Раздел 2. Методические указания по изучению содержания разделов

и тем дисциплины

Тема 1. Агрохимия - научная основа химизации земледелия

Определение понятия агрохимия, цели и задачи ее, предмет объекты и методы агрохимии, ее связь с другими науками.

Краткая история развития учения о питании растений и применении удобрении. Роль зарубежных и русских ученых в развитии агрохимии. Особо обратить внимание на труды Д.Н. Прянишникова, основоположника физиолого-биохимического направления в отечественной агрохимии. Достижения современной агрохимической науки.

Роль удобрений в получении высоких, устойчивых урожаев соответствующего качества. Состояние и перспективы химизации земледелия в России. Развитие системы агрохимического обслуживания с/х производства в стране.

Вопросы для самопроверки.

1. Что изучает агрономическая химия? Ее основные задачи на современном этапе.

2. Предмет и методы изучения агрохимии. Связь ее с другими науками.

3. Роль зарубежных и отечественных ученых в развитии агрономической химии.

4. Как влияют удобрения на урожайность с/х культур и качество продукции.

5. Темпы производства и применения удобрений в России. Каков уровень удобренности пашни в настоящее время в стране, области, вашем хозяйстве.

6. Роль агрохимслужбы в эффективном применении средств химизации.

Тема 2. Химический состав и питание растений.

Методы его регулирования

2.1. Для умелого воздействия на растения с целью повышения их продуктивности необходимо знать их химический состав. Определение химического состава растений позволяет выявить условия их питания в период вегетации, установить вынос элементов питания с урожаем, рассчитать нормы удобрений для получения планируемого урожая, оценить качество с/х продукции.

Важно иметь четкое представление о физиологической роли элементов питания, диагностике их потребления, понятии критического периода в питании растений и максимума их поглощения, знать основные показатели по которым сертифицируются растениеводческая продукция.

Зная особенности динамики накопления азота, фосфора и калия основными с/х культурами, можно правильнее использовать удобрения, внося их до посева (основное удобрение), при посеве и в подкормки. Следует обратить внимание на задачи, дозы и сроки внесения удобрений.

2.2. После знакомства с химическим составом растений студент должен составить ясное представление о типах питания растений: воздушном, корневом, некорневом. Уяснить влияние внешних факторов на процесс фотосинтеза и его взаимосвязь с корневым питанием. Знать современные представления о корневом питании растений, строении корневой системы и ее поглотительной способности, а также влияние факторов внешней среды (аэрация, увлажнение, температурный режим, концентрация и соотношение солей, реакция почвенного раствора) на поглощение питательных веществ растениями.

Обратить внимание на избирательное поглощение ионов, которое тесно взаимосвязано с процессами обмена веществ в растении и механизмы поступления элементов питания в клетки корня.

Установлено, что поглощенные ионы уже в корневой системе переходят в сложные органические соединения. По этой причине между почвенным раствором и клеточным соком не устанавливается равновесие и не прекращается поступление элементов питания в растение, а происходит их накопление в органах растений в большом количестве, чем в окружающем растворе.

Вследствие неравномерного поглощения растениями анионов и катионов из питательных солей возникает физиологическая реакция удобрений. Минеральные удобрения делят на физиологически кислые и физиологически щелочные.

Физиологически кислые удобрения - это соли, из которых растения преимущественно поглощают катионы, а в обмен выделяют ионы водорода, которые и подкисляют почвенный раствор.

К этой группе удобрений относят NH₄Cl^- ,(NH₄)₂SO₄, NH₄NO₃, KCl, K₂SO₄.

Физиологически щелочные удобрения - это соли, из которых растения используют преимущественно анион. Оставшиеся в почвенном растворе катион образует при взаимодействии с водой основания. В результате происходит подщелачивание раствора.

Физиологически щелочными удобрениями являются NaNO₃, Ca(NO₃)₂, KNO₃ и др.

Знание физиологической реакции солей необходимо для правильного применения удобрений с учетом особенностей удобряемой культуры и свойств почвы.

К настоящему времени утвердилось представление о том, что поступление элементов питания в клетку идет пассивным (неметаболическим) путем и путем активного (метаболического) поглощения, который носит избирательный характер.

Пассивное поглощение элементов питания протекает путем диффузии и осмоса только по градиенту концентраций, т.е. от большей к меньшей, и не требует затрат метаболической энергии. Проникновение в клетку воды и растворенных в ней элементов питания путем диффузии идет через пористые цитоплазмотические мембраны.

