Почвенная и растительная диагностика. Учебное пособие

капли 0,01 н. NаОН. Растворяют краску, доводят раствор до метки, перемешивают и фильтруют раствор через рыхлый фильтр. Раствор сохраняется в холодильнике около недели. Краску перед взятием навески не высушивают, при нагревании она теряет свои свойства.

2. 0,001 н. раствор йодата калия КIO3. Берут точную навеску 0,2568 г вещества, предварительно высушенного при температуре 102°С в течение двух часов. Растворяют в мерной колбе на 1 дм3, доводят до метки. Этот стандартный раствор 0,01 н. разбавляют в 10 раз, для этого 100 см3 раствора при помощи пипетки помещают в мерную колбу на 1 дм3, доводят до метки дистиллированной водой и получают 0,001 н. раствор йодата калия.

3.1%-ная соляная кислота: 22,6 см3конц. НС1 в 1 дм3 раствора. 4.2%-ная метафосфорная кислота.

5.Аскорбиновая кислота кристаллическая.

6.Йодистый калий кристаллический.

7.Крахмал воднорастворимый, 1%-ный раствор.

8.0,01 н. раствор NаОН готовят из фиксанала. Вопросы для самоконтроля:

1.Принцип метода определения витамина С в растениях.

2.Методика определения витамина С в растениях.

3.Влияние удобрений на содержание аскорбиновой кислоты в растениях.

3.5. Определение каротиноидов по Сапожникову

Цель практического занятия: приобретение навыков проведения растительной диагностики для принятия мер по агроэкологической оптимизации минерального питания растений; развитие способности совершенствовать системы удобрения.

Ключевые понятия: пигменты, каротиноиды. План практического занятия.

1. Обсуждение физиологической роли пигментов в растениях, их значения в питании человека и животных.

91

2.Изучение принципа и методики выполнения анализа по определению каротиноидов.

3.Определение содержания каротиноидов в разных растениях, в разных сортах растения.

Растительные пигменты, окрашенные в желтый или оранжевый цвет, нерастворимые в воде, но растворимые в органических растворителях типа бензина, ацетона, петролейного эфира, составляют группу каротиноидов. Наиболее известным представителем ее является каротин-пигмент, придающий специфическую окраску корням моркови, зернам кукурузы, наряду с хлорофиллом он окрашивает зеленые части растений. Формула каротина - С4ОН56. Обычно растительные пигменты представляют собой смесь двух-трех изомеров, характерной особенностью каротиноидов является наличие в них значительного числа сопряженных двойных связей (около 15), образующих их хромофорные группы, от которых зависит окраска. Предполагают, что каротиноиды, как переносчики активного кислорода у растений, играют важную роль в процессах фотосинтеза, дыхания, роста.

Их значение в питании человека и животных связано с тем, что при ферментативном разложении одной молекулы каротина в животном организме образуются две молекулы витамина А. Отсутствие или недостаток витамина А приводит к нарушению роста, снижению иммунитета к болезням, ослаблению зрения, называемому куриной слепотой. Наиболее важным источником витамина А в пище человека являются листовые овощи (салат, шпинат, зеленый лук), морковь, томаты, а также жиры из печени морских рыб (рыбий жир), для животных - это окрашенные корнеплоды и луговые травы.

Определение каротина необходимо для оценки качества растительной продукции в зависимости от ряда агротехнических факторов и приемов; в

92

зоотехнике для составления рационов кормления и в здравоохранении для разработки лечебного питания.

В основе всех методов определения каротина присутствует метод хроматографического анализа, разработанный русским ученым М.Е. Цветом.

