Рабочая программа элективного курса "Химическая экология".

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

«Лазаревская средняя школа №26»

ПРОГРАММА

элективного курса ( курса по выбору)

«АГРОХИМИЯ»

Разработан учителем химии и биологии

Крухмалевой Еленой Николаевной

Лазарево

Пояснительная записка

Целью курса является профильная ориентация обучающихся на продолжение образования в ВУЗах  химико-биологического направления. При изучении данного курса обучающиеся получат знания о значительной роли многих химических веществ в сельском хозяйстве; смогут проявить свои интересы и склонности к химии и принять решение относительно продолжения обучения  .

             Задачами данной программы являются:

-показать связь науки «химии» с сельским хозяйством;

-способствовать развитию интереса учащихся к изучению средств защиты растений, стимуляторов роста, удобрений;

-научить учащихся применять эти вещества на собственных приусадебных участках;

-развить исследовательские и экспериментальные умения учащихся;

-учить применять знания в области высоких технологий для изучения отдельных тем;

-обеспечить элементы занимательности, что способствует положительной мотивации учащихся при изучении химии;

-дать учащимся представление о специфике профессии агронома.

Формы и методы обучения:

Содержание элективного курса предполагает разнообразные виды учебной деятельности учащихся: лекции, семинары, практические работы, лабораторные опыты, тесты, а также самостоятельные проектные работы с использованием элементов информационно-коммуникационных технологий.

     При изучении элективного курса учащиеся привлекаются к самостоятельному поиску. Организация уроков в форме практической, лабораторной и исследовательской работы предоставляет учащимся максимальную возможность выдвинуть свою гипотезу, обосновать и проверить ее.

     Итоги реализации данной программы могут быть подведены на защите учащимися исследовательских работ. Данный элективный курс насыщен химическим экспериментом и требует наличия необходимых реактивов и оборудования.

Для основательного и системного усвоения материала курса учащиеся должны сочетать материал теоретических учебных занятий с изучением рекомендованной учебной и справочной литературы, материалов глобальной сети Internet. Более глубокое осмысление теоретических проблем предполагает самостоятельную творческую и исследовательскую работу учащихся в форме рефератов, докладов, исследовательских проектов. Темы творческих работ, рекомендованные в данной программе, ориентированы на специфические вопросы, зачастую не получающие подробного освещения в самом курсе.

Оценка результатов изучения курса:

1. По окончанию изучения курса учащиеся должны приобрести знания , умения, опыт, необходимые для  построения индивидуальной образовательной траектории в школе и успешной профессиональной карьеры

2. Формы контроля уровня достижений и критерии оценки:

-текущий, промежуточный и итоговый контроль достижения учащихся осуществляется в форме «зачтено» /«незачтено». Курс может считаться зачтенным, если ученик:-посетил не менее 80 % занятий;

-выполнил какую-либо зачетную работу: проект, реферат, исследование.

3. Методы контроля успеваемости учащихся:

-наблюдение активности на занятиях;

-беседы с учащимися;

-анализ творческих работ;

-результаты выполнения диагностических тестовых заданий, самостоятельных работ.

4. Методы итогового контроля:

-итоговая аттестация по результатам изучения курса проводится по мере завершения его изучения с помощью специальной зачетной работы ( зачет, тест, защита проекта или реферата).

Ресурсное обеспечение элективного курса:

Программно-методическое обеспечение элективного курса включает в себя:

-программу курса;

-информационно-содержательную основу реализуемого курса ((справочную, научно-познавательную и т.д.)

-систему творческих наработок учителя и творческих работ учащихся и другие педагогические средства, необходимое оборудование.

Учебно-дидактическое обеспечение курса включает в себя:

-наглядно-демонстрационные пособия, необходимые для реализации программы курса;

-оборудование для проведения экспериментов, лабораторных работ, проектной и исследовательской деятельности и др. в соответствии с программой курса;

- в качестве учебных пособий в преподавании элективного курса используются пособия, рекомендованные МО РФ;

-в качестве учебной литературы по элективному курсу могут быть использованы также учебные пособия по факультативным  курсам, для кружковой работы, а также научно-популярная литература, справочные издания.

Список литературы

1.Асаров X. К. «Практикум по агрохимии» М: Просвещение 2001 г.

2.Евсеева И. И. «Химия в сельском хозяйстве» М: Просвещение 1999 г.

3.Кабанов Ф. И. «Микроэлементы и растения» М: Просвещение 1997 г.

4.Литвак Ш. И. «Фосфор на службе урожая» М: Просвещение 2002 г.

5.Орлова А. Н. «От азота до урожая» М: Просвещение 1999 г.

      6.Петербургский А. В. «Основы агрохимии» М: Просвещение 1989 г.

          7. Глинка Н. А. Общая химия. Ленинград: Химия, 1988.

          8. Замяткин Г.А., Колесников Е.В. Юному агрохимику. - М.: Россельхозиздат, 1983.

            9. Устименко Г.В., Кононков П.Ф и др. Основы агротехники полевых и овощныхкультур: Учеб.пособие для учащихся 8-11 кл. – М.: Просвещение, 1991.

          10. Энциклопедический словарь юного земледельца. Составители

А.Д. Джахангиров, В.П. Кузьмищев - М.: Педагогика, 1983.__

Список  электронно-образовательных  ресурсов

1.Виртуальная школа Кирилла и Мефодия.

2. Репетитор по химии (цетрализованное тестирование). СД

Литература для учителя

1.      Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии. Книга для учителя – 2-е издание исправлено. – М., 1995

2.      Гроссе Э., Вайчмантель Х. Химия для всех. – М.: Знание, 1987

3.      Зеликов В.Д., Мальцев Г.И. Почвоведение с основами агрохимии. – М.: Агропромиздат, 1986

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

5.      Классен П.В., Гришаев И.Г. Основные процессы технологии минеральных удобрений. – М., 1990

6.      Лыков А.И. Гумус и плодородие почвы. –М.: Московский рабочий, 1985

7.      Мельников Л.М. Пестициды: химия, технология и применение. – М.: Химия, 1987

Литература для учащихся

1.      Балуева Г.А., Осокина Д.Н. Все мы дома химики.- М., 1979

2.      Книга для чтения по неорганической химии, часть II. – М.: Просвещение, 1984

3.      Сударкина А.А., Евсеева И.И., Орлова А.Н. Химия в сельском хозяйстве. (Основы агрохимии). Учебное пособие по факультативному курсу для учащихся. – М.: Просвещение, 1986

4.      Электронная энциклопедия «Кругосвет», 2003

5.      Юдин А.Н., Сучков В.Н. Химия для вас. – М.: Химия, 1988

Структура курса.

Курс рассчитан на изучение в течение 17 часов и включает следующие разделы:

Почвенный покров земли (2 ч.)

Удобрения и их классификации (4 ч.)

Химические средства защиты растений (3 ч.)

Стимуляторы роста (3 ч.)

«Легко ли быть фермером?» (4 ч.)

Конференция «Производство пищевых продуктов». (1час)

Содержание программы элективного курса «Агрохимия»

Раздел I. Почвенный покров земли. (2 часа)

Тема 1. Образование почвенного покрова. Питание растений. (1 час)

Понятие о почвенном поглощающем комплексе. Виды и свойства почв. Роль химических элементов в питании растений.

Тема 2. Ионно-обменные процессы в почве. Известкование почв. Роль почвы в биохимических циклах элементов (углерод и азот). Известкование. Гипсование. Влияние свойств почвы на урожайность растений.

Демонстрации: коллекция почв , образцы растений, выращенных с применением удобрений.

Лабораторный опыт: выращивание растений в водных культурах на различных питательных средах. (Закладка опыта).

Радел II. Удобрения и их классификация. (4 часа)

Удобрения и их классификация: минеральные и органические удобрения. Важнейшие калийные, фосфорные и азотные удобрения, их свойства.

Органические удобрения: сапропель, торф, навоз и др.

Микроудобрения, их роль в питании растений. Нормы внесения удобрений и проблема охраны природы.

Демонстрации: ознакомление с образцами удобрений, изучение их внешнего вида и физические свойства. Таблица «Дозы внесения минеральных удобрений».

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

Практикум: распознавание минеральных удобрений с помощью качественных реакций. Определение содержания нитратов в почве и в овощах.

Раздел III. Химические средства защиты растений. (3 часа)

Понятие о биоцидах. Классификация и важнейшие представители пестицидов (инсектициды, гербициды, фунгициды). Меры предосторожности при использовании пестицидов. Нормы в применении. Влияние пестицидов на физиологические процессы живых организмов.

Демонстрации: коллекция различных пестицидов. Таблицы с химическими формулами некоторых средств защиты растений.

Лабораторные опыты: определяем «химикат» химическими методами.

Раздел IV. Стимуляторы роста. (3 часа)

Понятие о стимуляторах роста. Стимуляторы роста растений. Применение стимуляторов роста в животноводстве. Производство кормовых дрожжей и микробиологического белка, их влияние на продуктивность животных. Использование мочевины и других кормовых добавок в животноводстве. Понятие о премиксах. Плюсы и минусы биостимуляторов.

Демонстрации: коллекция стимуляторов роста и плодоношения растений. Таблица «Влияние биостимуляторов на рост растений (животных)».

Решение расчетных задач.

Раздел V. Легко ли быть фермером? (4 часа)

Тема 1. Агрохимия и на огороде и на фермерском хозяйстве. (1 час)

Понятие о химизации сельского хозяйства. Проблемы конкуренции отечественных продуктов питания с импортными. Примеры конкурентоспособной продукции Тюменской области. Химические вещества на наших грядках и в больших фермерских хозяйствах.

Демонстрации: таблица «Сравнение действия различных удобрений на содержание нитратов и нитритов в плодах и овощах».

Тема 2. Рациональное природопользование. (1 час)

Рациональное природопользование – важнейшая проблема современности. Уровни организации рационального управления природными ресурсами. Управление промысловыми популяциями. Управление сельскохозяйственными экосистемами. Природоохранная деятельность.

Тема 3. Определение процентного содержания гумуса в почве. (1 час)

Влияние свойств почвы на урожайность растений.

Демонстрации: коллекция почв, результаты опытов по влиянию минеральных и органических удобрений на рост и развитие растений, заложенных на первом занятии.

Практикум: определение процентного содержания гумуса в почве.

Тема 4. Защита исследовательских работ.( 1 час)

календарно-тематическое планирование

№ п\п				Дата	Название разделов и тем	Всего часов	В том числе			Формы контроля
							Лекции	Семинары	Практические занятия
					Почвенный покров земли.	2
1					Образование почвенного покрова. Питание растений.		1			Выбор тем исследовательских проектов.
2
					Ионно-обменные процессы в почве. Известкование почв.				1	Тест «Образование почвенного покрова, питание растений».
					Удобрения и их классификация.	4
3					Минеральные и органические удобрения. Важнейшие калийные, азотные и фосфорные удобрения.		1	(1)		Составление схемы классификации удобрений. Сообщения учащихся.
4					Распознавание минеральных удобрений.				1	Решение экспериментальных задач по определению минеральных удобрений.
5-6					Определение содержания нитратов в почве и в овощах.				2
					Химические средства защиты растений.	3
7					Пестициды, их классификация. важнейшие представители.		1			Сообщения учащихся.
8					Правила обращения пестицидами и нормы применения (инсектициды, гербициды, фунгициды).			1
9					Определяем «химикат» химическим методом.				1	Исследовательская деятельность учащихся.
					Стимуляторы роста – опасно ли это явление.	3
10					Использование стимуляторов роста в растениеводстве.			1		Оценка результатов по влиянию роста на развитие растений.
11					Использование стимуляторов роста в животноводстве.		1			Решение расчетных задач.
12					Решение расчетных задач.				1
					Легко ли быть фермером.	4
13					Агрохимия и на огороде и в фермерском хозяйстве.		1
14					Рациональное природопользование.			1
15					Практикум: определение е процентного содержания гумуса в почве.				1	Исследовательская деятельность учащихся.
16					Защита исследовательских проектов.			1		Примеры проектных работ: «Химия на моем приусадебном участке», «Если бы я стал фермером», «Проблемы выращивания экологически чистой сельскохозяйственной продукции».
17					Ролевая игра. Конференция «Производство пищевых продуктов»	1

Требования к уровню подготовки

Учащиеся должны знать:

основные направления химизации сельского хозяйства;

классификацию удобрений, их химический состав и свойства, экологические и

медицинские проблемы, связанные с их применением;

химические средства защиты растений и правила их применения;

стимуляторы роста и плодоношения растений;

химические вещества, применяемые в животноводстве;

мероприятия по защите окружающей среды от химических веществ, применяемых в сельском хозяйстве

должны уметь:

проводить химический эксперимент по определению минеральных удобрений и

обнаружению нитратов в продуктах питания;

применять знания, полученные при изучении данного курса, в работе на

пришкольном участке или на своём приусадебном участке.

