Тема: Модуль 5. Блок 2. Экологическая агрохимия

Часто разрушение людьми установившихся в природе за миллионы лет связей вызывает катастрофические последствия. Человечество, овладев огромными энергетическими и техническими возможностями побеждать природу или просто, не заботясь о последствиях и стремясь к повышению комфорта своей жизни, активное разрушение окружающую среду. Поэтому уже сегодня оно вошло в экологический кризис, когда состояние окружающей среды угрожает дальнейшему его существованию.

Во второй половине 19 века возникло научное направление – экология как часть биологии. Термин «экология» ввел немецкий ученый (зоолог) Г.Геккель в 1966 г.

Экология – комплексная наука, изучающая среду обитания живых существ (включая человека) и их взаимоотношения с нею.

Среди многих экологических направлений, возникших в последние десятилетия (ландшафтное, геохимическое, градостроительное, медицинское, космическое и др.) для дальнейшего продолжения, сохранения и совершенствования жизни человека необходимо развитие экологической агрохимии.

Данный раздел знаний относится к сельскохозяйственной экологии растений. Он тесно связан с экологией видов сообществ, агроландшафтов, с химической, молекулярной, физиологической, популярной экологией, а также с экологией. Поэтому на вопрос, может ли в наши дни быть какая-либо другая, не экологическая агрохимия, ответ однозначный – нет!

Экологическая агрохимия – это наука о расширенном, постоянно увеличивающемся круговороте веществ в агроценозах, изучающая на элементарном, молекулярном и биосферном уровнях химические взаимодействия растений с почвой и окружающей средой в целом.

2. Задачи экологической агрохимии
Основными задачами экологической агрохимии являются следующие:

1. Организовать внесение химических элементов в почву, определяемое точными расчетами, позволяющими максимально повысить их использование растениями, увеличивающими продуктивность растений, снижающими потери питательных элементов и загрязнение ими окружающей среды, а также улучшающими саму почву и повышающими ее плодородие.

2. Выдавать рекомендации по оптимизации круговорота химических элементов в сельскохозяйственных угодьях и естественных биоценозах, способствующих постоянному улучшению окружающей среды.

3. Осуществлять разработку методов определения параметров питания растений при добавлении в среду одних химических элементов и переводе в неусвояемые формы других с целью получения сельскохозяйственной продукции заданного элементарного состава с учетом закона о генетически закрепленных коэффициентах использования поступивших в организм элементов питания.

4. Изучить регуляторные функции микроэлементов и их роль в реализации адаптивных свойств растений, механизмов поступления элементов в растения и их влияние на проницаемость клеточных мембран как важнейшего фактора формирования качества биомассы растений.

5. Организовывать постоянный территориально развитый мониторинг содержании всех элементов в удобрениях, почве, поливной и питьевой воде, растениях и животных. Обеспечить дальнейшее получение знаний по элементному составу диеты человека с учетом наследственности, месть проживания и возрастных особенностей людей.

6. Постоянно проводить изучение причинно-следственных связей между изменениями внешней среды и возникающими в растениях явлениями, с тем чтобы своевременно реагировать на любые нежелательные изменения в биохимических и физиологических процессах у растений, ведущие к нарушению качества продукции. Фиксировать возникающие сдвиги и интенсивности отдельных биохимические реакции и физиологических процессов обмена и, как следствие, изменение количества и качества продукции, получаемой от данного вида.

7. Осуществлять определение оптимизмов элементного состава различных сельскохозяйственных, лекарственных и интрадуцируемых растений в биогеохимических провинциях, организацию территориального размещения культурных растений в соответствии с картой биогеохимического районирования и имеющимися ресурсами содержания элементов.

8. Проводить выявление искусственных потоков элементов за счет перемещения посевного материала и пищевых продуктов по территории стран и континентов, оценку их размеров и сравнение с мощностью естественных биогеохимических элементов, оценку влияния промышленности и другой хозяйственной и бытовой деятельности человека на изменение элементного состава сельскохозяйственных объектов в регионах, субрегионах и провинциях.

9. Регулировать с использованием естественной экологической обстановки целенаправленную корректировку элементного состава сельскохозяйственной продукции до оптимальных значений.

К сфере изучения экологической агрохимии относится исследование целого комплекса процессов, определяющих проведение элементов в почве и взаимодействие их с растениями. Адаптация растительных организмов к химическим условиям среды в результате эволюции обусловила определенную специфику обменных процессов у различных растений, закрепленную генетически.

Взаимодействие сельскохозяйственных культур с окружающей средой нельзя осмыслить, не определив конкретно роли химических и физиологических реакций и причинно-следственных связей между ними в процессе жизнедеятельности.