Принцип метода состоит в том, что сложная смесь различно окрашенных веществ экстрагируется из листьев или корнеплодов каким-либо органическим растворителем или их смесью, например спиртом, ацетоном. Экстракт пропускают через стеклянную трубку, заполненную адсорбентом. Как адсорбенты используются тонко размолотые тальк, крахмал, углекислый кальций или окись алюминия и другие. В связи с тем, что каждый из пигментов обладает различной скоростью движения по адсорбционной колонке с фронтом растворителя и специфической адсорбционной способностью, происходит концентрация данного пигмента в определенном слое адсорбента. Слой адсорбента, содержащий тот или иной пигмент, вынимают из трубки или колонки. Пигмент выделяют из адсорбента с помощью какого-либо другого растворителя и количественно определяют, измеряя интенсивность окраски на спектрофотометре или колориметре.

Ход анализа.

Пробу свежих листьев или корнеплодов предварительно измельчают скальпелем на кафельной плитке или пластмассовой терке (приблизительно 20-30 г). Две параллельные навески по 1-5 г из пробы берут на часовом стекле на технических весах и помещают в фарфоровую ступку.

Вступку добавляют 0,5 г соды (Nа2СО3) для нейтрализации органических кислот (поскольку в кислой среде каротин разрушается), и безводный натрий сернокислый из расчета 3 г на 1 г сырой навески для обезвоживания материала, перемешивают массу скальпелем.

Вступку добавляют 5 г адсорбента А12О3 и 0,5 г кварцевого песка, перемешивают и тщательно пестиком растирают содержимое ступки до образования сухой гомогенной массы, которую затем ставят в темное место

на 20 минут для полноты адсорбции пигментов.

93

Готовят адсорбционную воронку. Для этого в нижнюю часть стеклянной воронки закладывают ватный тампон средней плотности, затем небольшими порциями насыпают окись алюминия, уплотняя его слегка стеклянной палочкой. Высота адсорбционного слоя должна быть примерно 2,5 см.

Поверхность адсорбента, выровненную скальпелем, слегка смачивают по всей воронке каплями дистиллированной воды (примерно 15 капель) и воронку вставляют в приемник, обычно используют мерную колбу на 100 см3.

Гомогенную массу из ступки количественно с помощью скальпеля переносят на поверхность адсорбционной воронки, распределяя равномерно.

В ступку наливают 20 см3 бензина, тщательно споласкивают пестик и стенки ступки, вычищая остатки адсорбента скальпелем, содержимое выливают в воронку, операцию повторяют до тех пор, пока в ступке не останется следов пигментов.

Бензин медленно приливают из стакана на воронку, вся поверхность навески должна быть покрыта тонким слоем бензина, так как на воздухе каротин может окисляться. Экстракцию каротина проводят до тех пор, пока желтые пигменты на ватном тампоне не перейдут в раствор приемника каротина, а капли бензина, поступающие в приемник, не будут бесцветными.

Содержимое колб после экстракции доводят до метки чистым бензином и колориметрируют. Можно измерить цилиндром объем полученного раствора каротина, записать в журнал и колориметрировать с синим светофильтром (длина волны 420 нм), кюветы 0,5 см. В контрольную кювету наливают бензин.

Расчет:

Содержание каротина [мг %] = А · V· 100

Н

где А - каротин по графику, мг;

V - объем полученного экстракта, см3;

94

Н - навеска растительного материала, г. Форма записи

Реактивы:

1.Окись алюминия (Аl2О3), высушенная при 105°С в сушильном шкафу, увлаженная затем до 4%-ной влаги, сохраняется в склянке с притертой пробкой.

2.Натрий сернокислый безводный, Nа2SО4, порошок.

3.Сода, Nа2СО3, порошок.

4.Бензин, очищенный на активированном угле.

5.Основной стандартный раствор двухромовокислогого калия К2Сг2О7 для построения графика на каротин (720 мг К2Сг2О7 «х.ч.» растворяют в 1 см3 дистиллированной воды. 1 см3 этого раствора соответствует 0,00416 мг каротина).

Разведения готовят в колбах на 100 см3 , доводя раствор до метки водой. Исходный раствор двухромового калия долго сохраняется в темноте.