Темы исследовательских проектов и сообщений обучающихся

1.      Выращивание растений на питательных растворах.

2.      Проблемы выращивания экологически чистой сельскохозяйственной продукции.

3.      Химия на моем приусадебном участке.

4.      Если бы я стал фермером.

5.      Перспективы туковой промышленности России.

6.      Химические средства защиты растений.

7.      Лаборатория под открытым небом.

8.      Профессия лаборанта в агрохимической лаборатории.

9.      Кресс-салат как тест-объект для оценки загрязнения почвы.

 

Тест «Образование почвенного покрова. Питание растений».

А1. Из почвы при помощи корня растения поглощают:

а.      органические вещества

б.      глину

в.      воду и минеральные соли

г.      перегной

А2. Верхний плодородный слой земли – это:

а.      глина

б.      почва

в.      минеральные вещества

г.      органические вещества

А3. В плодородной почве содержится:

а.      много перегноя, влаги и воздуха

б.      много минеральных солей,

в.      много перегноя, мало влаги и воздуха

г.      мало перегноя и много влаги.

А4. Черноземы очень плодородны, так как в них:

а.      много перегноя

б.      мало перегноя

в.      мало минеральных солей

г.      избыток влаги.

А5. На глинистых почвах растениям не хватает:

а.      минеральных солей

б.      света

в.      влаги

г.      воздуха

А6. Удобрения обычно вносят в почву после дождя:

а.      так как почва более рыхлая

б.      чтобы предотвратить ожоги корней

в.      чтобы все растения получили удобрения

г.      так как почву легче копать

А7. В результате рыхления почвы:

а.      усиливается испарение воды

б.      на поверхности образуется корка

в.      увеличивается содержание кислорода

г.      уменьшается содержание кислорода

А8. Больше всего воздуха содержится в почве:

а.      заболоченной

б.      песчаной

в.      глинистой

г.      уплотненной

А9. Из почвы растения получают:

а.      тепло

б.      органические вещества

в.      свет

г.      воду и минеральные соли.

А10. На заболоченных почвах растения плохо растут, так как там:

а.      мало минеральных солей

б.      почва очень плотная

в.      мало перегноя

г.      мало воздуха

А11. Внесение избытка удобрений в почву может привести к:

а.      накоплению в почве нитратов

б.      изменению цвета почвы

в.      уплотнению почвы

г.      разрушению почвы

А12. Чтобы доказать, что в состав почвы входят минеральные соли, нужно:

а.      прокаленную на огне почву поместить в сосуд с водой и размешать

б.      каплю почвенного раствора поместить на предметное стекло и подержать над огнем

в.      прокалить почву на огне

г.      бросить комочек почвы в сосуд с водой

В1. Почему почву называют биокостной системой?

Компоненты почвы

В2. Составьте схему.  

В3. Что такое гумус и детрит? Какова их роль в природе?

Ответы

1-в

2-б

3-а

4-а

5-в

6-б

7-в

8-б

9-г

10-г

11-а

12-б
Решение расчетных задач по теме «Стимуляторы роста в растениеводстве»

Задача 1.

В качестве кормовой добавки применяется динатрийфосфат, получаемый из карбоната натрия и ортофосфорной кислоты. Составьте уравнение происходящей при этом реакции и вычислите содержание оксида фосфора (V) в этом кормовом средстве.

Задача 2.

Какова массовая доля питательных элементов в диаммонийфосфате?

Задача 3.

Кормовая добавка преципитат представляет собой дигидрат соли калия. Состав безводной соли Са – 29,46%; Н – 0,74%; Р – 22,76%; О – 47,04%. Выведите формулу этой соли и предложите способ ее получения.

Задача 4.

Мочевина или карбомид применяется и как азотное удобрение и как кормовая добавка. Вычислите содержание азота (в%).

Задача 5.

В одном фермерском хозяйстве внесли под яровую пшеницу удобрение из расчета:

аммиачной селитры – 150 кг.

суперфосфата – 300 кг.

хлорида калия – 100 кг. на гектар.

Сколько это составляет в перерасчете на азот, дигидрофосфат кальция и оксид калия?

Задача 6.

В почву под плодовое дерево необходимо внести оксид фосфора (V) массой 0,4 кг. Какую массу суперфосфата надо взять в этом случае, если массовая доля усвояемого оксида фосфора (V) равна 20%.

Задача 7.

Содержание питательного элемента фосфора в фосфорных минеральных удобрениях определяют в пересчете на оксид фосфора (V). Сколько этого оксида в простом и двойном суперфосфате?

Задача 8.

Сколько тонн двойного суперфосфата потребуется, чтобы заменить 25,3 т. простого суперфосфата.

Вопросы к семинарскому занятию «Минеральные и органические вещества»

1.      Объясните причину, по которой считается целесообразным применять в качестве удобрений сульфат, а не хлорид калия. Приведите уравнение реакции получения сульфата из хлорида калия.

2.      Стоимость связанного азота в форме аммонийной соли меньше, чем в форме нитратной. Дайте объяснение этому факту.

3.      Фосфат нельзя смешивать с гашеной известью. Почему? Ответ подтвердите уравнениями реакции.

4.      Охарактеризуйте роль основных питательных элементов (N, K, P) в жизни растений.

5.      Поясните, какова роль химии в повышении урожайности сельскохозяйственных культур.

6.      Минеральные - неорганические вещества, содержащие необходимые для растений элементы питания

7.      Виды удобрений по происхождению:

а.      Органические - питательные элементы находятся в веществах растительного и животного происхождения.

б.      Органо-минеральные - получают путем смешивания навоза либо торфа с фосфорными удобрениями.

в.      Бактериальные - содержат культуры микроорганизмов.

8.      Виды удобрений по агрохимическому назначению:

а.      Прямые - предназначены для непосредственного питания растений

б.      Косвенные - применяют для воздействия на воздействию почву с целью ее улучшения

в.      Препараты, регулирующие рост растений

Практическое занятие «Распознавание минеральных удобрений»

Задание: распознайте образцы азотных, фосфорных и калийных удобрений.

Соблюдайте правила техники безопасности при проведе­нии опытов.

Оборудование: пробиркодержатель, штатив с пробирка­ми, склянка для сбора отработанных реактивов, содержащих серебро, банка для других отходов, графитовый стержень, го­релка, спички.

Вещества: медь, серная (1:2) и азотная (10% -я) кислоты, 1%-й раствор нитрата серебра, 10%-й раствор хлорида бария, 20% -й раствор гидроксида натрия, три образца удобрений в пробирках, пронумерованных или с иным кодом (получает каждый ученик), дистиллированная вода (в стакане или колбе).

Выполнение работы

1. Рассмотрите образцы предложенных удобрений (под № 1, 2, 3).

2. Растворите их в воде. Для этого налейте воду в каж­дую пробирку не более 1/3 ее объема. Отмечайте скорость растворения удобрения в воде.

3. Проведите анализ удобрений с использованием предло­женных реактивов, при этом для каждой реакции берите не более 2 мл приготовленного раствора. Анализ начинайте с определения кислотного остатка. Получаемые результаты ис­следования можете заносить в таблицу (см. образец таблицы на следующей странице). Не забудьте написать уравнения проведенных реакций.

В случае определения нитрат-иона химизм процесса ста­нет понятным, если уравнение реакции написать в ионном виде. Например, для калийной селитры реакция протекает согласно уравнению:

Напишите уравнение этой реакции в сокращенном ион­ном виде.

Результаты анализа минеральных удобрений:

Удобрение	Внешний вид	Раствори­мость вводе	Взаимодействие раствора удобрения
			с конц. серной кислотой и медью	с раствором хлорида ба­рия и азот­ной кислотой	с раст­вором щелочи (при нагре­вании)	с раствором нитрата серебра
Аммиачная селитра	Белая, кристаллическая, иногда слегка желтоватая масса или гранулы	Хорошая	Выделяется бурый газ		Ощущается запах аммиака
Натриевая селитра	Крупные бесцветные кристаллы	Хорошая	Выделяется бурый газ	Небольшое помутнение раствора (от примесей)	Запах аммиака не ощущается	Выделяется небольшой оса­док (от при­месей)
Сульфат аммония	Мелкие светло-серые кристаллы	Хорошая		Выпадает белый осадок, нерастворимый в азотной кислоте	Ощущается запах аммиака	Небольшое помутнение раствора
Суперфосфат	Светло-серый порошок или гранулы	Растворяется частично		Выпадает белый оса­док, час­тично раст­воримый в азотной кислоте		Выпадает желтый осадок
Сильвинит	Розовые кристаллы	Хорошая				Выпадает белый осадок
Калийная соль	Бесцветные кристаллы	Хорошая				Выпадает белый осадок

ЗАКЛАДКА ОПЫТА:

«Выращивание растений в водных культурах на различных питательных средах».

ПОДГОТОВКА ОПЫТА.

1. Выращивание рассады. Для выращивания рассады берут небольшие низкие сосуды (ванночки), на дно кладут тонкий слой ваты, на него - фильтровальную бумагу, поливают водой и раскла­дывают семена в один слой. Сосуд в первые 3-4 дня прорастания семян накрывают стеклом. Вместо ваты и фильтровальной бумаги сосуд можно заполнить песком. Семена начинают проращивать не менее чем за 5-6 дней до закладки опыта.

2. Монтировка сосудов. Приготовление растворов для пита­тельных смесей. Для водных культур используют банки емкостью от 0,5 до 3 л. В зависимости от объема сосуда вычисляют количе­ство каждой соли.

3. Подготовка питательных смесей.

Полный питательный раствор Кнопа

Соли	масса в г на 1 л раствора
Нитрат кальция	1,000
Фосфат кальция однозамещенный	0,250
Сульфат магния	0,250
Хлорид калия	0,125
Хлорид железа	4 капли
Смесь с исключением калия
Нитрат кальция	1,000
Фосфат натрия однозамещенный	0,250
Сульфат магния	0,250
Хлорид натрия	0,09
Хлорид железа	4 капли
Смесь с исключением фосфора
Нитрат кальция	1,000
Сульфат магния	0,250
Хлорид калия	0,250
Хлорид железа	4 капли
Смесь с исключением азота
Фосфат кальция однозамещенный	0,250
Сульфат магния	0,250
Хлорид калия	0,125
Сульфат кальция	1,030
Хлорид железа	4 капли

Приготовленные питательные смеси наливают в банки, пред­варительно оклеенные бумагой для затемнения растворов. На горло банки натягивают пропарафинированную марлю и закрепляют ее ниткой. Марлю парафинируют следующим образом: парафин рас­плавляют, погружают в него марлю на 30-60 сек., затем вынимают и сразу натягивают на горло банки. На каждую банку привязывают этикетку с указанием питательной смеси.

4. Закладка опыта. Перед посадкой растений в банки их из­меряют (высоту надземной части, длину корневой системы, объем корневой системы, количество листьев, их площадь).

Измеренные растения можно высаживать в банки с питатель­ными смесями. Для этого в пропарафинированной марле пинцетом или ножницами прокалывают отверстия так, чтобы в них проходи­ла корневая система проростков. Около каждого отверстия ручкой пишут номер высаживаемого растения (чтобы не перепутать изме­ренные растения при снятии опыта). При посадке в отверстие осто­рожно просовывается корневая система (она вся должна быть погружена в питательный раствор). Растение закрепляется в отвер­стии кусочком ваты. В марле делают еще одно отверстие для стек­лянной трубочки, через которую продувают раствор.

