Агрохимия

1. Организационно-методический раздел

Предназначено для студентов дневного и вечернего отделений специализации  «Физиология растений»

1.1.Цель курса

Курс «агрохимия» призван сформировать у студентов современные представления об оптимизации минерального питания растений посредством использования удобрений.

2. Задачи курса

1. Знакомство с историей применения удобрений и теорией их действия. «Теория витализма» и раствор Кнопа-Сакса.

2. Усвоение современных представлений о свойствах почв, удобрений, растений в связи с применением удобрений и спецификой климата.

3. Усвоение свойств применяемых мелиорантов, удобрений, микроудобрений и технологии их применения.

4. Дать представления о роли курса в системе естественнонаучного образования – за счет удобрений получают пропитание до 80 % людей.

3. Содержание курса

Введение

Содержание курса. Современное состояние агрохимии и задачи на перспективу. Неизбежность химизации земледелия. Переход с централизованной системы на рыночную, повышение доли и роли индивидуальных землевладельцев в применении средств агрохимии.

Историческая справка о развитии агрохимической науки. Содержание и значение работ Ж.Буссенго, Ю.Либиха, Д.И.Менделеева, К.А.Тимирязева, А.Н.Энгельгардта, П.С.Коссовича, Д.Н.Прянишникова, К.К.Гедройца.

Состояние и перспективы химизации земледелия в России и в Пермской области.

1. Свойства почвы в связи с питанием растений и применением удобрений, мелиорантов, средств защиты растений.

Поглотительная способность почвы, ее виды, значение в регуляции биологического круговорота веществ и в питании растений. Обменное и необменное поглощение почвой катионов и анионов. Закономерности ионных обменных процессов в почве. Способы качественной и количественной характеристики обменных процессов в почве. Усвоение растениями ионов почвенного раствора, обменно-поглощенных ионов и ионов, фиксированных твердой фазой почвы.

Содержание в почве питательных веществ и их доступность для растений в различных почвах; непосредственный, ближний, потенциальный резервы и валовые запасы. Эволюция распределения внесенных удобрений по резервам – энергетическим уровням содержания элементов почвой.

Реакция почвенной среды, буферная способность почвы, кислотность, щелочность, зависимость этих свойств от фазового состояния почвы. Актуальная, обменная и гидролитическая кислотность и щелочность в разных почвах. Способы определения, формы и способы выражения кислотности и щелочности почв. Степени насыщенности почв основаниями и натрием.

2. Методы химической мелиорации почв

Влияние кислотности на свойства почвы, микроорганизмы, растения, урожайность культур и качество продукции. Токсичная роль алюминия. Определение потребности почв в известковании, взаимодействие извести с почвой, влияние на это видов известковых удобрений, доз, сроков, способов внесения и заделки и в почву. Значение кальция и магния для питания растений. Эффективность известкования. Влияние известкования на свойства почвы, урожайность культур и качество продукции. Необходимость научно обоснованного сочетания известкования с внесением органически удобрений и применением минеральных удобрений.

Гипсование солонцовых почв. Природа солонцеватости, роль натрия, гидрофильности коллоидов, экологической ниши существования солонцовых почв. Сходство и отличие гипсования и известкования. Изменение после гипсования свойств почвы, условий проведения сельхозработ, урожая культур. Расчет доз гипсовых материалов, дозы, сроки, способы внесения их в почвы. Экономическая эффективность гипсования. Возможность использования промышленных отходов для мелиорации солонцовых почв.

3. Азотные удобрения

Историческая справка изучения роли азота. Основные параметры БИКа азота. Структура форм соединений азота в почве, их особенности в различных почвах и климатических зонах и эволюция в естественных уловиях и в аграрной культуре. Баланс азота в почвах. Проблема азота как проблема энергетическая. Возможности генной инженерии в увеличении доли биологического азота.

Азотные удобрения. Проблема промышленного связывания азота. Способы получения аммиака и азотной кислоты, производство и применение азотных удобрений. Группы азотных удобрений и особенности их использования. Селитры – норвежская, натриевая, аммиачная, калиевая. Сульфат аммония, хлористый аммоний. Мочевина. Цианамид кальция. Мочевино-формальдегидное удобрение. Состав удобрений, их технологические, агрономические свойства. Физиологическая реакция удобрений. Нитратная опасность. Денитрификация. Проблема экстраазота. Ингибирование нитрификации для предотвращения потерь азотных удобрений.

Способы изучения баланса азота в земледелии. Методики определения нитратных, аммонийных, общих форм азота. Определение потенциальных аммонификации, нитрификации, фиксированного аммония.

