катионы, так и анионы. При этом отдельные ионы поступают в растение совсем в другом соотношении, чем они содержатся в почвенном растворе. Одни ионы поглощаются корнями в большем, другие — в меньшем количестве и с разной скоростью даже при одинаковой их концентрации в окружающем растворе. Совершенно очевидно, что пассивное поглощение, основанное на явлениях диффузии и осмоса, не может иметь существенного значения в питании растений, носящем ярко выраженный избирательный характер.

Исследования с применением меченых атомов убедительно показали также, что поглощение питательных веществ и дальнейшее их передвижение в растении происходит со скоростью, которая в сотни раз превышает возможную за счет диффузии и пассивного транспорта по сосудисто-проводящей системе с током воды.

Кроме того, не существует прямой зависимости поглощения питательных веществ корнями растений от интенсивности транспирации, от количества поглощенной и испарившейся влаги.

Все это подтверждает положение, что поглощение питательных веществ растениями осуществляется не просто путем пассивного всасывания корнями почвенного раствора вместе с содержавшимися в нем солями, а является активным физиологическим процессом, который неразрывно связан с жизнедеятельностью корней и надземных органов растений, с процессами фотосинтеза, дыхания и обмена веществ и обязательно требует затраты энергии.

Схематически процесс поступления элементов питания в корневую систему растений выглядит следующим образом.

К внешней поверхности цитоплазматической мембраны корневых волосков и наружных клеток молодых корешков ионы минеральных солей передвигаются из почвенного раствора с током воды и за счет процесса диффузии.

Клеточные оболочки имеют довольно крупные поры или каналы и легкопроницаемы для ионов. Более того, целлюлозно-пектиновые стенки обладают высокой сорбирующей способностью. Поэтому в пространстве каналов клеточных оболочек и межклетников не только свободно передвигаются, но и концентрируются ионы из почвенного раствора. Здесь создается как бы своеобразный фонд ионов минеральных солей для последующего поступления внутрь клетки.

Первым этапом поступления является поглощение (адсорбция) ионов на наружной поверхности цитоплазматической мембраны. Она состоит из двух слоев фосфолипидов, между которыми встроены молекулы белков. Благодаря мозаичной структуре отдельные участки цитоплазматической мембраны имеют отрицательные и положительные заряды, за счет которых может происходить одновременно адсорбция необходимых растению катионов и анионов из наружной среды в обмен на другие ионы.

Обменным фондом катионов и анионов у растений могут являться ионы Н+ и ОН- , а также Н+ и НСО3-, образующиеся при диссоциации угольной кислоты, выделяемой при дыхании.

Адсорбция ионов на поверхности цитоплазматической мембраны носит обменный характер и не требует затраты энергии. В обмене принимают участие не только ионы почвенного раствора, но и ионы, поглощенные почвенными коллоидами. Вследствие активного поглощения растениями ионов, содержащих необходимые элементы питания, их концентрация в зоне непосредственного контакта с корневыми волосками снижается. Это облегчает вытеснение аналогичных ионов из поглощенного почвой состояния в почвенный раствор (в обмен на другие ионы).

Транспорт адсорбированных ионов с наружной стороны цитоплазматической мембраны на внутреннюю против градиента концентрации и против электрического потенциала требует обязательной затраты энергии. Механизм такой «активной» перекачки весьма сложен. Она осуществляется с участием специальных «переносчиков» и так называемых ионных насосов, в функционировании которых важная роль принадлежит белкам, обладающим АТФ-азной активностью. Активный транспорт внутрь клетки через мембрану одних ионов, содержащих необходимые растениям элементы питания, сопряжен с встречным транспортом наружу других ионов, находящихся в клетке в функционально избыточном количестве.

Первоначальный этап поглощения питательных веществ растениями из почвенного раствора — адсорбция ионов на поглощающей поверхности корня — постоянно возобновляется, поскольку адсорбированные ионы непрерывно перемещаются внутрь клеток корня.

Поступившие в клетку ионы в неизменном виде либо уже в форме транспортных органических соединений, синтезируемых в корнях, передвигаются в надземные органы — стебли и листья, в места наиболее интенсивной их ассимиляции. Активный транспорт питательных веществ из клетки в клетку осуществляется по плазмодесмам, соединяющим цитоплазму клеток растений в единую систему — так называемый симпласт. При передвижении по симпласту часть ионов и метаболитов может выделяться в межклеточное пространство и передвигаться к местам усвоения пассивно с восходящим током воды по ксилеме.

Поглощение корнями и транспорт питательных веществ тесно связаны с процессами обмена веществ и энергии в растительных организмах, с жизнедеятельностью и ростом как надземных органов, так и корней.