5. Наблюдение и уход за культурами. Один раз в неделю растворы продувают, подсоединяя к стеклянной трубочке резино­вую грушу. Один раз в 10 дней рекомендуется производить смену питательного раствора. При наличии осадка в растворе его следует перемешивать палочкой. Одновременно со сменой раствора произ­водится определение рН.

6. Ликвидация опыта. При ликвидации опыта растения, росшие на питательных смесях, вновь измеряют, вычисляют прирост, описывают внешний вид растений. Формулируют вывод о зависимости роста растений от питательных элементов.

Учащиеся отмечают, что недостаток калия у растений проявляется на листьях. Их края приобретают желтую и темнокоричневую окраску с красными крапинками, при недостатке азота наблюдается малый прирост биомассы растений, недостаток фосфора замедляет образование в растениях органических кислот из углеводов, что в свою очередь сдерживает усвоение азота. Если растение испытывает недостаток кальция, ослабляется развитие корневой системы, прекращается рост стебля.

Практическая работа «Определение гумуса и азота в почве»

Подготовка почвы для определения гумуса

Ход анализа.

1. Отберите из почвенного образца среднюю пробу для определения гумуса. Для этого почву из коробки пересыпьте на чистый лист бумаги и разровняйте тонким слоем (шпателем или ложкой измельчите крупные комки). Возьмите небольшие порции почвы из разных мест так, чтобы масса средней пробы была 25—30 г.

2. Отобранную среднюю пробу высыпьте на лист чистой бумаги и разровняйте ее. Пинцетом удалите из почвы все видимые органические остатки и корни.

3. Комочки почвы осторожно разотрите фарфоровым пестиком и снова удалите все видимые органические остатки.

4. После этого возьмите еще раз среднюю пробу (приблизительно 10 г), разотрите ее в фарфоровой ступке и просейте через сито с отверстиями 0,25 мм. Оставшиеся на сите ко­мочки почвы после первого просеивания снова разотрите и просейте.

Определение гумуса в почве

Реактивы

1. 0,133 М раствор хромовой кислоты

2. 0,05 М раствор соли Мора

3. 0,2 г фенилантраниловой кислоты растворяют в 100 мл 0,2-процентного раствора Na2C03 (раствор соли добавляют каплями).

Таблица «Содержание гумуса в почвах России по Тюрину»

Почвы	Содержание гумуса (в %)
Дерново-подзолистые (лесной зоны) Черноземы степной зоны Сероземы пустынно-степной зоны Красноземы зоны влажных субтропиков	0,5—4,0 10 1,0—2,0 4,0—6,1

1. 20 г измельченного К2СГ2О7 или 1,6 г Сг03 растворяют в 300—400 мл дистиллированной воды (без подогревания), переносят в мерную колбу ем­костью 500 мл и доводят дистиллированной водой до метки. Раствор из этой колбы переливают в термостойкую колбу емкостью 2—3 л или в большой фарфоровый стакан и добавляют 500 мл концентрированной сер­ной кислоты (р 1,84 г/см3). Кислоту приливают очень осторожно!

2. 40 г соли Мора растворяют в 500—700 мл воды, содержащей 20 мл концентрированной серной кислоты (р 1,84 г/см3). После растворения соли объем доводят до 1 л.

Метод основан на окислении органического вещества почвы рас­твором дихромата калия в серной кислоте при кипячении. В общем виде этот процесс можно предста­вить так:

О количестве дихромата калия, израсходованного на окисление органического вещества, су­дят по разности между количе­ствами дихромата калия, взятого для анализа и оставшегося после окисления. Концентрация его определяется титровани­ем солью Мора в присутствии фенилантраниловой кислоты как индикатора.

Ход анализа

1. В сухую пробирку поместите 0,3 г поч­вы, если содержание гумуса в ней 2—4% .

Эту пробирку вместе с почвой взвесьте на аналитических весах, затем осторожно пересыпьте почву на дно конической колбы.

2. В колбу прилейте из бюретки 10 мл хромовой смеси.

3. Осторожно, вращая колбу круговыми движениями, сма­чивайте хромовой смесью почву и распределите ее возможно ровным слоем по дну колбы.

4. Колбу закройте маленькой воронкой для предохранения от разбрызгивания хромовой смеси .и испарения кислоты во время дальнейшего кипячения .

5. Колбу с содержимым поставьте на электрическую плит­ку с закрытой спиралью (при отсутствии такой плитки при­кройте спираль тонким слоем асбеста или асбестовой сеткой). В начале нагревания жидкости выделяются мелкие пузырьки; газа — оксида углерода (IV), затем жидкость закипает. Кипе­ние должно продолжаться ровно 5 мин и проходить без актив­ного выделения пара.

При взаимодействии дихромата калия с органическим ве­ществом почвы оранжево-красный цвет раствора переходит в зеленый раствор сульфата хрома. Для полного окисления гумуса в растворе всегда должен быть избыток дихромата калия. Поэтому, если раствор в колбе после кипячения приобрел зе­леный цвет, анализ необходимо повторить, уменьшив навеску почвы.

6. После кипячения охладите колбу с раствором. Возмож­но меньшими количествами воды (из промывалки) смойте с воронки капли хромовой кислоты в колбу, добавьте туда 4— 5 капель фенилантраниловой кислоты и оттитруйте раствор солью Мора.

Титрование 0,05 М раствором соли Мора ведите из бюрет­ки, начиная каждое новое титрование от нуля.

7. По объему раствора соли Мора, израсходованной на тит­рование, определите количество дихромата калия, оставшегося после взаимодействия с органическим веществом почвы. Когда раствор окрасится в синий цвет, то титровать следует очень осторожно, прибавляя раствор соли Мора по одной капле и тщательно размешивая жидкость.

8. Для установления о0щего объема соли Мора, идущего на титрование, проведите контрольный анализ. В этом случае вместо навески почвы в колбу возьмите небольшое количество прокаленного песка (или почвы) и соблюдайте все необходимые условия анализа (описанные в пп. 2—7).

9. Результаты анализа вычислите по формуле:

X=

где х — гумус (в % от воздушно-сухой почвы),  — объем раствора соли Мора (в мл), которая пошла на титрование в контрольном определении; — объем раствора соли Мора (в мл), израсходованной на титрование дихромата калия, ос­тавшегося после окисления гумуса навески почвы (в r}> m — навеска почвы (в г); k — коэффициент перевода в гумус; при­нято, что 1 мл точно 0,05 М раствора соли Мора соответствует 0,00052 г гумуса; К — поправка к концентрации раствора соли Мора. Результаты анализа запишите по следующей форме:

Номер образца

Масса пробирки (в г) с почвой без почвы

Навеска ПОЧВЫ (в г)

Объем раствора (в мл) соли Мора, израсходованной на титрование после окисления гумуса при конт­рольном опре­делении

Поправка к концен- трации раствора соли Мора

Коэффи- перевода в гумус

Содержа- ние гумуса (в %)

Практическая работа «Методы определения азота в растениях»

Определение обеспеченности растений азотом по Магницкому

Реактивы:

1. Сухой реактив на нитратный азот.

2. Буферный раствор (к 10 мл концентрированной уксусной кислоты и 3 г ацетата натрия добавьте 90 мл. дистиллированной воды и размешайте).

3. Смешанные стандартные растворы

2.1. 10 г сульфата марганца, 2 г цинковой пыли, 4 г сульфавиловой кис­лоты, 2 г онафтиламина смешайте (каждое вещество) со 100 г сульфата бария. Затем эту смесь перемешайте с 75 г лимонной кислоты. Приготов­ленный реактив должен быть светло-серым.

8 7,22 г нитрата калия, 0,18 г дигидрофосфата калия, 6,05 г хлорида калия растворите в 1 л дистиллированной воды; 10, 25, 50 и 100 мл этого раствора перенесите в мерные колбы емкостью 100 мл, доведите их яо метки водой, добавляя 4—5 капель толуола или хлороформа. Это и будут стандартные растворы (№ 1, 2, 3, 4).

 Прибор Магницкого для определения азота, фосфора, калия в соке растений.

Этот метод определения нитратного азота состоит в том, что цинк может восстанавливать нитраты до нитритов, а сульфани-ловая кислота и α-нафтиламин с нитритами дают ярко-розовое окрашивание. Реакция восстановления нитратов до нитритов проходит в кислой среде, поэтому к буферному раствору до­бавляют уксусную кислоту. Количественное содержание нитра­тов устанавливают сравнением окраски сока растений и стан­дартных растворов после обработки их реактивами.

Ход анализа

1. Сухой реактив на нитраты (объемом примерно с зерно ржи) перенесите в углубления фарфоровой пластинки и туда же добавьте по три капли буферного раство­ра.

Таблица «Содержание нитратного азота в соке растений»

Номер стандартного раствора	Содержание нитратного азота		Оценка содержания нитратного азота
	в мг на 1 кг	в баллах
1 2 3 4	100 250 500 1000	1 2  3 4	Низкое Умеренное Достаточное Высокое

РОЛЕВАЯ ИГРА

Конференция «Питание, производство пищевых продуктов и здоровый образ жизни»

В игре принимают участие:

1. Фермеры, производящие сельскохозяйственные продукты.

2. Представители фирм, производящих пищевые продукты.

3. Врачи: аллерголог, гастроэнтеролог, инфекционист, представитель СЭС, неонатолог, уролог, онколог, вамолог.

4. Ученые, независимые эксперты.

5. Диетологи, повара, владельцы ресторанов, кафе.

6. Химики, представители фирм-изготовителей и контролирующих ор­ганизаций.

7. Журналисты: спортивного направления, журналы и газеты «Здо­ровье», «АиФ Здоровье», «Физкультура и спорт» и др.

Конференция начинается оглашением повестки дня:

1. Состав потребительской корзины учащихся нашей школы.

2. Результаты исследования продуктов питания.

3. Дискуссия о предупреждении загрязнения продуктов питания.

4. Секреты правильного питания.

Название продуктов	Как часто вы употребляете продукты
	Несколько раз в день	1 раза день	2-3 раза в неделю	1 раз в неделю	2-3 раза в месяц	Один раз в месяц	Реже одного раза в месяц	Не употребляю
Мясные продукты Мясо свежее Мясо консерв. Птица цел. Куриные окор. Колбаса: вареная копченая сало пельмени котлеты Другие мясные про- дукты
Рыба свежая Рыба консерв. Рыба другая Хлеб: серый пшенич. белый ржаной булочки выпечка школ. Выпечка дом.							.
Крупы Гречка Манная Пшено Рис Перловка Горох Фасоль Другие
Овощи
Помидоры
Огурцы
Свекла
Морковь
Капуста
Яблоки
Лимон
Другие
Фрукты консерв.
Сладости
Конфеты
Печенье
Торты
Пирожное
Мороженое.
Жвачка
Шоколад
Другое								-
Молочные продукты Молоко разл. свежее Молоко пакет. Кефир Йогурт Другие напитки Творог Сырки Сметана
Жиры Масло подсолн. Другое раст. Масло слив. Топленое Маргарин Другие животные жиры Яйца Напитка Газированные Минерал, вода Соки натур. Сухие раствор. Чай Кофе Какао Пиво Вино Другие напитки	•
Сколько раз в день выедите	5-6	3-4	1-2	1
Завтракаете регулярно? (Да или нет)
Ежедневно ем первые блюда, (да или нет)
Плотно ли вы ужинаете? (Да или нет)
Едите ли вы ежедневно сырые овощи (свежие). (Да или нет)
Едите ли вы в промежутках между едой? Что?
Разнообразно ли ваше меню в течение дня, недели? (Да или нет)

По первому вопросу докладывают участники социологического опроса, которые провели анкетирование во всех классах параллели. Вопросы анкеты

Самоанализ, а затем задаются интересующие учащегося вопросы в письменном виде.

Анкету можно провести на уроках анатомии при изучение темы «Пищеварение».

По итогам анкетирования высказываются все группы - одно высказывание от группы.

Второе сообщение о результатах исследования пищевых продуктов.

Группа 1. Сбор информации из лабораторий на рынках.

Группа 2. Анализ этикеток.

Группа 3. Анализы, сделанные химиками-учащимися

Итак, по информации трех групп видно, что частично продукция загрязнена сельхозпроизводителем, частично при изготовлении, хранении продуктов.

