677

щим ныне 3% (а к 2020 г. не более 2 %) населения земного шара, не должна отставать от мирового развития общества и производства, тем более сельскохозяйственного, в первую очередь определяющего благосостояние людей.

Таблица 3

Применение минеральных удобрений и производство зерна в некоторых странах мира, (ФАО, 2010 г.)

Совершенно очевидно, что предстоит вновь, используя мировой и отечественный опыт, решать проблему интенсификации сельскохозяйственного производства, важнейшим фактором которой является применение удобрений. Приведем еще одно яркое высказывание американского ученого Норманна Борлауга: «... мир на земле не может быть построен на пустой желудок. Ограничьте доступ фермерам к современным факторам интенсификации земледелия – новым сортам, удобрениям и средствам защиты растений – и мир будет обречен, но не отравлением, как некоторые говорят, а голодом и социальным хаосом».

Ученые ВНИИ агрохимии имени Д.Н. Прянишникова оценивают минимальный уровень потребности земледелия России в минеральных удобрениях в 7,1 млн. т д.в. – поддерживающий и перспективный – соответственно, в 11,8 и 16,0 млн. т в год. Оптимальная обеспеченность оценивается в 26,0 млн. т, в том числе азотными – 10,2, фосфорными и калийными, соответственно, в 9,1 и 6,7 млн. т д.в.

Крайне необходимо восстановление и укрепление мате- риально-технической базы для правильного, эффективного и

21

экологически безопасного применения минеральных удобрений, развитие дилерской сети и сервисного агрохимического обслуживания хозяйств. К первоочередным задачам относятся – строительство складов; возобновление производства и совершенствование специализированной техники для обеспечения всей технологической цепи на пути удобрений от завода до поля; улучшение ассортимента за счѐт производства концентрированных и комплексных удобрений, их доля должна составлять до 90%, в том числе сложных – 35-40%; увеличение концентрации питательных веществ в удобрениях до 40-44%; увеличение производство новых форм минеральных удобрений (суперфоса, ЖКУ, КАС, ИАС, азотных с ингибиторами).

Эффективность применения удобрений в различных зонах РФ

При правильном использовании от 1 т органических удобрений по стране получают 1 ц зерна, от 1 ц минеральных удобрений 1-1,3 ц зерна, до 12 ц овощей, 6-8 ц кормовых корнеплодов. Средняя оплата 1 ц аммиачной селитры составляет 4-5 ц зерна, 1 ц суперфосфата – 1,5-2,0 ц и 1 ц калия хлористо-

го – 0,5-1,0 ц.

От 1 кг действующего вещества удобрений получают в Нечернозѐмной зоне 5 кг зерна, в лесостепной – 4,5 кг, в степной – 4 кг.

В нашей стране большое разнообразие почвенноклиматических условий, что обуславливает различную эффективность удобрений. В результате проведѐнных исследований Географической сетью опытов установлены следующие закономерности.

1. Прибавки урожайности от минеральных удобрений в Европейской части увеличиваются с востока на запад и с юга на север, в Сибири – с запада на восток.

22

2.Эффективность органических удобрений уменьшается по мере снижения выпадения осадков с севера на юг и с запада на восток. Продолжительность действия подстилочного навоза на тяжелых почвах составляет 3-4 года, на легких – 1-2 года, бесподстилочного – 1-2 года.

3.Абсолютные урожаи возрастают с севера на юг и находятся в прямой зависимости от содержания фосфора в почве. По мере повышения содержания фосфора в почве повышается эффективность азотных удобрений и снижается фосфорных.

4.Эффективность удобрений зависит от типа почвы и количества выпадающих осадков. На дерново-подзолистых почвах, серых лесных, чернозѐмах оподзоленных проявляется высокое действие азотных удобрений, на мощных чернозѐмах – фосфорных удобрений и на лѐгких почвах – калийных.

5.На действие удобрений оказывает влияние кислотность почвы, гранулометрический состав, степень окультуренности.

6.Эффективность удобрений возрастает при орошении.

7.Эффективность удобрений возрастает на 15-20% при совместном применении гербицидов, пестицидов и ретардантов.

Вопросы для повторения:

1.Что изучает агрохимия? 2. С какими науками и дисциплинами связана агрохимия? 3. Основная цель агрохимии как науки. 4. Основные объекты изучения в агрохимии. 5. Какие методы исследований выделяют в агрохимии? 6. Почему удобрения являются важнейшим фактором интенсификации земледелия? 7. Какова роль удобрений в повышении урожайности сельскохозяйственных культур? 8. Для чего проводят анализ растений, почвы и удобрений? 9. Перспективы химизации в нашей стране. 10. Назовите прогрессивные способы применения удобрений. 11. Уровень применения удобрений в нашей стране, в развитых и развивающихся странах.

23

Лекция 2. Основы питания растений

всвязи с применением удобрений

Химический состав растений. Содержание и роль макро- и микроэлементов в питании растений.

Современные представления о поступлении питательных элементов в растения.