4. Фосфорные удобрения

Проблема сырья. Общеэкологическая дефицитность фосфора. Проблема эвтрофикации (потеря азота для БИКа, гибель водных экосистем от отравления сероводородом). Проблема кадмия.

Содержание фосфора в почвах по формам и резервам. Баланс фосфора в почве. Потребление и вынос фосфора основными культурами, реутилизация.

Историческая справка по фосфорным удобрениям. Эффективность фосфорных удобрений в различных почвах и климатических зонах под разными культурами. Взаимодействие фосфатов с почвой и проблема связывания растворимых фосфатов. Гранулирование как способ защиты от связывания фосфора в почве. Суперфосфат простой, двойной, гранулированный, технологические особенности их использования. Использование фосфорной кислоты для производства сложных удобрений.

Фосфоритная мука как непосредственное фосфорное удобрение. «Зоны Энгельгардта и Лебедянцева» в определении эффективности применения фосфоритной муки. Применение фосфоритной муки вместе с известью.

Бонитировка почв по обеспеченности соединениями фосфора и подразделение запасов на непосредственные, ближние, потенциальные и общие. Способы определения запасов, анализ удобрений и фосфатного сырья.

5.Калийные удобрения

Распределение запасов солей калия на суше. Уникальность Соликамского месторождения. Биологический круговорот калия и его баланс в почве. Проблема калия в перспективе.

Содержание форм калия в почве: водорастворимый, обменный, фиксированный и калий в кристаллических решетках почвенных минералов. Взаимопереход разных форм калия и особенности эволюции калия удобрений в связи с этим.

Историческая справка по калийным удобрениям. Калийные удобрения, выпускаемые в России и бывшем СССР, эффективность их применения в зависимости от почвенных, климатических особенностей и выращиваемых культур. Возрастание роль калия после известкования и при получении индустриально высоких урожаев всех культур. Проблема бесхлорного калия для культур, отрицательно реагирующих на хлор.

Бонитировка почв по показателю обеспеченности калием с учетом распределения его по резервам; непосредственный, ближний, потенциальный и общий резервы калия для питания растений. Особенности аналитического определения разных форм калия в почвах и породах.

6. Микроэлементы и микроудобрения

Значение по важности функций, контролируемых микроэлементами, а не по количественным показателям. Историческая справка по изучению микроэлементов. Смена оценок по мере повышения точности анализов. Увеличение значения микроэлементов в индустриальной технологии и при высоких урожаях в тепличной индустрии. Воднорастворимые, доступные и валовые запасы микроэлементов, влияние известкования на их соотношение.

Особенности применения молибденовых, медных, борных, марганцевых, цинковых удобрений. Справка по удобрению кобальтом, ванадием и железом. Проблема распределения малых доз на большую площадь. Обработка семян, обогащение микроэлементами суперфосфата.

7. Комплексные удобрения

Определение и характеристика комплексных удобрений Перспективность применения комплексных удобрений в связи с экономией затрат на перевозку (не перевозится балласт), повышением процентного содержания питательных элементов и степени их усвоения. Смешанные и сложные удобрения. Производство полных комбинированных удобрений на основе полифосфорной кислоты с широким диапазоном варьирования питательных компонентов по набору и концентрации. Жидкие комбинированные удобрения преимущества и трудности использования.

8. Органические удобрения

Навоз. Классификация по видам животных и подстилки. Получение, ранение, применение. Удобрительная ценность. Комплексное воздействие на почву, улучшение всех технологических параметров. Важность применения навоза в комплексе с известью, фосфоритной мукой и минеральными удобрениями. Особенности применения навоза на дачных участках. Мульчирование.

Торф. Классификация, запасы, добыча, применение. Верховой торф как наилучшая подстилка. Недостатки торфа как непосредственного удобрения.

Компосты. Компостирование – наиболее рациональное использование торфа. Торфонавозные, торфожижевые, торфоизвестковые, торфофосфоритные удобрительные компосты. Полные обогащенные удобрения на торфяной основе: ТМУ, ТМАУ, ТМАУз. Приготовление и применение бытовых компостов на дачных участках.

Зеленое удобрение (сидерация). Незаменимость для песчаных и легких почв. Рациональность идеи – использовать производительные силы почвы и особенности бобовых растений для обогащения почвы органическим веществом, коллоидами, питательными элементами, увеличение сорбционной емкости. Люпин, сераделла, донник, - основные сидеральные культуры. Проблема семян однолетнего люпина. Особенности сидерации солонцовых почв.