По итогам сообщений высказываются представители каждой группы. Дискуссия о предупреждении загрязнения» продуктов.

Проводится по вопросам, подготовленным заранее. Часть вопросов задают учащиеся при проведении анкеты.

Вопрос 1.

Почему, даже зная о вреде нитратов и нитритов, люди используют их при производстве сельскохозяйственной продукции и в пищевой промышленности для производства колбас, копченостей, мясных консервов?

Фермеры. Аммиачная селитра, мочевина - необходимые для быстрого роста растений минеральные удобрения. Они поглощаются интенсивно в период роста, а затем в период созревания растения не нужно больше подкармливать. Нитратов меньше в прохладную погоду и во второй половине дня на 30-40%. Если это учитывать, то собирая урожай по науке, можно снизить содержание нитратов в растениях раз в пять.

Представители фирм, производящих пищевые продукты. Нитритные добавки - пока единственный способ подкрашивания, консервирования, улучшения вкуса мясопродуктов. Главная цель добавок – убить возбудителя ботулизма, вырабатывающего токсин, смертельный для человека в ничтожных дозах.

Вопрос 2.

Почему в мясных продуктах обнаруживают высокое содержание антибиотиков, гормонов роста, транквилизаторов? Как они влияют на здоровье человека?

Аллергологи. Лекарственные препараты попадают в организм человека с мясными, молочными продуктами и могут вызвать аллергию и другие расстройства у человека.

Фермеры. Антибиотики применять необходимо при массовом содержании скота для уменьшения риска заболеваний, борьбы с инфекциями, для улучшения усвоения корма. Гормональные препараты используются как стимуляторы роста для увеличения прироста мяса. Свиньи получают блокаторы бетарецепторов, которые должны снижать перегрузку сердечнососудистой системы, возникающие при содержании в тесном помещении.

Неонатологи. При откормке скота распространены тиреосгатики (ингибиторы (подавители) функции щитовидной железы. Они подавляют включение йода в гормоны щитовидной железы, поэтому привесы возрастают, так как уменьшается выведение воды из организма животного.

Если кормящая мать употребляла в пищу такое мясо, то ингибиторы, попадая с молоком в организм ребенка, могут вызывать образование зоба у малыша.

Диетологи. Мы хотели бы немного дополнить ответ на первый вопрос о нитратах () и нитритах (). Они чаще всего используются для консервирования и окраски пищевых продуктов. Вот почему диетологи рекомендуют не употреблять мясную тушенку, рыбные консервы без необходимости.

Врачи-онкологи. Нитриты вступают, в соединение с гемоглобином крови, образуют метгемоглобин, что вызывает одышку, отравление, а взаимодействуя с другими аминами, образуют нитрозамины, являющиеся канцерогенами. Вот почему предпочтительнее есть свежее вареное мясо.

Представители СЭС. При хранении банки окисляются, и поступают в продукты свинец, другие окислы металлов. Предпочтительнее употреблять консервы в стеклянной таре.

Неонатологи. Упаковки должны длительно проверяться на канцерогенные вещества. Известно, что упаковочная пленка, использующаяся 15-20 лет назад в Европе, считается причиной бесплодия сегодняшних юношей. Доказано, что вещества, выделяющиеся этой упаковочной пленкой, вызывают гибель, обездвиженность мужских половых клеток.

Вопрос 3.

Зачем добавляют различные химические вещества в продукты, ведь они вредны для организма, а продукты становятся дороже?

Химики. Современные методы производства, доставки и хранения продуктов потребовали применения пищевых добавок: консервантов, красителей, ароматизаторов, часто заменителей продуктов. Зная химический состав продукта, легко приготовить более дешевый заменитель дорогостоящего продукта. Поэтому не всегда верно, что продукты становятся дороже от химических веществ. Вы пьете дешевые растворимые сухие напитки или газированные, приготовленные на концентрате с ароматом и вкусом лимона, малины, персика. Натуральный сок в таких количествах стоит огромных денег. Антиоксиданты добавляются в жиры, молочные продукты для предотвращения прогоркания жиров. К сожалению, безвредность некоторых добавок вызывает сомнение.

Вопрос 4.

Говорят, что сахар вреден для здоровья. Он может вызвать диабет, кариес зубов, ожирение. Верно ли это?

Диетологи. Вреден не сахар, а то количество, которое мы употребляем. Сахар используется для приготовления напитков, конфет, пирожных, других сладостей. Наш организм выделяет ограниченное количество ферментов, поэтому избыток углеводов превращается в жировую ткань, раствор сахара - прекрасная среда для различных бактерий. Нужно употреблять больше фруктов, чтобы глюкоза поступала в организм, она необходима для строительства клеток и тканей тела, а продукты с высокой концентрацией сахара ограничивать в своем рационе, есть их редко, по праздникам.

Химики: Есть отрасли пищевой промышленности, синтезирующие заменители сахара: сахарин, аспартам, ксилит. Они используются для диетического питания диабетиков.

Онкологи: выяснилось, что синтетические заменители сахара тоже могут выступать в роли канцерогена. Так был запрещен к массовому употреблению сахарин. Многие синтетические красители вызывают рак. Запрещены Е121 - цитрусовый красный, Е123 - амарант.

Запрещен консервант Е240 - это 40%-ный водный раствор формальдегида, называемый формалином. А им часто обрабатывают импортные окорочка.

Вопрос 5.

Если пищевые добавки часто вредны, то зачем их так много добавлять?

Эксперты: Многие добавки улучшают внешний вид, вкусовые качества, способствуют увеличению срока хранения. Они безвредны для человека.

На мировом рынке три категории качества продовольственных товаров, различающихся исходным сырьем, особенностями технологии производства. В продовольственных товарах первой категории количество и типы спецдобавок строго регламентированы.

Качество второй категории контролируется менее строго и с учетом требований страны-импортера.

На товары третьей категории не распространяются многие ограничения на использование спецдобавок, себестоимость их ниже и цены тоже, поэтому их производство выгоднее.

К товарам третьей категории относится 80% продуктов питания, сигарет, напитков. Поэтому нужно выбирать товары, зная об этих категориях.

Вопрос 6.

Можно ли считать экологически чистыми овощи, выращенные с использованием только навоза?

Фермеры. Если выращивать овощи на почвах с интенсивным внесением навоза, то количество нитратов даже увеличивается в овощах.

Инфекционисты. Избыточное внесение навоза может вызвать загрязнение продукции яйцами гельминтов и другими возбудителями заболеваний.

Владельцы ресторанов. Цены в ресторанах высокие, так как для требовательных клиентов, заботящихся о своем здоровье мы приобретаем только продукты, имеющие сертификат с результатами анализа качества продуктов.

Владельцы кафе. Если мы будем приобретать экологически чистые продукты, то мы разоримся. Из-за высокой цены у нас их никто не будет покупать.

Вопрос 7.

Почему фермеры применяют пестициды, если знают, что они вредны для здоровья человека?

Фермеры. Сельское хозяйство - очень трудоемкое производство. Нужно регулярно пропалывать, рыхлить растения, поливать. А рабочих рук на селе нет, кроме того, неоднократная ручная прополка - низкооплачиваемый труд - все же повышает себестоимость продукта. Приходится использовать гербициды для борьбы с сорняками. Ядохимикаты используются для борьбы с вредителями сельскохозяйственных культур - колорадским жуком, саранчой и другими. В течение лета выходит несколько поколений вредителей, поэтому обработку приходится повторять.

Ученые. Для борьбы с вредителями созданы новые биопрепараты, которые не содержат ядохимикатов, а используются бактерии или естественные враги вредителей.

Фермеры. Практически нет этих препаратов в магазинах, неизвестны адреса, откуда можно выписать эти препараты, да и цены на них, наверное, высокие.

Ученые. Это вопросы рекламы, сбыта, они касаются работников торговли, а не ученых. Кроме того, вместо химических удобрений можно частично использовать культуры-сидераты.

Известно, что бобовые - прекрасные накопители азота. Их подсевают к высокорослым, быстрорастущим культурам. Они развиваются в их тени, а после уборки основной культуры или ранней весной их запахивают, вот и «живое удобрение».

Онкологи. Накопление пестицидов в организме человека приводит к возникновению различных заболеваний. В районах Казахстана и Средней Азии резко вырос процент заболевания раком, так как пестициды в больших количествах оказались в воде.

Неонатологи. Велико количество мертворожденных детей и детей с уродствами, замедленным развитием. Выращивание хлопка и сбор его вручную при обработке растений дефолиантами - просто преступление. Окончательных последствий мы еще не знаем точно. Что будет с потомством этих сборщиков, способны ли они будут иметь здоровых детей?

Ученые. Я думаю, что повышение уровня культуры земледелия и дальнейшая работа ученых сведут к минимуму эту проблему. Уже созданы трансгенные растения. В их генотип внесены гены из бактерий, и растения способны сами вырабатывать токсины против насекомых-вредителей

Секреты правильного питания.

Четвертый вопрос повестки дня.

Валеолог рассказывает об итогах анкетирования о культуре питания учащихся. Основные недостатки в питании учащихся: многие учащиеся не завтракают по утрам, так как поздно просыпаются, лень приготовить самим или забывают; при просмотре утреннего блока телевизора некоторые едят быстро, пока смотрят передачу.

Нет постоянного времени питания, неполноценное или избыточное питание, поздний прием пищи.

Мы посмотрели записи о хронических болезнях у врача. Количество заболеваний, связанных с желудочно-кишечным трактом и почек, увеличивается с возрастом. Это результат неправильного питания, плохого качества воды и продуктов.

Врач-диетолог. Что такое диета? Этим словом обозначают состав пищи и режим питания. Известно 28 лечебных столов, разработанных при определенном заболевании. Если у вас хроническое заболевание, то нужно обязательно познакомиться с тем, как правильно питаться, чтобы избежать обострений или даже избавиться от заболевания с помощью диеты:

Но три общих правила должен знать каждый человек. Они распространяются и на больных, и на здоровых.

1. Питаться разнообразно.

Если пища включает яйца, молоко, творог, овощи, фрукты, каши, хлеб, то организм получит все необходимое без ваших усилий.

2. Питаться регулярно.

Вашему организму совсем небезразлично, когда получить пищу: через три часа или через десять. Когда с утра чай с бутербродом, а весь день пирожки, то ужин превращается в обед, а ужинают ночью. Есть надо четыре раза в день, не позднее, чем за 1,5-2 часа до сна, а перед сном выпить молока, сок, кефир.

3. Не будьте жадны в еде.

Лишние килограммы появляются от переедания, это риск развития сахарного диабета, желчнокаменной болезни, болезней сердца и позвоночника.

Кулинария - ключ к здоровью.

Ешьте больше сырой, вареной, пареной пищи, ограничьте жареное, острое, употребляйте больше растительных жиров, ограничьте употребление животных жиров.

Вопрос

Почему на юге принято питаться острой, жареной пищей?

Врач-инфекционист. На юге больше кишечных паразитов и инфекций, их активность и жизнестойкость выше, чем в умеренных широтах. Чтобы не заразиться, пищу жарят при t° кипения масла 250°, а воды 100 . В жару есть не хочется, чтобы возбудить аппетит, едят острые приправы, они стимулируют выделение кислого желудочного сока, а соляная кислота убивает бактерии.

Вопрос. Почему рекомендуют употреблять в пищу проращенные семена злаков?

- В прорастающих семенах вырабатываются биологически активные вещества, ферменты, поэтому они полезны, особенно весной, когда в пище мало витаминов.

Далее могут рассматриваться любые вопросы, интересующие учащихся, если позволяет время.

В заключение читается стихотворение Санина «Теперь советуюсь с врачом».

О, диетические бденья!

О, жизнь нелегкая моя!

На тучной ниве похуденья

Изрядно потрудился я.

Все расскажу вам по порядку,

Во всем признаюсь наповал...

Увы, не делал я зарядку,

Ходьбу и бег не признавал.

Однажды стало не до шуток –

Я свой костюм не смог надеть,

Поголодав пятнадцать суток,

Я начал на глазах худеть.

Осталось мне совсем немножко,

Чтоб в форму прежнюю войти...

Жена позвала «Неотложку» –

Успели все-таки спасти.