Процесс дыхания является источником энергии, необходимой для активного поглощения элементов минерального питания. Этим обусловливается тесная связь между интенсивностью поглощения растениями элементов питания и интенсивностью дыхания корней. При ухудшении роста корней и торможении дыхания (при недостатке кислорода в условиях плохой аэрации или избыточном увлажнении почвы) поглощение питательных веществ резко ограничивается.

Для нормального роста и дыхания корней необходим постоянный приток к ним энергетического, материала — продуктов фотосинтеза (углеводов и других органических соединений) из надземных органов. При ослаблении фотосинтеза уменьшается образование и передвижение ассимилятов в корни, вследствие чего ухудшается жизнедеятельность и снижается поглощение питательных веществ из почвы.

Избирательное поглощение ионов растениями. Физиологическая реакция солей.

Различные элементы питания в неодинаковой степени используются в процессах внутриклеточного обмена в растении для синтеза органических веществ и построения новых органов и тканей. Этим определяется неравномерность поступления отдельных ионов в корни, избирательное поглощение их растениями. Больше поступает в растение из почвы тех ионов, которые более необходимы для синтеза органических веществ, для построения новых клеток, тканей и органов. Если в растворе присутствует NH4Cl, то растения будут интенсивнее и в больших количествах поглощать (в обмен на ионы водорода) катионы NH4+ поскольку они используются для синтеза аминокислот, а затем и белков В то же время ионы Cl- необходимы растению в небольшом количестве, и поэтому поглощение их будет ограниченным. В почвенном растворе в этом случае будут накапливайся ионы H+ и CI- (соляная кислота), произойдет ею подкисление. Если в растворе содержится NaNO3, то растение будет в больших количествах и быстрее поглощать анионы NO3- , в обмен на анионы НСO3- В растворе будут накапливаться ионы Na+ и НСO3_, произойдет его подщелачивание Избирательное поглощение ранениями катионов и анионов из состава соли обусловливает ее физиологическую кислотность или физиологическую щелочность. Соли, из состава которых в больших количествах поглощается анион, чем катион,— NaNO3, KNO3, Ca(NO3)2 — и в результате происходит подщелачивание раствора, являются физиологически щелочными. Соли, из которых катион поглощается растениями в больших количествах, чем анион,— NH4Cl, (NH4)2SO4, (NH4)2CO3, KC1, K2SO4, — и в результате происходит подкисление раствора, являются физиологически кислыми. Физиологическая реакция солей, используемых в качестве минеральных удобрений, обязательно должна ) учитываться во избежание ухудшения условий роста и развития сельскохозяйственных культур.

Влияние условий внешней среды и микроорганизмов на поглощение питательных веществ растениями.

Поглощение растениями питательных веществ в большой степени зависит от свойств почвы — реакции и концентрации почвенного раствора, температуры, аэрации, влажности, содержания в почве доступных форм питательных веществ, продолжительности и интенсивности освещения и других условий внешней среды. Поступление питательных веществ в растение заметно снижается при плохой аэрации почвы, низкой температуре, избытке или резком недостатке влаги в почве. Особенно сильное влияние на поступление питательных веществ оказывают реакция почвенного раствора, концентрация и соотношение солей в нем. При избыточной концентрации солей в почвенном растворе (например, в засоленных почвах) поглощение растениями воды и питательных веществ резко замедляется.

Корни растений имеют очень высокую усвояющую способность и могут поглощать питательные вещества из сильно разбавленных растворов.

Важное значение для нормального развития корней имеет также соотношение солей в растворе, его физиологическая уравновешенность. Физиологически уравновешенным называется раствор, в котором отдельные питательные вещества находятся в таких соотношениях, при которых происходит наиболее эффективное использование их растением. Раствор, представленный какой-либо одной солью, физиологически неуравновешен.

Одностороннее преобладание (высокая концентрация) в растворе одной соли, особенно избыток какого-либо одновалентного катиона, оказывает вредное действие на растение. Развитие корней происходит лучше в многосолевом растворе. В нем проявляется антагонизм ионов, каждый ион взаимно препятствует избыточному поступлению другого иона в клетки корня

Реакция раствора оказывает влияние на интенсивность поступления отдельных ионов в растение и обмен веществ

При кислой реакции повышается поступление анионов (вместе с ионами Н+), но затрудняется поступление катионов, нарушается питание растений кальцием и магнием и тормозится синтез белка, подавляется образование сахаров в растении. При щелочной реакции усиливается поступление катионов и затрудняется поступление анионов.

Основной запас питательных веществ находится в почве в форме различных труднорастворимых соединений, для усвоения которых необходимо активное воздействие корней на твердую фазу почвы и тесный контакт между корнями и частицами почвы. В процессе жизнедеятельности растений корни выделяют в окружающую среду углекислоту и некоторые органические кислоты, а также ферменты и другие органические вещества. Под влиянием этих выделений, концентрация которых бывает особенно высокой в зоне непосредственного контакта корней с частицами почвы, происходит растворение содержащихся в ней минеральных соединений фосфора, калия и кальция, вытеснение в раствор катионов из поглощенного почвой состояния, высвобождение фосфора из его органических соединений.