Работу по извлечению каротина проводят под тягой, при этом недопустима работа любых нагревательных приборов в помещении и курение!

Вопросы для самоконтроля:

1.Значение каротин-пигмента для растений, в питании человека и животных.

2.Значение агрохимического анализа определения каротин-пигмента.

3.Принцип метода определения каротиноидов в образцах растений.

4.Методика определения каротиноидов в образцах растений.

95

4.СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРИМЕНЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ

ИОРГАНИЧЕСКИХ УДОБРЕНИЙ ПОД РАЗЛИЧНЫЕ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫЕ КУЛЬТУРЫ НА ЮГЕ РОССИИ

Цель практического занятия: приобретение навыков проведения растительной диагностики для принятия мер по агроэкологической оптимизации минерального питания растений; развитие способности совершенствовать системы удобрения.

Ключевые понятия: агрохимическое обследование, мониторинг, точное земледелие.

План практического занятия.

1.Обсуждение задач системы точного земледелия.

2.Сравнение характеристик программного обеспечения, обеспечивающего автоматизированное ведение данных картотеки сельскохозяйственных полей.

Картографической основой для проведения агрохимического обследования почв является, как правило, план внутрихозяйственного землеустройства.

Сегодня для России особенно актуальна проблема эффективного использования ее главного ресурса – земли, которая является основным средством производства в отрасли и важнейшей частью национального богатства страны.

Новые требования к продуктивности земледелия, экологической безопасности, качеству продукции сильно усложняют задачи технологов в связи с расширением набора технологических операций, их дифференциацией в соответствии с почвенно-ландшафтными параметрами и изменяющимися погодными, фитосанитарными и хозяйственными условиями.

96

Учесть все эти факторы и обеспечить точное выполнение технологических операций возможно при использовании средств информатизации и прецизионных устройств. Все это предопределяет качественный скачек в развитии земледелия - новый его этап, под названием точного земледелия (precision agriculture) или ему подобными prescription farming (земледелие по предписанию) координатное земледелие и т.п.

Точное земледелие - это управление продуктивностью посевов с учетом локальных особенностей внутри каждого поля. Целью такого управления является получение максимальной прибыли при условии оптимизации сельскохозяйственного производства, экономии хозяйственных и природных ресурсов.

Точное земледелие основано на современном программном обеспечении, включает агроэкологическую оценку земель, их картографирование, автоматизированное проектирование, управление продукционным процессом, весь комплекс агротехнических операций и элементов составляющих систему земледелия. Вся эта работа базируется на геоинформационных системах.

Задачи системы точного земледелия:

-мониторинг и контроль использования техники (GPS/ГЛОНАСС);

-автоматизация процессов вождения техники при проведении технологических операций;

-автоматический мониторинг урожайности и составление карт урожайности полей;

-составление почвенных карт хозяйств с использованием автоматических почвоотборников;

-возможность вносить строго определенное количество удобрений и семян на различные участки одного и того же поля;

-накопление и хранение данных;

-отслеживание изменения состояния полей и посевов на различных

участках;

97

-многофакторный анализ и визуализация собранных данных;

-поддержка принятия решений и контроль их исполнения. Состав системы точного земледелия:

-приемники сигналов спутниковых радионавигационных систем с функцией дифференциальных поправок, обеспечивающих дециметровую точность позиционирования на местности;

-бортовой компьютер;

-система параллельного вождения и автопилотирования;

-геоинформационные системы (ГИС), наполненные данными дистанционного зондирования Земли (аэро- и космическая съемка), картами урожайности, химического состава полей и т.д.;

-бортовые датчики для мониторинга урожая;

-дистанционные датчики для измерения температуры и влажности почвы, определения состояния растений и т.д.;

-диспетчерский центр;

Для лучшей реализации концепции системы точного земледелия все данные и программные средства объединяются в единую корпоративную систему управления ресурсами.