На голливудскую диету

Я перебрался поскорей,

Но помешали три банкета,

Два дня рожденья, юбилей.

Дни упоительно летели,

Однако же не буду врать:

За эту страшную неделю

Я, сбросив два, прибавил гот

Я взял контроль за повеленье)

(В решеньях я и скор, и смел)

И занялся сыроеденьем, .

Не сыр я, а сырое ел.

Сначала было очень грустно,

Но я, друзья, не унывал,

Сырое мясо и капусту

Водой сырою запивал.

Я в этом трудном поединке

Не отступал и не юлил

И начал таять, словно льдинка

Но вдруг желудок зашалил.

И так прихватывал порою,

Так прижимал, что хоть кричи

Тогда я плюнул на сырое,

И снова перешел на щи.

И уксус дела не исправил,

И медью телу не помог...

Диеты модные оставил,

Когда не в шутку занемог.

Теперь советуюсь с врачами,

Разумно ем и сплю ночами.

С одышкой больше не знаком,

Купил эспандер и гантели –

Здоровый дух в здоровом теле.

Подведение итогов конференции.

- Сегодня мы с вами узнали много нового, спорного, посмотрели на себя со стороны. Надеемся, что ваш интерес к здоровому питанию и образу жизни позволит сохранить свое здоровье и здоровье ваших будущих детей.

Наиболее активным участникам конференции вручаются призы.

Дополнительные материалы для учителя

Земля — природное достояние

Землей называем мы нашу планету. Она обеспечивает людей пищей, одеждой и даже воздухом. А много ли на Земле почвы? Если представить земной шар крупным арбузом, то самая тонюсенькая пленка на его поверхности, которая в 10 раз тоньше лезвия бритвы, и будет слоем почвы на планете.

С первых дней Советской власти земля всегда была в сфере внимания нашего государства. Охрана земли в стране предусмотрена законодательством и закреплена в Конституции РФ.

Основная база земледелия у нас в стране, до 2/3 пашни, расположена на черноземах. Общая площадь черноземов в РФ составляет 190 млн. гектаров. Это бесценный дар природы. Но хотя наша страна богата плодородными почвами, у нас нет ни одного лишнего гектара! Вот почему каждому из нас следует по-хозяйски, внимательно и заботливо относиться к земле, беречь наше народное достояние. Почвенный покров земли

Почвообразовательный процесс начался примерно 400—500 млн. лет назад, когда появились высшие растения. После отмирания биомасса растений, находящаяся в земле, используется животными и бактериями в пищевых целях.

Переработка биомассы и ее минерализация в почве сопровождаются выделением углекисло­го газа, испарением влаги, образованием поч­венного гумуса (перегноя), накоплением соеди­нений азота, серы, фосфора, калия и других элементов. Гумусовая оболочка почвенного покрова является как бы аккумулятором полез­ной химической энергии, которая используется микроорганизмами и беспозвоночными жи­вотными для их жизнедеятельности, фиксации азота и которая поддерживает почвенное пло­дородие.

В. И. Вернадский показал, что все организмы стремятся увеличить свою численность и захва­тить возможно большую территорию. Точно так же и почвенный покров земли в своем саморазвитии постепенно увеличивает мощ­ность горизонтов и уровень плодородия.

В естественных условиях в почве создается свой особый почвенный климат и благоприят­ные условия для роста и развития растений. Почва приобретает рыхлость и проницаемость для воздуха, корней растений, почвенной фау­ны. Она обладает водопроницаемостью, влагоемкостью и капиллярным водопередвижением, способна накапливать и удерживать тепло, а также снижать испаряемость влаги. Таким об­разом, естественные почвы обладают сложной физической структурой, являющейся одним из факторов плодородия.

Важнейшей функцией почвенного покрова в природе является обеспечение благоприятных условий для существования и воспроизводства жизни. В этом отношении почвенный покров земли можно сравнить с озоновым экраном стратосферы, который защищает все живое от губительного действия космических излучений

Роль почвы в биохимических циклах элементов

Почва — уникальный и потому незаме­нимый компонент биосферы» Незаме­нимость почвы выражается прежде всего в том, что она выполняет в биосфере ряд важ­нейших функций, обеспечивающих ее ста­бильность и устойчивое функционирование. Без почвенного покрова жизнь на Зем­ле была бы невозможна. И дело здесь не в том, что почва представляет собой средст­во производства в сельском хозяйстве, обеспечивает население земного шара про­дуктами питания. Это лишь одна» хотя и важная, функция почвы. Главное заключа­ется в том, что почва — необходимое струк­турно-функциональное звено практически всех природных биосферных процессов, зачастую она выступает в качестве их регу­лятора. В этом заключается сущность ее экологических функций.

Необычайно широкое многообразие эко­логических функций почвы обеспечивает генерирование и сохранение биологическо­го разнообразия ее организмов. Почва ока­зывает мощное регулирующее действие на состав гидросферы и атмосферы Земли.

Почва представляет собой необходимое звено и регулятор биогенного круговоро­та большинства элементов Земли, благода­ря чему возможно существование жизни.

Ограниченное количество биофильных элементов в литосфере, гидросфере и ат­мосфере не остановило развития жизни на Земле только потому, что в течение сотен миллионов лет происходит процесс биоло­гического круговорота элементов. По об­разному выражению В.Р.Вильямса (1952), «единственный способ придать ог­раниченному количеству свойство бесконечного — это заставить его вращаться по замкнутой кривой».

Принципиально важно подчеркнуть, что практически все биохимические цик­лы так или иначе проходят через почву, которая оказывает на них регулирующее действие. В отношении одних из них регу­лирующая роль почвы определяющая, в отношении других — подчиненная.

В настоящей статье в качестве примера рассмотрена роль почвы в регулировании циклов углерода и азота, этих важнейших элементов живого вещества, необходимых органогенов. Роль почвы в регулировании их потоков в биосфере решающая.

Биогеохимическйй цикл углерода

Роль углерода в биосфере подчеркивал еще В.И.Вернадский, отмечая осо­бое значение атомов углерода не только для живых организмов, но и для косной ма­терии, до известной степени всей земной коры.

Значение углерода в биосфере определя­ется прежде всего тем, что он, являясь глав­ным элементом-органогеном, играет веду­щую роль в синтезе органического вещест­ва и функционирования живых и биокос­ных систем.

В настоящее время цикл углерода при­влекает к себе особое внимание в связи с так называемым парниковым эффектом, возникновение которого связывают с по­вышением концентрации в атмосфере га­зов, молекулы которых содержат углерод, прежде всего диоксида углерода и метана. Биогеохимический Цикл углерода приве­ден на рис.1. Как следует из рисунка, в би­осфере основной процесс связывания угле­рода - фотосинтез, закрепляющий углерод в биомассе растений (более 100 млрд. т. уг­лерода в год). Затем после многочислен­ных превращений соединений углерода в тканях растений органическое вещество с надземным и подземным опадом (отмира­ние корней и других подземных органов) поступает в почву. Накопление органичес­кого вещества в Виде специфических органических соединений — почвенного гуму­са — характерная черта почвообразования. Растения выступают основным поставщи­ком органического вещества в почву (бо­лее 95 %). Доля животных незначительна и не превышает нескольких процентов.

В почве органическое вещество опада трансформируется по двум направлениям. Одна часть поступивших в почву растительных остатков минерализуется, другая часть гумифицируется, т.е. в результате сложных процессов с участием микроорганизмов превращается в гумус.

Скопление гумуса — глобальный про­цесс, значение которого в биосфере огромно. Накапливаясь в почве, гумус определяет большинство ее важнейших свойств, от которых зависят ее плодородие и экологическая устойчивость. Образование, гумуса делает почвенный покров Земли важнейшим резервуаром органического углерода, стоящим по значимости, на одном из первых мест.

 

Рис. 1. Биогеохимический цикл углерода (по А.В.Смагину, 1999).

Резервуары и потоки углерода приведены в миллиардах тонн; обозначения в виде контура облака указывают потоки углерода в газообразной форме.

Наибольшие запасы углерода сосредоточены не в живом веществе, а в минераль­ных горных породах — известняках и доломитах. Значительное, хотя и меньшее, его количество находится в горючих ископаемых (см. рис.1).

Второе место после горных пород по запасам углерода занимает Мировой океан. Там в составе растворенных минеральных соединений и взвесей заключено 3,8 * 104 млрд. т. углерода. Органическое вещество почв находится на третьем месте; запасы углерода в них составляют 14,8 * 102 млрд. т. Если учесть, что в карбонатных породах углерод сосредоточен в форме минеральных соединений, роль почвы как планетарного резервуара органического углерода представляется еще более значительной.

Почва обладает максимальным запасом органического вещества, намного превос­ходя по этому показателю другие биокосные системы. Запасы углерода в почвах превышают таковые в биомассе растений в 2-3 раза. Биомасса растений в ландшафтах основных природных зон и запасы гумуса (по Д.С.Орлову, О.Н.Бирюковой, Н.И.Сухановой, 1996) показаны ниже.

Природная юна; почва	Биомасса растений, т/го	Запасы гумуса слое 0-100 см, т/га
Южная тайга, хвойношироколиственный лес; дерновоподзо листая	270-330	160-190
Лесостепь, Широколиственный лес; темно-серая лесная	300-400	300-310
Лесостепь, луговая степь; типичный чернозем	23-25	500-550

Следует отметить, что в некоторых случаях» например в степях, запасы гумуса превосходят запасы фитомассы в 20-30 раз. Вообще более существенное: превосходство гумуса над фитомассой характерно обычно для травяных экосистем. К слову сказать, время накопления углерода в гумусе существенно превышает время его накопления в биомассе.

В почве наряду с накоплением гумуса происходит его минерализация. Гумус представляет собой динамическую систему, в которой оба процесса — гумусообразование и минерализация — протекают одновременно. В естественных ненарушенных экосистемах интенсивности этих противоположно направленных процессов близки, благодаря чему в почве поддерживается определенный уровень содержания гумуса.

Один из показателей, определяющих интенсивность гумификации, - количество поступающих в почву растительных остатков. Годовой опад в некоторых растительных сообществах (по Л.Е.Родину и Н.И.Базилевич, 1965) представлен ниже.

Растительное сообщество;                                   почво опад, т/га год

Хвойно-широколиственный лес;                           3-5

дерново-подзолистая

Широколиственный лес; темно-                            5-7

серая лесная

Луговая степь; типичный чернозем                       10-13

Минерализация органического вещества растительных остатков и гумуса, проте­кающая в почве, формирует мощный эмис­сионный пo TQjc диоксида углерода в атмо­сферу, который вновь может быть исполь­зован в процессе фотосинтеза. Этот поток (55 млрд т в год) представляет собой самую большую долю в общей эмиссии углекисло­го газа в атмосферу Земли. Хозяйственная деятельность человека существенно нарушает биогеохимический цикл углерода. В подавляющем большинст­ве случаев она снижает продуктивность растительных сообществ, что неизбежно приводит к дефициту органического веще­ства, поступающего в почву с опадом, и слу­жащего исходным материалом для образо­вания гумуса. Цикл углерода существенно нарушает сведение лесов; осушение болот приводит к резкому усилению минерализа­ции органического вещества торфа. Все это приводитк увеличению эмиссии диок­сида углерода в атмосферу.

Один из наиболее существенных нару­шений в цикле углерода — потеря почвами гумуса или так называемая дегумификация почв. Этот процесс крайне негативно от­ражается на состоянии почв: ухудшаются их структура, водные и воздушные свойст­ва, уменьшается запас элементов минераль­ного питания растений, снижаются плодо­родие и экологическая устойчивость. Та­ким образом, дегумификация почв пред­ставляет собой одно из наиболее сущест­венных нарушений биогеохимического цикла углерода.

Дегумификация почв обусловлена не скомпенсированной минерализацией гуму­са. В естественных равновесных экосисте­мах, как отмечено выше, минерализация компенсируется гумусообразованием, бла­годаря чему содержание гумуса поддержи­вается на определенном более или менее постоянном уровне.