Питательные вещества наиболее активно усваиваются растениями из той части почвы, которая находится в непосредственном контакте с корнями. Поэтому все мероприятия, способствующие лучшему развитию корней (хорошая обработка почвы, известкование кислых почв и т. д.), обеспечивают и лучшее использование растениями питательных веществ из почвы.

Питание растений осуществляется при тесном взаимодействии с окружающей средой, в том числе с огромным количеством разнообразных микроорганизмов, населяющих почву. Количество микроорганизмов особенно велико в ризосфере, т. е. в той части почвы, которая непосредственно соприкасается с поверхностью корней. Используя в качестве источника пищи и энергетического материала корневые выделения, микроорганизмы активно развиваются на корнях и вблизи них и способствуют мобилизации питательных веществ почвы.

Ризосферные и почвенные микроорганизмы играют важную роль в превращении питательных веществ и вносимых в почву удобрений. Микроорганизмы разлагают находящиеся в почве органические вещества и вносимые органические удобрения, в результате чего содержащиеся в них элементы питания переходят в усвояемую для растений минеральную форму. Некоторые микроорганизмы способны разлагать труднорастворимые минеральные соединения фосфора и калия и переводить их в доступную для растений форму. Ряд бактерий, усваивая молекулярный азот воздуха, обогащает почву азотом. С жизнедеятельностью микроорганизмов связано также образование в почве гумуса.

При определенных условиях в результате деятельности микроорганизмов питание и рост растений могут ухудшаться. Микроорганизмы, как и растения, потребляют для питания и построения своих тел азот и зольные элементы, т. е, являются конкурентами растений в использовании минеральных веществ. Не все микроорганизмы полезны для растений. Некоторые из них выделяют ядовитые для растений вещества или являются возбудителями различных заболеваний. В почве имеются также микробы, восстанавливающие нитраты до молекулярного азота (денитрификаторы), в результате их деятельности происходят потери азота из почвы в газообразной форме.

Отношение растений к условиям питания в разные периоды роста

В разные периоды роста растения предъявляют неодинаковые требования к условиям внешней среды, в том числе и к питанию. Поглощение растениями азота, фосфора и калия в течение вегетации происходит неравномерно. Следует различать критический период питания (когда размеры потребления могут быть ограниченными, но недостаток элементов питания в это время резко ухудшает рост и развитие растений) и период максимального поглощения, который характеризуется наиболее интенсивным потреблением питательных веществ.

Рассмотрим общие закономерности в потреблении питательных веществ растениями в течение вегетации. В начальный период развития растения потребляют относительно небольшие абсолютные количества всех питательных веществ, но весьма чувствительны как к недостатку, так и к избытку их в растворе.

Начальный период роста — критический в отношении фосфорного питания. Недостаток фосфора в раннем возрасте настолько сильно угнетает растения, что урожай резко снижается даже при обильном питании фосфором в последующие периоды.

Вследствие высокой напряженности синтетических процессов при слаборазвитой еще корневой системе молодые растения особенно требовательны к условиям питания. Следовательно, в прикорневой зоне в этот период питательные вещества должны находиться в легкорастворимой форме, но концентрация их не должна быть высокой, с преобладанием фосфора над азотом и калием. Обеспечение достаточного уровня снабжения всеми элементами с начала вегетации имеет важное значение для формирования урожая. Так, у злаковых зерновых культур уже в период развертывания первых трех-четырех листочков начинается закладка и дифференциация репродуктивных органов — колоса или метелки. Недостаток азота в этот период даже при усиленном питании в последующем приводит к уменьшению числа колосков в метелке или колосе и снижению урожая.

Размеры потребления всех элементов питания растениями значительно возрастают в период интенсивного роста надземных органов — стеблей и листьев. Темпы накопления сухого вещества могут опережать поступление питательных веществ, а относительное их содержание в растениях снижается по сравнению с предшествующим периодом. Ведущая роль в ростовых процессах принадлежит азоту. Повышенное азотное питание способствует усиленному росту вегетативных органов, формированию мощного ассимиляционного аппарата. Недостаток же азота в этот период приводит к угнетению роста, а в последующем — к снижению урожая и его качества.

Ко времени цветения и начала плодообразования потребность в азоте у большинства растений уменьшается, но возрастает роль фосфора и калия. Это обусловлено физиологической ролью последних—их участием в синтезе и передвижении органических соединений, обмене энергии, особенно интенсивно происходящих при формировании репродуктивных органов и образовании запасных веществ в товарной части урожая.