При рассмотрении любых процессов, изменяющихся во времени и пространстве, на больших территориях, метод районирования служит надежным инструментом. Исследователи биосферы в качестве такого инструмента успешно используют биогеохимическое районирование, основанное на единстве жизни и геохимической среды. Наиболее удачной составной частью биогеохимического районирования является агроэкологическое районирование культурных растений, над созданием которого академик Н.И.Вавилов работал в 30-е годы.

На основе агроэкологической классификации культурных растений карта мира разделена на агроэкологические области в зависимости от климатических, почвенных и географических условий. Под агроэкологическими областями подразумевают крупные территории, связанные единством климатических условий и сортовых составов.

Ряд областей подразделяется на агроэкологические районы – сравнительно ограниченные территории, отличающиеся конкретными климатическими и почвенными условиями и экотипами. Весь земной шар согласно этой классификации включает 95 агроэкологических областей с тщательным описанием экотипов и условий из произрастания. На территории СНГ насчитывается 22 агроэкологических областей и 12 агроэкологических районов (Кавказ).

Сравнительный анализ биогеохимического и агроэкологического районирования имеет много общего. Прежде всего две эти системы объединяет экологическая основа. Базой биогеохимического районирования является геохимическая экология; основу агроэкологического районирования составляет сельскохозяйственная экология. Как биогеохимическое, так и агроэкологическое районирования строится по географическому принципу. Эволюционный подход применяют как в биогеохимии, так и при агроэкологической классификации культурных растений.

На современном этапе развития биосферы предмет классической агрохимии наполняется новым содержанием. Это объясняется появлением современных, отличающихся от прежних требований к ведению сельского хозяйства, использованию нетрадиционных видов удобрений, усилением антропогенного загрязнения пахотных земель, вод и атмосферы.

Круг задач агрохимии, особенно экологической, расширяется. Это относится к разработке основ правильного применения удобрений в различных регионах страны с учетом свойств почв и возделываемых растений, условий увлажнения и ассортимента удобрений, конкретной экологической и биогеохимической обстановки. Необходимы изучение взаимодействия уже не только растения, почвы и удобрения, но и геохимических свойств с естественной средой, учет возможных патогенных измерений у растительных и животных организмов, заболеваний человека.

Поскольку растения находятся в начале биогеохимической пищевой цепи, контроль за содержанием химических элементов в растительной продукции, возможность его регулирования, изучение зависимости состояния здоровья человека, животных и растений от биогеохимических условий среды – важнейшие задачи экологической агрохимии сегодня и в перспективе.

В связи с возрастающими масштабами загрязнения почв и, как следствие продукции растительного и животного происхождения тяжелыми металлами (кадмий, свинец, ртуть, медь, цинк и др.) актуальны исследования по изучению условий поступления их в съедобную часть растений, определение реальных размеров накопления этих элементов.

Открытие В.И. Вернадским биогеохимических функций живого вещества дало импульс к широкому исследованию минерального состава растений и животных. Была определена зависимость степени концентрирования того или иного химического элемента от его содержания в окружающей среде, и обнаружен ряд территорий, характеризующихся аномально высокими или низкими уровнями данного микроэлемента в природных объектах. В дальнейшем на таких территориях, названных в зависимости от их размера биогеохимическими провинциями, субрегионами и регионами, были выявлены как специфические заболевания растений, животных и человека, так и заболевания другой этиологии.

В России имеются большие площади с недостатком селена, кобальта, йода, фтора, меди, цинка, марганца. Реже и более локально наблюдается естественный избыток микроэлементов. Кроме того, сельскохозяйственное землепользование значительно изменяет микроэлементный состав почв, способствует объединению их некоторыми микроэлементами или их доступными формами, нарушению соотношения микроэлементов.

Необдуманная деятельность человека быстро изменяет на нашей планете химизм внешней среды, к которому не успевает адаптироваться живые организмы. Происходит исчезновение видов, нетипичное течение известных заболеваний, омоложение ряда заболеваний и возникновение новых.

Б.А. Ягодин впервые сформировал положение о наличии индивидуального генетически определенного усвоения химических элементов всеми живыми организмами наше планеты. Причем чем сложнее организм и чем более высокое место он занимает в эволюционном развитии, тем ярче проявляется данное положение.

Так, коэффициенты усвоения получаемых с пищей химических элементов у всех людей имеют индивидуальные разлчия, так как формировались в зависимости от условий жизни многих поколений да и всех предшественников человека в процессе эволюции.

В итоге соотношение химических элементов и индивидуальные коэффициенты их усвоения выходят на первое место при оценке их влияния на длительность и успешность течения процессов жизнедеятельности.

3. «Не навреди!» – главный лозунг экологической агрохимии
Продолжительность жизни любого человека в значительной степени зависит от его питания. В свою очередь, питание людей находится в прямой зависимости от правильного питания растений. Поэтому полагаем, что изменить человека лучше через коррекцию питания растений и их обогащение в случае необходимости теми или иными элементами.