Дефицит органического вещества рас­тительных остатков снижает интенсив­ность гумификации. Такой дефицит возни­кает в связи со снижением продуктивнос­ти растительности. Дефицит проявляется наиболее заметно при использовании почв в сельскохозяйственном производстве, ког­да с урожаем (или при поедании выпасае­мыми животными на пастбищах) отторга­ется значительная часть фитомассы. В ре­зультате на сельскохозяйственных угодьях с растительными остатками в почву поступает значительно меньшее количество ор­ганического вещества по сравнению с ес­тественными экосистемами. В зависимос­ти от продуктивности агроценозов это составляет 2-4 т/га в год на подзолистых почвах и 4-6 т/га в год на черноземах.

Снижению содержания гумуса иногда способствует и механическая обработка почвы, увеличивающая ее аэрацию и тем самым создающая более лучшие окисли­тельные условия, благоприятствующие минерализации гумуса.

Нескомпенсированная минерализация гу­муса приводит к увеличению поступления диоксида углерода в атмосферу. Потери гуму­са почвами весьма велики. За последние 100 лет с небольшим его содержание в чернозе­мах Русской равнины уменьшилось пример­но на треть. В некоторых случаях потери еще больше — 40-50%. Понятно, что весь поте­рянный почвами углерод гумуса поступил в атмосферу в виде углекислого газа.

Расчеты показывают, что почвенный по­кров планеты за последние 130 лет потерял 140 млрд т органического углерода. Это со­ставляет около 75% прироста содержания данного элемента в атмосфере в форме ди­оксида углерода (Смагин, 1999).

Биогеохимический цикл азота

Азот — один из главных биогенных эле­ментов. Так же, как и углерод, он является незаменимым элементом, входящим в со­став живого вещества. Основные запасы элемента сосредоточены в атмосфере в виде газообразного азота (78%).

В формировании биогеохимического цикла азота почва играет ведущую роль. Именно в ней происходят основные пре­вращения соединений азота, лежащие в, основе его круговорота (рис.2).

Рис. 2. Биогеохимический цикл азота (по И.П.Бабьевой, Г.М.Зеновой, 1989)

Накопление азота в почве происходит благодаря его фиксации специфическими группами микроорганизмов, которые в их связи с растениями делят на несимбиотические и симбиотические. Способность к несимбиотической азотфиксации установле­на у огромного количества почвенных бак­терий. Среди микроорганизмов, осуществ­ляющих симбиотическую азотфиксацию, наиболее активны и хорошо изучены клу­беньковые бактерии.

Соединения азота разлагаются и восста­навливаются в процессах аммонификации (один из этапов трансформации соедине­ний азота в почве), нитрификации (основ­ной путь образования нитратов в почве) и денитрификации. Последний процесс био­логическим путем приводит к восстановле­нию окисленных азотистых соединений (нитратов и нитритов). В процессах дени­трификации образуются газообразный азот () и газообразные оксиды азота (0, NO, N). Эти процессы протекают в почве, которая, таким образом, представ­ляет собой главнейший регулятор биогео­химического цикла азота.

Вследствие денитрификации азот воз­вращается в атмосферу. В результате этого процесса образуются газообразные продук­ты азотного цикла. Наибольшие экологи­ческие последствия имеют образование и выделение почвой закиси азота N20, по­тенциальный вклад которой в парниковый эффект в 250 раз выше, чем у молекул ди­оксида углерода. Его реальное проявление не столь существенно вследствие низкой концентрации этого газа в атмосфере. Вклад почвенного покрова в глобальную эмиссию закиси азота составляет 50%, а с учетом удобрений — 70-80% (Смагин, 1999).

Помимо закиси азота в процессах денитрификации образуются и другие газы. Соотношение между ними зависит от ряда факторов, в частности, от содержания в почве нитрат-ионов, достаточное количество которых замедляет восстановление закиси азота до молекулярного азота.

Хозяйственная деятельность человека нарушает биогеохимический цикл азота. Одна из главнейших составляющих такого нарушения — внесение азотных удобрений. Растения усваивают обычно не более 25-30% азота удобрений. Остальная его часть минерализуется, увеличивай эмиссию закиси азота и других газообразующих продуктов, и выщелачивается в грунтовые воды, попадает в водоемы, где также подвергается денитрификации.

Итак, роль Почвы в регулировании биогеохимических циклов двух важнейших элементов — углерода и азота - определяющая. В отношении других элементов роль почвы проявляется в разной степени.

Виды удобрений

Для развития и роста растению необходимо много различных химических элементов. С наибольшей скоростью почва истощается азотом, фосфором и калием. Эти химические элементы усваиваются растениями в наибольшем количестве, и поэтому для поддержания плодородия полей в почву необходимо вносить соответствующие удобрения.

На протяжении тысячелетий земледелие знало лишь органические удобрения - различные отходы хозяйства и прежде всего навоз. Однако даже в сбалансированном хозяйстве, где растениеводство сочетается с животноводством, внесение в почву навоза не обеспечивает восполнения азота и фосфора, выведенных из почвы с урожаем.

Установлено, что каждая тонна кукурузы забирает из земли 55 кг питательных веществ, тонна колосовых - примерно 60 кг, а тонна хлопчатника - почти 120 кг. Такого рода цифры позволяют произвести расчет вносимых в почву удобрений. Безусловно, при этом ведется учет и различного рода потерь удобрений.

Соединения азота (оксиды и азотная кислота) в небольших количествах образуются в атмосфере. Вследствие электрических разрядов азот взаимодействует с кислородом в соответствии с уравнением:

N2+02=;2NO

Далее оксид азота (I) окисляется до диоксида: 2NO + 02 = 2NО2.

В присутствии кислорода и воды последний превращается в азотную кислоту:

4N02 + 02 + 2Н20 = 4HN03

С атмосферными осадками на 1 га площади в год поступает 2,5-4 кг связанного азота. За счет свободноживущих в почве бакте­рий и грибков (азотофиксаторов), ассимилирующих атмосферный азот, 1 га почвы ежегодно получает от 5 до 15 кг связанного азота. Если учесть, что даже при урожае озимой пшеницы 25 центнеров с 1 га из почвы уносится около 70 кг связанного азота, то станет яс­но, что естественного пополнения почв азотом никак недостаточно. Однако уместно подчеркнуть, что клубеньковые бактерии бобовых растений, и особенно бобовых трав, поставляют в почву в год 100-200 кг связанного азота на 1 га. Зерновые бобовые хотя и дают почве несколько меньше азота (до 70 кг), этого количества может быть достаточно, чтобы обойтись без азотных удобрений. При ис­пользовании в качестве кормовых растений клевера и люцерны и при рациональном севообороте азотный баланс в почве может быть достигнут.

Таким образом, если почвы тем или иным путем могут восполнять запасы связанного азота, то источников естественного пополнения почв фосфором нет. Его необходимо вносить с минеральными или органическими удобрениями.

Органические удобрения

Навоз. В навозе в среднем содержится 0,5 % связанного в химические соединения азота, 0,25 % фосфора и 0,6 % калия. Со­держание этих питательных элементов зависит от вида скота, характера скармливаемых кормов, от вида подстилки и других факторов. Кроме азота, фосфора и калия навоз содержит все элементы (включая и микроэлементы), необходимые для жизни растений. В качестве подстилки скоту часто используют солому, опилки, но наилучшей считается торф. Подстилка позволяет лучше сохранять в навозе питательные вещества.

Ценным и быстродействующим средством является навозная жижа. Она содержит до 0,8 % азота и до 1 % калия, но сравнительно небольшое количество фосфора. Ее применяют для подкормки растений в весенне-летний сезон и для приготовления компостов. Компосты - это смеси из двух или нескольких удобрений. Для их приготовления используют главным образом торф. В результате получают торфонавозные, торфожижевые, торфофекальные, торфофосфоритные и другие компосты.

Концентрированным и весьма эффективным удобрением является птичий помет. Он содержит в среднем 6 % азота, 4,3 % калия и 2,6 % фосфора. Для избежания потерь питательных веществ птичий помет хранят в смеси с торфом.

Для обогащения почвы азотом применяют так называемое зеленое удобрение - специально выращенную и запаханную растительную массу. Для этой цели используют главным образом бобовые растения.

Минеральные удобрения

Минеральные удобрения начали применять сравнительно недавно. Инициатором и активным поборником их использования в земледелии был немецкий химик Юстус Либих. В 1840 г. он выпустил в свет книгу «Химия в приложении к земледелию». В 1841 г. по его почину в Англии была построена первая суперфосфатная установка. Калийные удобрения стали производить в 70-х годах ХГХ века. Минеральный азот в то время поставлялся в почву с чилийской селитрой. Спрос на минеральные удобрения быстро увеличивался, так что их мировое потребление с начала прошлого столетия удваивалось каждые десять лет.

В настоящее время считают рациональным вносить в почву фосфорные, калийные и азотные удобрения в соотношении, примерно равном 1 : 1,5 : 3.

К счастью, запасы главных составляющих минеральных удобрений на Земле большие, и их истощения пока не предвидится.

Азотные удобрения. Как уже неоднократно отмеча­лось, для синтеза белков растениям необходим азот. Поэтому вне­сение азотных удобрений приводит к увеличению содержания в зерне белков, и что особенно важно, повышает содержание клейко­вины, от которой в значительной степени зависит качество хлеба, его рассыпаемость. Таким образом, азотные удобрения повышают кормовую и пищевую ценность продукции.

Азотсодержащие минеральные удобрения подразделяют на аммиачные, нитратные и амидные. К первой группе относится сам аммиак NH3 (безводный и водные растворы) и его соли - прежде всего сульфат аммония (NH4)2S04 и хлорид аммония NEUCl. Ко второй группе - селитры: натриевая NaN03, калиевая KN03 и кальциевая Ca(N03)2. Промышленностью также выпускаются ам-миачно-нитратные удобрения, например аммиачная селитра NH4NO3. Камидным удобрениям относятся цианамид кальция CaCN2 и мочевина (карбамид) NH2CONH2. Для уменьшения пыле-ния цианамида кальция к нему часто добавляют до 3 % нефтяных масел. В результате такое удобрение имеет запах керосина. Циана­мид кальция при гидролизе дает аммиак и карбонат кальция: CaCN2 + ЗН20 = СаСОз + 2NH3

Мочевина при взаимодействии с водой в конечном счете тоже превращается в аммиак. Наряду с ним получается диоксид углерода, который также является питательным веществом для растений: NH2CONH2 + Н20 = 2NH3 + С02

Поскольку цианамид и мочевина взаимодействуют с водой постепенно, то аммиак поступает из них к растениям также посте­пенно. Последнее особенно важно, так как аммиак, хотя и не в очень большой степени, но токсичен.

В почве аммиак и амины превращаются в нитраты. Процесс биологического превращения восстановленных форм азота в окисленные называют нитрификацией. Его осуществлению способст­вует жизнедеятельность целого ряда бактерий.

Обычно нитрификация протекает в две стадии: сначала ам­миачный азот окисляется до нитрит-ионов:

2NH3 + 3О2 = 2NО2 + 2Н+ + 2Н2О

В этом процессе участвуют бактерии: Nitrosomonas, Nitroso-spira, Nitrosococcus, Nitrosolobus.

Затем с участием бактерий Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus нитрит-ионы окисляются до нитрат-ионов:

2NО2 + О2 = 2NO

Энергия, выделяющаяся при окислении аммиачного азота до нитратного, используется бактериями для ассимиляции углекисло­го газа и для других эндотермических процессов.

Существуют другие бактерии и грибки, которые проводят нитрификацию не только аммиачного азота, но и азота органиче­ских соединений, осуществляя таким образом минерализацию ор­ганических соединений, попавших в почву.

В результате действия различных нитрифицирующих бакте­рий аммиак и органические амины, содержащиеся в больших коли­чествах в навозе, превращаются в нитраты. Последние попадают в грунтовые воды, водоемы и колодцы. Вследствие этого вода ко­лодцев, расположенных вблизи больших ферм, часто содержит не­допустимо большое количество нитратов и потому непригодна для питья и приготовления пищи.