В период плодообразования, когда нарастание вегетативной массы заканчивается, потребление всех питательных веществ постепенно снижается, а затем их поступление приостанавливается. Дальнейшее образование органического вещества и другие процессы жизнедеятельности обеспечиваются в основном за счет повторного использования (реутилизации) питательных веществ, ранее накопленных в растении.

Различные сельскохозяйственные культуры отличаются по размерам и интенсивности поглощения питательных элементов в течение вегетационного периода. Все зерновые злаковые (за исключением кукурузы), лен, конопля, ранний картофель, некоторые овощные культуры отличаются коротким периодом интенсивного питания — основное количество питательных веществ потребляют в сжатые сроки. Например, озимая рожь уже за осенний период поглощает 25—30% всего количества питательных веществ, тогда как сухая масса растений за это) период достигает всего лишь 10% конечного урожая.

Яровая пшеница за сравнительно короткий промежуток— от выхода в трубку до конца колошения (около месяца) — потребляет 2/3-3/4 всего количества питательных веществ.

Средне- и позднеспелые сорта картофеля наибольшее количество питательных веществ потребляют в июле: за этот месяц поглощается почти 40% азота, более 50 — фосфора и 60% калия от конечного содержания их в урожае. Ранние сорта картофеля отличаются еще более сжатым сроком интенсивного потребления питательных веществ.

Лен имеет ярко выраженный период максимального потребления элементов минерального питания — от фазы бутонизации до цветения, а хлопчатником основное количество питательных веществ потребляется с начала бутонизации до массового образования волокна в коробочках.

Некоторые растения, например подсолнечник и сахарная свекла, характеризуются более плавным и растянутым потреблением питательных веществ, поглощение которых продолжается почти до конца вегетации.

Отдельные элементы питания поглощаются растениями с различной интенсивностью: у кукурузы, например, наиболее быстрыми темпами идет потребление калия, затем азота и значительно медленнее поглощается фосфор. Поглощение калия полностью заканчивается к периоду образования метелок, а азота — к периоду формирования зерна. Поступление фосфора более растянуто и продолжается почти до конца вегетации.

Потребление основных элементов питания сахарной свеклой также происходит неравномерно. В первую декаду после всходов отношение Р : N : К в растениях равно 1,0 : : 1,5 : 1,4. Затем в период интенсивного нарастания листьев это соотношение изменяется в сторону увеличения поглощения азота и калия, составляя в мае 1,0 ; 2,5 : 3,0, в июне— 1,0 : 3,0 : 3,5, в июле 1,0 : 4,0 : 4,0. В августе, когда происходит образование корней и накопление в них сахара, соотношение между этими элементами становится 1,0 i 3,6 I : 5,5, т. е. особенно сильно увеличивается поглощение калия. Слишком обильное азотное питание в период образования корня и накопления в нем сахара нежелательно, так как стимулирует рост ботвы в ущерб росту корня и сахаронакоплению. В этот период очень большое значение имеет достаточный уровень обеспеченности растений калием и фосфором.

Неодинаковая количественная потребность и интенсивность поглощения растениями отдельных элементов питания должна учитываться при разработке системы применения удобрений. Особенно важно обеспечить благоприятные условия питания растений с начала вегетации и в периоды максимального поглощения. Это достигается сочетанием различных способов внесения удобрений: в основное удобрение до посева, при посеве и в подкормки.

Задача основного удобрения — обеспечение питания растений на протяжении всей вегетации, поэтому до посева в большинстве случаев применяют полную норму органических удобрений и подавляющую часть минеральных. Припосевное удобрение (в рядки, при посадке в лунки, гнезда) в относительно небольших дозах вносят для снабжения растений в начальный период развития легкодоступными формами питательных веществ, прежде всего фосфора. Для снабжения растений элементами питания в наиболее ответственные периоды вегетации применяются подкормки в дополнение к основному и припосевному удобрению (в отдельных случаях в подкормки может вноситься значительная доля общей нормы удобрений, например азота под озимые, хлопчатник и т. д.). Выбор срока, способа внесения удобрений и заделки их в почву зависит не только от особенностей биологии, питания и агротехники культур, по и от почвенно-климатических условий, вида и формы удобрений. Регулируя условия питания растений по периодам роста в соответствии с их потребностью путем внесения удобрений, можно направленно воздействовать на величину урожая и его качество.



Выберите курс повышения квалификации со скидкой 50%:

Автор
Дата добавления 24.10.2016
Раздел Химия
Подраздел Рабочие программы
Просмотров52
Номер материала ДБ-288079
Получить свидетельство о публикации

Включите уведомления прямо сейчас и мы сразу сообщим Вам о важных новостях. Не волнуйтесь, мы будем отправлять только самое главное.
Специальное предложение
Вверх