Важным этапом внедрения технологии точного земледелия - это разработка базы данных, где будут находиться сведения о площади, урожайности, агрохимических и агрофизических свойствах почвы и уровне развития растений.

На этом этапе в первую очередь необходимо провести инвентаризацию полей. Для этих целей можно использовать обработанный спутниковый снимок либо мобильный комплекс, состоящий из автомобиля с GPSприемником и КПК. На основе полученных данных составляется электронная карта, с помощью которой уточняются границы территории хозяйства, а также реальная площадь.

В отличие от своего предшественника - бумажной карты, все сведения для создания электронной карты получают и используют в цифровом виде.

98

При наземном измерении погрешность определения координат границ составляет 0,5 м, а площади - до 0,2%. При желании можно измерить координаты объектов-помех - гидрантов или газовых столбов, а затем также нанести их на карту. Это один из плюсов наземного измерения, так как из космоса очень сложно распознать некоторые объекты.

Чтобы обозначить границы полей, можно использовать также спутниковые снимки. Это особенно актуально, когда площадь хозяйства очень большая. Но у этого метода есть свои недостатки: невозможно получить спутниковые снимки своевременно, зависимость от погодных условий, высокая цена снимка и сложность дешифрования.

Следующее на чём хотелось бы заострить ваше внимание - средства навигации. С помощью систем спутниковой навигации осуществляется движение и прямолинейно и криволинейно, главная идея состоит в том, чтобы свести к минимуму перекрытия и пропуски между проходами техники.

Система параллельного вождения является самой быстро окупаемой частью системы и предназначена для проведения полевых работ с применением широкозахватного оборудования с точностью вождения до 10 см между рядов. Позволяет работать в поле ночью так же эффективно, как и днём. Управление техникой осуществляется механизатором вручную по показаниям метки на экране дисплея.

Преимущества: сокращение расхода семян и удобрений; оптимизация использования сельхозтехники; сокращение расхода ГСМ до 20%; рациональный подход к управлению персоналом, распределению труда; повышение контроля выполнения сельскохозяйственных операций.

Состав системы: навигационный приёмник; дисплей; мобильный процессор; ключевая карта параллельного вождения; установочный набор системы.

Управление может осуществляться как вручную, с помощью курсоуказателей, так и с помощью автоматических систем управления - автопилотирование.

99

Еще одним важным компонентом системы точного земледелия является картирование урожайности.

Последовательность накопления слоев электронной карты может быть произвольной, но, начать стоит с составления карты фактической урожайности. С ее помощью можно выявить участки, которые требуют более тщательного обследования. В дальнейшем карта урожайности служит для обоснования агрохимического обследования.

Например, на участках с высокой урожайностью можно сделать две-три контрольные пробы, а в проблемных местах собрать больше информации. - Иногда причиной возникновения низкой урожайности на отдельных участках поля служат вовсе не агрохимические показатели. Низкая урожайность может быть обусловлена, например, заболоченностью почвы, ее уплотненностью или засоренностью.

Система мониторинга урожайности состоит из GPS-приемника, электронно-вычислительного модуля, бортовой информационной системы, датчиков влажности и массы зерна, карты памяти, калибратора, а также программы картографирования.

Картирование урожайности позволяет получить данные, которые могут быть использованы для анализа эффективности хозяйственной деятельности. Так, на основе карт урожайности можно в соответствующей ГИС-программе создать карты экономической эффективности каждого поля с расчетом прибылей или убытков при разных ценах на продукцию, колебания которых подвержены условиям рынка. Это позволит сразу после уборки урожая просчитать разные сценарии сбыта продукции, сопоставить затраты и прибыль.

При оборудовании комбайнов системами картирования урожайности отпадает необходимость использования ручного труда учетчиков, замерщиков, повышается заинтересованность механизаторов, так как электронное картирование позволит им следить самостоятельно за выработкой. С другой стороны, для руководителей организаций системы

100