Благодаря химическим процессам протекающим в клетках, постоянно нарушается равновесие концентраций внутри клеток и окружающем их растворе, что и способствует их поступлению. Согласно диффузно-осмотической теории поступления питательных веществ находится в прямой зависимости от интенсивности транспирации.

Вместе с тем было установлено отсутствие определенной зависимости между поступлением воды и питательных веществ в растениях (К.А. Тимирязев), а скорость передвижения поступивших в корень питательных веществ в 100 раз выше, чем при диффузии и осмосе.

Теории активного (метаболического) поглощения элементов питания возникновении в конце 19 начале - 20 в.в.

Согласно липоидной теории (Овертон) проникновение веществ в клетку происходит в результате растворения их в липидных компонентах цитоплазменных мембран.

Траубе и Руланд, авторы ультрафильтрационной теории считали, что проникновение питательных веществ через цитоплазматическую оболочку зависит от величины ее пор и размера частиц.

Возможность быстрого связывания катионов из сильно разбавленных растворов растительными клетками объясняет адсорбционная теория (Дево). Было показано, что связанные катионы на основе взаимного эквивалентного обмена могут быть обратно вытеснены из тканей другими катионами. То есть поглощение одних ионов сопровождается вытеснением других и интенсивность этого процесса зависит от концентрации и времени.

В исследованиях Д.А. Сабинина, Стюарда, Лундегорда, Бюрестрема и др. ученых установлена связь поглощения веществ с уровнем жизнедеятельности клеток, дыханием тканей, показана роль корневой системы в процессе поглощения веществ и роль внешних факторов: аэрации раствора, температуры и других условий, вызывающих увеличение поглощения питательных веществ.

Указанные теории имеют определенное значение в развитии взглядов на процесс поступления веществ в растения.

В последние десятилетия теория поступления элементов питания растений значительно эволюционировала, но и в современном виде она включает ряд основных понятий из ранее выдвинутых теорий.

В настоящее время выделяют несколько этапов поступления питательных веществ в растения.

1. Обогащение ионами свободного пространства (части общего объема тканей корневой системы) за счет обменной адсорбции, диффузии и осмоса.

2. Преодоление ионами мембранного барьера и переход их в симпласт.

3. Радиальное передвижение ионов по тканям корня и сосудисто-волокнистым пучкам.

4. Включение ионов в метаболизм.

5. Вертикальное передвижение ионов по стеблям, черешкам и жилкам листьев.

6. Поступление в фотосинтезирующие клетки, утилизация, реутилизация, отток.

7. Транспорт ассимилятов и ионов вниз по флоэме в корни.

На каждом из этих этапов механизм поглощения и передвижения ионов может быть различным. Помимо указанных выше теорий следует иметь представление о теории переносчиков и ионных насосов , явлениях пиноцитоза.

При изучении данной темы студент обязан знать приемы регулирования питания растений с помощью удобрений.

Вопросы для самопроверки

1. Влияние удобрений на биологический и хозяйственный вынос элементов питания с урожаем с/х культур.

2. Роль основных зольных элементов питания (калия, кальция, магния) для растений.

3. Как влияет недостаток основных макроэлементов на рост и развитие растений?

4. По содержанию каких веществ оценивают качество основных зерновых и овощных культур? Подсчитайте сбор белка в кг/га при урожайности озимой пшеницы в 30ц с 1га.

5. Основные макро- и микроэлементы. Каково их содержание в растениях?

6. Потребность в питательных веществах в разные периоды вегетации у злаковых культур, картофеля, капусты и др.

7. Значение микроорганизмов в питании растений. В чем сущность аммонификации, нитрификации и денитрификации?

8. Влияние концентрации почвенного раствора на поступление питательных веществ в растение.

9. Зависимость питания растений от соотношения макро- и микроэлементов в почвенном растворе.

10. Роль антогонизма и синергизма ионов в питании растений. Приведите примеры этих явлений.

11. Сущность диффузно-осмотической, липоидной и ультрафильтрационной теорий минерального питания растений.

12.Адсорбционная теория поступления ионов в растения.

13. Чем обусловлена физиологическая реакция солей? Укажите физиологически кислые питательные соли.

14. В форме каких соединений в растения поступают азот, фосфор, сера, калий и другие элементы. Чем обусловлена избирательная способность растений?

15. Роль зарубежных и отечественных ученых в разработке основных теорий минерального питания.

16. Важнейшие периоды в питании растений. Что понимается под реутилизацией элементов питания?

17. Дайте характеристику приемов регулирования питания растений.