Влияние условий выращивания сельскохозяйственных культур на поступление элементов питания.

Биологический и хозяйственный вынос питательных веществ сельскохозяйственными культурами, понятие о круговороте и балансе веществ в земледелии.

Требования растений к условиям питания в различные периоды их роста. Динамика потребления питательных веществ в онтогенезе.

Способы внесения удобрений. Создание оптимальных условий питания растений посредством использования различных способов внесения удобрений.

Диагностика минерального питания растений.

Химический состав растений. Содержание и роль макро-

имикроэлементов в питании растений

Всостав растений входят вода и сухое вещество, представленное органическими и минеральными соединениями.

Всостав сухого вещества входят органические соединения: белки, жиры, углеводы, ферменты и зольные вещества

(табл. 4, 5).

Таблица 4

Примерное содержание сухого вещества и воды в некоторых растениях, % [21]

Соотношение воды и сухого вещества в растениях зависит от биологических особенностей растений и изменяется в широких пределах. Наибольшее количество воды содержат молодые растения, их вегетативные органы. По мере старения растений количество воды в тканях растений снижается, особенно в репродуктивных органах. Количество сухого вещества к концу вегетации в репродуктивных органах возрастает. Наибольшее количество сухого вещества в семенах масличных культур 83-90%, зерне хлебных злаков и зернобобовых – 85-88%; в корнеплодах и клубнях картофеля – 1025%, плодах и ягодах – 12-23%, в овощах – 7-10%, а в плодах томатов и огурцов всего 4-8%. Сбор сухого вещества с товарной частью урожая основных сельскохозяйственных культур может изменяться в очень широких пределах – от

1,0-1,5 до 10,0-15,0 т/га и более.

Воды больше всего в овощах и вегетативной массе растений. Вода в растениях, прежде всего, растворитель и участник образования первичных углеводов в процессе фотосинтеза, обуславливает тургор (гидростатистическое давление внутри клетки); предохраняет растение от перегрева, а также является средой для протекания биохимических процессов и для передвижения элементов по сосудам.

Особое значение вода имеет в энергетических преобразованиях в растениях, прежде всего, в аккумуляции солнечной энергии в виде химических соединений при фотосинтезе. Вода обладает способностью пропускать лучи видимой и близкой к ней ультрафиолетовой части света, необходимой для фотосинтеза, но задерживает определенную часть инфракрасной тепловой радиации. Она также обладает высокой удельной теплоѐмкостью и, благодаря способности испаряться при любой температуре, предохраняет растения от перегрева. Она необходима для прорастания семян.

25

Максимальное потребление воды растениями происходит в период интенсивного формирования вегетативной массы. Этот период часто бывает критическим, так как в это время растения особенно чувствительны к недостатку влаги. У зерновых культур он приходится на период выхода в трубку – колошение, у картофеля на фазы бутонизации и цветение. Влагообеспеченность наряду с другими факторами внешней среды оказывает значительное влияние на величину

икачество урожая сельскохозяйственных культур, а также на эффективность удобрений.

Для образования 1 ц сухой массы урожая за время вегетации сельскохозяйственные культуры испаряют 200-1000 ц воды. Эту величину называют коэффициентом транспирации. При неблагоприятных условиях роста растений расход ими воды возрастает в 1,5-2 раза. При оптимальных условиях питания растений азотом и зольными элементами расход воды при транспирации может сократиться на 15-20% и более.

Сухое вещество растений представлено разными органическими соединениями и золой, которые определяют качество продукции. У зерновых культур основным качественным показателем являются белки и крахмал, у зернобобовых

ибобовых – белки, картофеля – крахмал, в корнеплодах, овощах, ягодных и плодовых растениях – сахара, а в масличных культурах – жиры (табл. 5).

Наибольшее количество белка в семенах зернобобовых (горох, люпин, бобы, яровая вика, фасоль, соя). В зерне пшеницы в зависимости от сортовых особенностей, климатических условий, технологии возделывания содержание белка может изменяться от 9 до 18%, ячменя – от 8 до 15, яровой вики – до 29, гороха до 28%; содержание крахмала в картофеле

– от 14 до 24, сахара в плодах, овощах и ягодах – от 3 до 18%.

26

Таблица 5

Примерное содержание органических веществ в урожае растений (% веса сырой массы) [3]

В состав белков входят следующие элементы: углерод (С) – 51-55, кислород (О2) – 21-24, азот (N) – 15-18, водород (Н) – 6,5-7,0 и сера (S) – 0,3-0,5 %, которые носят название органогенные и представлены 20 аминокислотами и 2мя амидами: аспарагин и глютамин. Особое значение в составе белков растений имеют незаменимые аминокислоты (метионин, лизин, валин, лейцин, изолейцин, треонин, триптофан, фенилаланин, аргинин, гистидин). Эти кислоты попадают в организм человека только с растительными пищевыми продуктами, в организм животных – с кормами. Последние две аминокислоты незаменимы лишь в детском возрасте.