Общая оценка роли органически удобрений как не только и не столько «питательных», но больше «технологических», т.е. улучшающих, удешевляющих технологию земледелия, при высокой, универсальной питающей значимости.

Бактериальные препараты. Нитрагины, особенности действия и применения. Недостоверный эффект действия фосфоробактерина и азотобактерина.

9. Система удобрения

Формулировка двойственности самого понятия, - удобрения как питательные вещества и, с другой стороны, как система технологических действий по применению веществ, повышающих плодородие.

Определение потребности в удобрениях под отдельные культуры и для хозяйства в целом. Основные способы расчета потребности в удобрениях: по средней зональной норме; по выносу планируемым урожаем; полный расчетный метод с учетом выноса  из почвы, пополнения запасов и учета коэффициентов использования питательных элементов. Рациональный и интенсивный уровни внесения удобрений.

Вегетационные, полевые и производственные опыты по определению потребности в удобрениях. Корректирующая диагностика потребности в питательных элементах по внешнему виду, составу сока растений и химическому составу вегетирующих растений.

Способы внсения удобрений: основное (под вспашку, перекопку), припосевное (под культивацию), в подкормку (с поливом, или при рыхлительном уходе).

Особенности удобрения отдельных культур по дозам, срокам, способам внесения и заделки. Технологические карты на удобрение с определением действия, последействия, отдельного эффекта и повышения почвенного потенциала по всем полям хозяйства.

Часть вторая

Практические занятия.

1. Распознавание удобрений по внешним признакам и простейшим реакциям. Подробное описание работы дается в методическом пособии по лабораторным занятиям.

Осваивается методика определения азотных, фосфорных, калийных удобрений, известковых и гипсовых материалов для химической мелиорации почв по внешним признакам, органолептическим показателям, растворимости, простым качественным пробирочным анализам.

Усвоить и научиться использовать таблицу определения удобрений, проводить качественные реакции. Для закрепления навыков выполнить 3–7 самостоятельных определений (4 ч).

2. Определение потребности почв в известковании. Гидролитическая кислотность, сумма поглощенных оснований, степень насыщенности основаниями, рН в солевых и водных суспензиях, обменная кислотность с раздельным определением водорода и алюминия. Расчет доз известковых материалов по ГК, объемной массе, полевому коэффициенту, мощности мелиорируемого слоя, качеству известкового материала (4 часа). Самостоятельно, - решение задач на расчет дозы по перечню заданных показателей.

3. Определение аммонийного и нитратного азота в почве. Диффузный метод определения аммонификации. Потенциометрическое определение нитратов на иономере. Теоретические основы ионселективной электрометрии. Расчет результатов, пересчет рNO₃ в мг%. Составление шкалы контрольных растворов, работа с универсальным иономером. (4 часа).

4. Определение разных форм фосфора в почве, методические основы получения различных вытяжек (диффузаты и экстракты). Представление о структуре фракционного состава почвенных фосфатов. Получение вытяжки Кирсанова (зональной для Пермской области) и определение содержания в ней доступного фосфора. Составления стандартной шкалы, расчет результатов анализа. (4 часа).

5. Характеристика разных форм калия в почве, методические особенности получения вытяжек водорастворимого, обменного, фиксированного, резервного и общего калия. Теоретические основы пламенной фотометрии. Технологическая схема пламенного фотометра. Снятие шкалы стандартных растворов и определение содержания калия в вытяжке Кирсанова. (4 часа).

6. Семинарское занятие по определению обеспеченности почв питательными элементами, потребности в удобрениях. Расчет доз удобрений под различные культуры, с учетом потребления из почвы и коэффициента использования из удобрений. Решение задач на известкование, гипсование, внесение удобрений.

Распределение часов курса по формам и видам работ

4. Форма итогового контроля - экзамен

5. Учебно-методическое обеспечение курса

1) Рекомендуемая литература обязательная

Авдонин Н.С. Агрохимия. М. МГУ. 1982.

Минеев В.Г.. Агрохимия. М. МГУ, 1990.

Практикум по агрохимии. Ред. В.Г.Минеев.М. МГУ. 1989.

2) Рекомендуемая литература дополнительная

Агрохимия: Учебник для вузов. Авторы: Ягодин Б.А. и др. Изд-во: «Колос», 2002, 584 с.

В.Г.Минеев, В.Д.Панников. Почва, климат, растение, удобрение и урожай. М. Агропромиздат, 1989.

Составитель А.В.Накаряков, к.б.н., доцент