Из азотных удобрений для нечерноземных почв наиболее быстродействующими и эффективными являются натриевая NaNО3 и кальциевая Ca(NО3)2 селитры. Однако следует иметь в виду, что при ее применении происходит подщелачивание (понижение ки­слотности) почв, поскольку растения связывают образующуюся азотную кислоту и освобождают щелочь:

NaNО3 + Н2О «= [HNО3] + NaOH

Выше уже было сказано, что нитратные ионы относительно легко вымываются из почвы и потому нитратные удобрения ис­пользуются не полностью. Имеется и другая причина снижения эффективности усвоения азотных удобрений - это деятельность бактерий. В цепи биохимических превращений аммиачного азота в нитратный в качестве промежуточного соединения может образо­ваться молекулярный азот, который и уходит из почвы в атмосфе­ру. Таким образом, если при производстве азотных удобрений из молекулярного азота получаются химические азотсодержащие соединения, то некоторые бактерии осуществляют процессы в обрат­ном направлении, то есть азотсодержащие соединения превращают в молекулярный азот. В результате жизнедеятельности таких бак­терий происходят потери огромных количеств азотных удобрений.

В настоящее время почти каждый взрослый человек знает, что содержащиеся в пищевых продуктах соли азотной кислоты (нитраты) опасны для здоровья. А ведь еще недавно их вводили для консервирования мяса, ветчины, колбасы. Специалисты счита­ют, что опасность заключается не в самих нитратах, а в продуктах их восстановления - нитритах, то есть солях азотистой кислоты. Нитриты образуются из нитратов в желудке как человека, так и животных. Они-то и обладают ядовитым действием на организм. Однако дело этим не ограничивается. Нитриты способны нитрозировать аминные группы в белках и аминокислотах, приводя к обра­зованию нитрозаминов. Существуют указания на то, что некоторые из нитрозаминов обладают канцерогенными свойствами.

В настоящее время довольно широкое распространение полу­чили жидкие удобрения. К их числу относят жидкий аммиак и амми­ачную воду (20-22 % по NH3), а также растворы в жидком аммиаке или в концентрированной аммиачной воде аммиачной селитры, кар­бамида, кальциевой селитры. При растворении в аммиаке NH4NО3 и Ca(NО3)2 давление паров аммиака снижается и при определенной концентрации солей при обычных температурах становится равным атмосферному. Жидкие удобрения легче вносить на поля и удобно использовать для подкормки растений. В то же время их производ­ство проще и дешевле, чем твердых удобрений.

Фосфорные удобрения. Фосфор необходим растени­ям для синтеза белков клеточных ядер - нуклеопротеидов, а также многих других биологически активных органических соединений. Он накапливается в растениях в довольно больших количествах. Растения как объекты питания обеспечивают фосфором организмы животных и человека.

Природа создала много «кладовых» фосфорного сырья, в том числе и в нашей стране. Эти так называемые апатиты и фосфориты. В группе минералов под общим названием апатиты наиболее рас­пространены фосфаты состава Са5Х(Р04)3, где X = F , Сl , ОН . Соответствующие минералы называют фторапатитом, хлорапатитом, гидроксидапатитом. Наиболее распространен фторапатит. Апа­титы входят в состав магматических пород. Осадочные породы, в которых содержатся апатиты с включениями частичек посторонних ми­нералов (кварца, кальцита, глины и др.), называют фосфоритами.

В далекие геологические эпохи фосфориты образовались пу­тем минерализации скелетов животных (кости, как известно, состо­ят в основном из фосфата кальция) или осаждением из воды фос­фатных ионов ионами кальция. В природе встречаются аморфные и кристаллические фосфориты. Первые легче поддаются химическо­му и микробиологическому разложению. Поэтому на некоторых почвах измельченные фосфориты (фосфоритная мука) использо­вались в качестве удобрений без заводской химической переработ­ки. Для этой же цели применяется костная мука, которую получа­ют размалыванием обезжиренных костей. Минеральная часть кост­ной ткани состоит из гидроксидапатита Са3ОН(РО4)3. Следует от­метить, что люди применяли кости для удобрения полей с древ­нейших времен. Теперь мы знаем, что особенно большой эффект костная мука дает на кислых почвах.

В прошлом на Руси были весьма популярны суточные (том­леные) щи. Они вкусны и весьма полезны. Основными компонен­тами суточных щей являются мясо с костями и квашеная капуста. Горшок со сваренными щами помещали в хорошо прогретую рус­скую печь, которая удерживала тепло целые сутки. Молочная и другие органические кислоты квашеной капусты способствовали расщеплению белков и растворению минеральной части костей. Для этого требовалось время и повышенная температура. Старожи­лы вспоминают, что косточки в суточных щах были настолько мяг­кими, что могли быть пережеваны. По существу, процесс взаимо­действия гидроксидапатита костей с кислотами напоминает Пере­работку фосфоритов и апатитов в суперфосфат. Из малораствори­мых фосфатных соединений под действием кислот получаются бо­лее растворимые кислые фосфаты кальция. Эти же химические превращения происходят при внесении костной муки в кислые почвы.

Фосфориты и особенно апатиты, основой которых является средняя соль Са3(РО4)2, малорастворимы в воде. Поэтому растени­ям трудно извлекать из них фосфор. Кислая соль СаНРО4 раство­рима лучше и ее растворимость увеличивается в присутствии орга­нических кислот, встречающихся в почвах. Однозамещенная соль Са(Н2РО4)г растворима в воде относительно хорошо. Таким обра­зом, химики могут помочь растениям в усвоении фосфора перево­дом средней соли Са3(РО4)2 в кислые: СаНР04 или Са(Н2РО4)2.

С точки зрения различной растворимости среднего и кислых фосфа­тов понятно, почему фосфоритная мука дает наилучшие результаты на кислых (подзолистых и торфяных) почвах. Понятно и то, что пе­ред употреблением фосфоритной муки не рекомендуется известко­вать почву, так как это приводит к понижению ее кислотности.

Химическая сущность производства наиболее дешевого фос­форного удобрения суперфосфата сводится к обработке фторапатита серной кислотой. Недостатком суперфосфата является низ­кое содержание в нем фосфора. Входящий в состав этого удобре­ния сульфат кальция (гипс) можно рассматривать лишь как транс­портный балласт. Правда, в случае подзолистых и супесчаных почв, содержащих мало серы, сульфат кальция оказывается полез­ным для некоторых растений, потребляющих много серы, - бобо­вых, крестоцветных и др. Однако для большинства растений гипс практически бесполезен.

Для получения удобрения с более высоким содержанием фосфора проводят процесс в две стадии. Вначале получают фос­форную кислоту:

2Ca5F(PО4)3 + 10H2SO4 = 6H3PО4 + l0CaSO4 + 2HF

Получающуюся фосфорную кислоту отделяют от гипса и действуют ею на новую порцию сырья:

Ca5F(PО4)3 + 7Н3РО4 + 5Н2О = 5Са(Н2РО4)2 • Н2О + HF

Образующийся продукт называют двойным суперфосфатом, потому что в отличие от простого суперфосфата он содержит при­мерно вдвое больше фосфора. Для устранения слеживаемости и обеспечения хорошей рассеиваемости суперфосфат гранулируют.

Еще одно фосфорное удобрение производят нейтрализацией фосфорной кислоты известковым молоком (суспензией гашеной извести):

Н3РО4 + Са(ОН)2 = СаНРО4 + 2Н2О Полученный таким образом продукт называют преципита­том. Он обладает хорошими физическими свойствами, не слежи­вается, хорошо рассеивается.

При внесении в почву суперфосфаты взаимодействуют с гидрокарбонатом кальция и в сравнительно короткий срок превра­щаются в преципитат в соответствии с уравнением:

Са(Н2РО4)2 + Са(НСО3) 2 = 2СаНРО4 + 2СО2 + 2Н2О При большом содержании карбонатов, то есть при низкой кислотности почв, превращение может пойти дальше:

Са(Н2РО4)2+ 2СаСОз = Са3(РО4)2 + 2СО2 + 2Н2О

В результате вновь получается малорастворимый фосфат кальция Са3(РО4)г, который труднодоступен для растений.

Таким образом, для эффективного использования удобрений нужно знать и регулировать кислотность почв. Наличие в почве в больших количествах соединений железа (III) и алюминия (III) также снижает эффективность фосфорных удобрений, так как дан­ные ионы образуют с фосфатными ионами малорастворимые соли.

Калийные удобрения. Человек давно заметил, что внесение в почву золы приводит к увеличению урожайности. О том, что ее активным началом является карбонат калия - поташ, стало известно гораздо позже. До разработки промышленных способов производства соды поташ играл исключительно важную роль в раз­личных производствах: стекольном, текстильном, мыловаренном и др. Его получали сжиганием древесины и обработкой водой золы с последующим выпариванием водного раствора. Из золы сожженно­го 1м3 вяза получали 0,76 кг поташа, ивы - 0,63, липы - 0,50 кг. В России лес бездумно сжигали на поташ до середины ХГХ в. Со­держание калия в золе сгоревших растений обычно очень высокое: в золе соломы злаков от 9 до 22 %, гречишной соломы - 25-35, стеб­лей подсолнечника - 36-40, торфа - 0,5-4,7 %. Само слово «по­таш» произошло от старонемецкого «пот» - горшок и «аш» - зола, так как щелок, получающийся при обработке золы водой, выпари­вался в горшках.

В организме растений калий регулирует процесс дыхания, способствует усвоению азота и повышает накопление белков и Са­харов в растениях. У зерновых культур калий увеличивает проч­ность соломы, а у льна и конопли повышает прочность волокна. Калий повышает стойкость озимых хлебов к морозам и к перези­мовке, а овощных культур - к ранним осенним заморозкам. Внеш­не недостаток калия в растении проявляется в окраске листьев. Их края приобретают желтую и темно-коричневую окраску с красны­ми крапинками.

В нашей стране имеются богатейшие месторождения карнал­лита КС1 • MgCb • 6Н2О и сильвинита (смесь сильвина КС1 и галита NaCl) (г. Соликамск). Первый используется в качестве сырья для получения магния, а остаток производства идет на выработку ка­лийного удобрения. Источником калийных удобрений также слу­жат отходы других производств: апатитового, цементного, алюми­ниевого и др.

Больше всего калийных удобрений требуется при выращива­нии картофеля, сахарной свеклы и других клубне- и корнеплодов, а также подсолнечника, бобовых культур, гречихи. Зерновые харак­теризуются средней потребностью в калии.

Среди почв с низким содержанием калия выделяются торфя­нистые, супесчаные и пойменные. Ионы калия хорошо поглощают­ся и удерживаются почвами, и потому он в почве малоподвижен. Поскольку калийные удобрения всегда содержат соединения маг­ния, которые, как правило, весьма гигроскопичны, они легко отсы­ревают, поэтому хранить их нужно в сухом складе.

Калийные удобрения обычно применяют в сочетании с азот­ными и фосфорными. Естественно, что в таких случаях было бы нерационально вносить отдельно каждое из них. Это потребовало бы больших трудовых затрат. Поэтому часто механически или хи­мически готовят смеси различных удобрений. Смешанные в опре­деленных пропорциях различные удобрения называют туками. При подборе смесей не должно быть потерь питательных веществ и пе­рехода удобрений в малоусвояемую форму, что может быть вызва­но химическим взаимодействием компонентов. Так, нельзя добав­лять к аммонийным удобрениям удобрения щелочного характера, например поташ. Поэтому к приготовлению многокомпонентных удобрений должны обязательно привлекаться химики.

Другие макроудобрения. Как уже было отмечено, почвы быстрее всего истощаются азотом, фосфором и калием. Кроме них растениям необходимы в довольно больших количест­вах и другие химические элементы: кальций, магний, сера, железо. Их содержание в почвах часто близко к потребностям растений, а вынос с товарной продукцией относительно невысок.

Ионы кальция входят в плазму клеток растений и играют в ней активную роль. Они необходимы для развития корневой сис­темы, в частности корневых волосков. В растениях кальций накап­ливается в основном в листьях и плодах. В значительной мере кальций возвращается в почву в процессе естественного кругово­рота. Извне он обычно вносится в почву при ее известковании.

Хорошо известно, что процесс фотосинтеза протекает с уча­стием хлорофилла, непременной составной частью которого явля­ются ионы магния. Магний оказывает большое влияние на образо­вание углеводов и, следовательно, на плодообразование. Недоста­ток магния в растении выражается в появлении на листьях «мраморовидности» - белесой пятнистости, в их скручивании и пожелте­нии. Это начинается с краев нижних листьев. Листья при недостат­ке магния становятся хрупкими. При его недостатке замедляются рост и вегетация растений, а при большом его дефиците в почве растение вовсе не вступает в фазу плодоношения.