Азот содержится также в виде свободных минеральных соединений – нитратов и аммония, органических аминокислот и амидов. Углеводы в растениях находятся в виде моно-

27

сахаров (глюкоза и фруктоза) – С6Н12О6. Глюкоза обуславливает сладкий вкус, передвигается из листьев в корни, является источником образования сахарозы – 2С6Н12О6 – Н2О = С12Н22О11 и полисахаридов (крахмал, клетчатка, пектиновые вещества) – n С6Н12О6 – n Н2О = n (С5Н10О5).

Наибольшее количество глюкозы в винограде и землянике (8-15%), фруктозы больше всего в плодах сливы, вишни, груши, яблоках. Сахароза в небольших количествах находится во всех растениях. Наибольшее количество сахарозы в сахарной свѐкле от 14 до 22%, значительное – в плодах, ягодах, моркови, столовой и кормовой свѐкле, луке и чесноке (3- 8%); в зерне злаковых и бобовых культур – низкое (1,5-3,0%) и зависит от степени созревания (может быть до 5% в фазе молочного состояния), в кукурузе – до 10%.

К основным полисахаридам относится крахмал. Он образуется во всех зеленых органах растений и накапливается в виде запасного в репродуктивных органах. Больше всего его в зерне злаковых – от 50 до 80%, в клубнях картофеля разных сортов – от 8 до 24%. Меньше всего крахмала в плодах и овощах.

Основой клеточных стенок в растениях является клетчатка. Еѐ больше в основных стеблях злаковых растений и масличных культур. Волокно льна содержит 90 и более процентов, семена пленчатых злаков (овѐс, ячмень) содержит от 5 до 10%. Она слабо усваивается животными и не усваивается человеком, но абсолютно необходима растениям как своеобразный стержень, на котором крепятся все остальные жизненно важные соединения.

Жиры и жироподобные вещества являются структурными комплексами цитоплазмы клеток. Их содержание в клетках растений, кроме масличных культур, небольшое, до

28

1%, а в семенах масличных культур весьма высокое: у льна 34-37%, подсолнечника – до 70%, горчицы и рапса – 24-45%.

Содержание различных групп органических соединений

врастениях изменяется в зависимости от видов и сортов растений, условий питания. Создавая разные условия питания путѐм применения удобрений, можно повысить накопление наиболее ценных органических соединений в составе сухого вещества.

Ценность отдельных органических соединений, в зависимости от вида и характера использования растениеводческой продукции, может быть различной.

Качество урожая сельскохозяйственных культур может зависеть и от содержания органических соединений, которых

врастениях относительно немного: витаминов, алкалоидов, гликозидов, органических кислот, эфирных и горчичных масел и так далее.

Содержание отдельных групп органических соединений

всельскохозяйственной продукции и, следовательно, еѐ качество могут значительно изменяться в зависимости от видовых и сортовых особенностей растений, условий выращивания.

Более благоприятные условия для синтеза белка создаются в растениях при повышенных температурах и недостатке влаги, а углеводов, наоборот, – при пониженных температурах и достаточной обеспеченности влагой. Поэтому на территории России с северо-запада на юго-восток содержание белка и жира в растениях возрастает, а крахмала и других запасающих углеводов – снижается.

Важное значение для улучшения качества продукции имеют условия питания растений. Например, усиление азотного питания повышает относительное содержание в растениях и сбор белка с урожаем товарной продукции, а

29

усиленное фосфорно-калийное питание способствует большему накоплению углеводов – сахарозы в корнеплодах сахарной свеклы, крахмала в клубнях картофеля. Фосфорнокалийные удобрения повышают у масличных культур содержание жира и улучшают его качество.

Создав соответствующие условия питания растений с помощью удобрений, можно повысить накопление наиболее ценных в хозяйственном отношении органических соединений в составе сухого вещества урожая. Однако несбалансированное питание может не только снизить продуктивность растений, но и ухудшить качество урожая. Так, избыточное, особенно одностороннее, снабжение азотом приводит к снижению содержания в растениях углеводов (крахмала у картофеля или сахара в сахарной свекле), а также вызывает накопление в овощной и кормовой продукции потенциально опасных для человека и животных нитратов. Повышенное содержание нитратов в плодах и овощах при их употреблении может приводить к заболеванию метаглобоманией или к синюшности, поэтому в настоящее время Санэпиднадзором вводится регламент ПДК.

Элементный состав растений. Средний элементный со-

став сухого вещества растений следующий (% по массе): углерод – 45, кислород – 42, водород – 6,5, азот и другие элементы

– 6,5. Всего в составе растений обнаружено более 80 химических элементов. В настоящее время около 20 элементов (в том числе углерод, кислород, водород, азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, железо, бор, медь, марганец, цинк, молибден, ванадий, кобальт и йод) считают безусловно необходимыми для растений. Они непосредственно участвуют в процессах превращения веществ и энергии. Без них невозможны нормальный ход жизненных процессов и завершение полного

30