Предмет агрономической химии. Связь агрохимии с другими науками

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

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

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

Изучение питания сельскохозяйственных растений всегда было одно из важнейших  задач агрохимии. Она иследует также  обмен вещест в растениях в  связи с условиями питания, которые  не только величину,но и качество урожая.

Изучение этих вопросов связывает  агрохимию с физиологией и  биохимией растений. В задачу агрохимии  входят ,кроме того, изучение и разработка наиболее эффективных приемов оптимизации  питания и обмена веществ в  растениях с помощью удобрений.

Первый объект исследованияв  агрохимии- растение. При разработке способов его регулирования с  помощью удобрений необходимо учитывать  также особенности биологии и  технологии возделывания отдельных  культур.

Здесь прослеживается связь  агрохимии с растениеводством.

 Второй объект исследования агрохимии –почва. Изучение содержания и динамики питательных веществ в почве, их доступности для растений, разнообразных процессов превращений удобрений,их действия на свойства и плодородия почвы-важный раздел агрохимии. 
Поэтому направлению агрохимия связана с почвоведением и почвенной микробиологией, земледелеем.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

V=S· 100/(S+H)

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

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

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

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

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