Поскольку сырье для калийных удобрений обычно содержит много магния, то последний переходит в эти удобрения и с ними вносится в почву. Минералы, в состав которых входит магний, весьма распространены в природе. Один из них - доломит MgCCl • СаС03, измельченный в виде муки, используют в качестве магниевого удобрения. Одновременно он применяется и как средство извест­кования почвы.

Наибольшая потребность в магнии характерна для табака, свеклы, картофеля, зерновых и зернобобовых культур и бобовых трав. Большой чувствительностью к недостатку магния отличаются просо, чумиза, кукуруза, конопля, сорго. Задержка развития расте­ний наступает в том случае, если содержание магния в почве пада­ет до 1-2 мг на 100 г почвы.

Магний необходим и организму человека. Врачи считают, что одной из причин спазмов кровеносных сосудов является недос­таток магния. Они установили, что внутривенные и внутримышеч­ные вливания растворов солей магния снимают спазмы и судороги. В организм человека магний поступает с овощами и фруктами. В заметных количествах он содержится в капусте, картофеле и поми­дорах, но особенно богаты им абрикосы и персики.

Сера входит в состав некоторых аминокислот, из которых, в свою очередь, состоят растительные белки. Считают, что расте­ниями усваивается только сульфатная сера и что этому процессу способствуют серобактерии.

Весьма распространенное заболевание растений - хлороз - связано с недостатком железа. Оно проявляется в пожелтении ли­стьев из-за их неспособности синтезировать хлорофилл. Недоста­ток в растениях железа приводит также к разрушению биологиче­ски активного вещества ауксина, необходимого для корнеобразования и общего роста. Общая потребность растений в железе до­вольно низкая. В среднем с 1 га с урожаем зерновых культур выно­сится около 1,5 кг железа. Поэтому соединения железа иногда от­носят к числу микроудобрений. Конечно, граница между макро- и микроудобрениями весьма условна.

Микроудобрения. Микроудобрения содержат химиче­ские элементы, потребляемые растениями в очень малых количест­вах. В настоящее время выявлена биологическая роль в жизни рас­тительных и животных организмов бора, меди, марганца, молибдена и др. Удобрения, содержащие эти микроэлементы, получили соответствующие названия.

Борные удобрения вносят в почву в небольших количествах, но они совершенно необходимы растениям. При борном голодании отдельные растения ведут себя по-разному. Например, сахарная свекла загнивает в верхней части корнеплода еще в поле, лен по­ражается бактериозом и почти не образует семян, а его волокно становится коротким и ослабленным, бобовые растения дают мало семян, а у яблонь и груш происходит «опробковение» внутри плодов.

Больше всего бора у растений содержится в пыльце. Он уча­ствует в кислородном питании тканей и передвижении углеводов из пластинки листа в другие части растения.

Медные удобрения также вносятся в почвы в небольших ко­личествах. Растения полностью обеспечиваются медью, если ее содержание выше 0,4 мг на 1 кг сухой почвы. В самих же растени­ях содержание меди составляет от 3 до 15 мг на 1 кг сухой массы. Медь входит в состав некоторых окислительных ферментов и, сле­довательно, принимает участие в окислительно-восстановительных процессах; она влияет на углеводный обмен и образование хлоро­филла. Без меди злаковые растения не синтезируют белок, а значит и не образуют зерна. Установлено, что кости животных и человека содержат относительно много меди. Ее дефицит в организме при­водит к искривлению и ломкости костей.

Марганцевые удобрения обычно используют на черноземных и других нейтральных или слабощелочных почвах. Их внесения в кислые подзолистые почвы обычно не требуется. Марганец спо­собствует усвоению растениями азота и накоплению хлорофилла, а также синтезу аскорбиновой кислоты (витамина С). Недостаток марганца в растениях проявляется в побурении и опадании листьев. Молибдена, в отличие от марганца, мало в кислых почвах, но обычно достаточно в нейтральных и слабощелочных. Установлено, что молибден непременно входит в организм клубеньковых бакте­рий, связывающих в соединения атмосферный азот. При недостат­ке молибдена в почве нарушается синтез в растениях белковых ве­ществ. Он также способствует усвоению растениями азотного удобрения - селитры.

Вероятно, важную роль в жизнедеятельности растений игра­ет кобальт, но пока об этом можно судить лишь на основании кос­венных данных. В конце прошлого века в некоторых районах Но­вой Зеландии, Австралии, Англии и других стран была распространена болезнь скота - сухотка. Это заболевание выражалось в сни­жении содержания гемоглобина в крови животных, потере аппети­та, сокращении удоев молока, прекращении прироста живой массы. Трудом многих ученых было установлено, что сухотка связана с недостатком в организме кобальта (акобальтоз), который, в свою очередь, связан с недостатком его в почвах этих районов. Для уст­ранения заболевания в корм скоту стали добавлять кобальтсодержащие соли. В настоящее время установлено, что организм живот­ных и человека синтезирует витамин В12, недостаток которого при­водит к злокачественному малокровию. Непременной составной частью витамина В12 и является кобальт.

Хотелось бы еще раз отметить, что удобрения нужно приме­нять лишь в научно обоснованных количествах. Большой избыток любого удобрения пойдет не на пользу растениям, а через них и человеку. Во всем должна быть мера. В отношении удобрений эту меру определяют химики-аналитики, проводящие химический ана­лиз почв. Уместно также напомнить старую поговорку, которая гласит: «Нет плохих почв, а есть плохие хозяева».

Химические средства защиты растений

Для выращивания полноценного урожая культурные расте­ния необходимо защищать от сорняков и болезней. Химические вещества, применяемые для уничтожения сорных растений, назы­вают гербицидами. Это слово происходит от латинских «герба» -трава, растение и «циде» - убивать. В настоящее время имеется большой ассортимент сложных органических соединений, обла­дающих гербицидными свойствами.

Старейшим гербицидом является хлорат натрия NaClO. Он относится к гербицидам сплошного действия, так как уничтожает все растения подряд. Его применяли для удаления травы с дорог и дорожек. Первым гербицидом избирательного действия была сер­ная кислота, которая широко использовалась в некоторых странах еще перед второй мировой войной. При разбрызгивании ее водного раствора на посевах злаковых культур она легко стекает с узких листьев злаковых растений, покрытых воскоподобным защитным слоем. В результате кислота не причиняет вреда этим культурным растениям. На широколиственные же двудольные сорняки попада­ло больше серной кислоты, они лучше удерживали ее и потому гибли. Таким образом, серная кислота является гербицидом морфо­логической избирательности.

Специалисты считают, что свыше 80 % заболеваний культур­ных растений вызываются грибками. Химические средства борьбы с грибковыми и бактериальными болезнями сельскохозяйственных растений называют фунгицидами (от латинского слова «фунгус» -гриб). Наиболее распространенными у садоводов-любителей явля­ются фунгициды, содержащие соединения меди (II). Широко из­вестна бордосская жидкость, являющаяся раствором, в состав ко­торого входят медный купорос CuSCu и гашеная известь Са(ОН)2. Бордосская жидкость впервые была использована в 1885 г. для борьбы с мучнистой росой виноградных лоз. Нетрудно догадаться, что это произошло во Франции, в окрестностях города Бордо. Еще раньше для борьбы с мучнисторосяными грибками растений нача­ли использовать измельченную серу. Это средство применяют и по сей день. Наряду с серой для этой же цели используют отвар, полу­чаемый ее кипячением с известью. Это средство и в настоящее время считается довольно эффективным фунгицидом. Однако со­единения серы иногда плохо действуют на другие растения и пре­жде всего на некоторые сорта яблонь и груш.

При смешении раствора медного купороса с раствором соды Na2C03 образуется вещество, которое издавна называют бургунд­ской жидкостью. Она является суспензией основного карбоната меди (II) состава 3Сu(ОН)2 • 2СuСОз. Бургундская жидкость имеет некоторое преимущество перед бордосской, заключающееся в лучшей прилипаемости к растениям и в том, что она не образует комков, забивающих распылительные устройства.

Отметим также, что медный купорос используют для борьбы с чрезмерным развитием водной растительности в водохранилищах.

Сухая смесь основного сульфата меди (II) ЗСu(ОН)2 • C11SO4 и основных карбонатов меди (II) используется для протравливания семян и их опыления. Ее получают смешиванием медного купороса и мела при 50-60 °С. Процесс ведут до прекращения выделения пузырьков СО2. Для. опыления используют порошок, получающий­ся выпариванием раствора досуха. В промышленности этот препа­рат обозначают буквами АБ.

Для борьбы с вредителями садов и слизнями используют сульфат железа (III) Fe2(S04)3- Его применяют также для уничто­жения мхов, лишайников и грибных спор. Этот препарат действует на них уже при концентрации 0,14 %. Однако по своим фунгицидным свойствам сульфат железа (III) примерно в 10 раз слабее, чем медный купорос.

В сельском хозяйстве для борьбы с вредителями растений и с грызунами широко используют соединения мышьяка. Из них наи­большее распространение получил арсенат кальция Ca3(AsО4)2. Из­давна известен также сложный препарат, в состав которого входят медь (II) и мышьяк (III), называемый парижской, или швейнфуртской зеленью. Она имеет состав 3Cu(AsО2)2 • Cu(CH3CОО)2 и полу­чается из As2О3, Na2CО3, CuSО4 и уксусной кислоты.

Для протравливания корней рассады капусты против возбу­дителя килы используют каломель Hg2Cl2. В настоящее время в ка­честве протравы семян злаковых культур широко применяют ртутьорганические соединения с общей формулой RHgX, где R -алкил или арил и X - остаток органической или минеральной ки­слоты (например, СбН5ЩОСОСН3). Нормы расхода ртутьсодержащих фунгицидов небольшие - около 5 г вещества на 1 га. К со жалению, большинство ртутных препаратов токсичны для челове­ка, млекопитающих и птиц. Поэтому их стремятся исключить из употребления. В настоящее время синтезировано довольно много органических соединений с весьма ценными фунгицидными свой­ствами, не содержащих этот элемент.

Существуют химические вещества, стимулирующие кущение растений. Их действие основано на подавлении роста верхушечных почек, в результате чего рост растений направляется по боковым отросткам. В качестве таких стимуляторов нашли применение ор­ганические спирты с неразветвленной цепью, главным образом октиловый и дециловый спирты.

Существуют химические соединения, при опрыскивании рас­твором которых у растений происходит усыхание листьев и их опадение. Такие соединения называют дефолиантами (от лат. сло­ва «фолиум» - лист). Дефолианты применяют для предуборочного удаления листьев с растений для облегчения механизированной уборки урожая (например, хлопчатника). Наиболее распространен­ными дефолиантами являются хлорат магния Mg(C103)2 и циана­мид кальция CaCN2. Напомним, что при внесении в почву циана­мид кальция играет роль азотного удобрения.

Для борьбы с личинками малярийного комара применяют препарат «Армаль». Его получают обработкой раствора мышьяко­вистой кислоты известью в смеси с инертным наполнителем - тальком, глиной или мелом. К этой смеси добавляют медный купо­рос и затем отфильтровывают в виде пасты. К высушенному и раз­молотому препарату добавляют гидрофобное органическое веще­ство (3%-ный асидол). Последнее позволяет зернам препарата удерживаться на поверхности воды и оказывать губительное дейст­вие на личинки. Для борьбы с вредителями, сорняками и болезнями растений в нашей стране ежегодно выпускают более 500 тыс. тонн пестицидов.

По назначению пестициды делят на несколько видов:

1. Инсектициды используют для борьбы с вредными насекомыми.

2. Фунгициды - для излечения грибковых заболеваний растений.

3. Гербициды - для уничтожения сорняков.

4. Бактерициды - для уничтожения вредных микроорганиз­мов.

5. Зооциды - для уничтожения грызунов.

1940 году Пауль Мюллер открыл ДЦТ, и рассказал о его применении для борьбы с малярией, о токсичных свойствах этого вещества и запрещении его использования в странах Европы с конца 70-х годов.