Применение в пищу такой продукции для улучшения питания и обеспеченности организма человека отдельными элементами не только полезно, но и значительно безопаснее, чем при медикаментозном лечении.

Влияние экологической агрохимии на жизнь человеческого общества огромно. Количество людей на нашей планете быстро увеличивается, и обеспечить их питанием можно только за счет организации расширенного сельскохозяйственного производства.

В свою очередь для повышения продуктивности полей необходимо применение минеральных удобрений. Если это делается безграмотно, то возникает столько бед, что даже большая армия врачей их не исправит. Если же работает агрохимик-эколог, то, поставляя населению сельскохозяйственную продукцию высокого качества, можно значительно улучшить здоровье и увеличить продолжительность жизни людей.

Противники химизации земледелия совершенно правильно отмечают, что химические загрязнения опасны, так как приводят к разрушению природы и болезням человека.

Агрохимики полностью согласны с этим положением, но они за расширенное сельскохозяйственное производство и за применение удобрений как одного из самых действенных методов повышения урожаев. И в этом нет противоречий, так как удобрения – элементы, из которых состоят наша планета, почва и все живое на ней.

Применяя удобрения, мы обогащаем почву уже имеющимися в ней элементами, но тем, которых недостаточно для получения высоких урожаев, что не позволяет иметь качественную продукцию для питания людей. Природа требует воспроизводство: почва нуждается в возврате элементов, которые выносятся с урожаем. Без внесения дополнительных количеств удобрений другого радикального метода увеличения урожайности нет. Время беспощадной эксплуатации почв, их деградации и разрушения должно остаться позади.

Экологическая агрохимия позволяет значительно повысить урожайность возделываемых культур, освободить многие земли от сельскохозяйственного использования, и жить, пользуясь благами природы и цивилизации, не противопоставляя эти понятия. Поэтому главным лозунгом экологической агрохимии является – «Не навреди».

Лекция 29
1. Проверка посещаемости

2. Вопросы по предыдущей лекции:

1. Какова роль агрохимии в экологизации земледелия

2. Что такое экологическая агрохимия

3. Перечистите экологические условия, влияющие на химический состав растений

4. Назовите мероприятия по созданию диетической и лекарственной продукции растениеводства с заданным элементным составом

1. 
   Что такое агрохимия, ее цели, задачи и методы
   
2. 
   Химический состав растений, необходимые и условно необходимые элементы, макро и микроэлементы
   
3. 
   Значение удобрений в повышении урожайности сельскохозяйственных культур
   
4. 
   Значение основных макро и микроэлементов в жизни растений
   
5. 
   Состав и свойства почвы
   
6. 
   Агрохимическая характеристика почв РФ и РСО-Алания
   
7. 
   Классификация органических и минеральных удобрений
   
8. 
   Состав и свойства основных органических и минеральных удобрений
   
9. 
   Периодичность питания растений и дробное внесение удобрений
   
10. 
    Система применения удобрений в севооборотах
    

Содержание сухого вещества, наоборот в семенных масличных культур достигает 95%, а в овощных и бахчевых культурах опускается до 4 %.

Из всех элементов, содержащихся в растениях, 20 считаются необходимыми, то есть, без них растения не могут завершить свой цикл развития от всходов до созревания – это азот, фосфор, калий, кальций, магний, сера, кислород, углерод, водород, железо, натрий, бор, молибден, марганец, кобальт, цинк, медь, хлор, йод, ванадий.

Необходимые питательные элементы в зависимости от их содержания в растениях делятся на 2 группы: макроэлементы и микроэлементы.

При сжигании растений органическое вещество сгорает, остается зола, поэтому все элементы, содержащиеся в ней называют зольными.

При сгорании органического вещества улетучивается кислород, углерод, водород и азот – из называют органогенными, все остальные элементы считаются зольными.


Вопрос 3. Значение удобрений в повышении урожайности сельскохозяйственных культур
Опыт мирового земледелия убедительно показывает, что уровень урожайности тесно связан с количеством применяемых удобрений (таблица 1).

Таблица 1

Применение минеральных удобрений и урожай зерновых (в среднем за 1986-1988 гг. Попов, 1999)

Страна	Внесение мин. удобрений, кг/га д.в.	Средняя урожайность, т/га
Россия США Англия ФРГ Голландия	99 103 359 427 771	1,59 4,35 5,67 5,39 6,93

По подсчетам специалистов рост урожайности сельскохозяйственных культур на 50% определяется применение удобрений. А остальные 50% составляют другие факторы: агротехника, сорта, мелиорация, гербициды и др. ядохимикаты.

Основная задача химизации земледелия в нашей стране – облегчение максимальной отдачи от удобрений. Расчеты показывают, что 1 рубль, затраченный на минеральные удобрения, обеспечивает получение продукции растениеводства в среднем на 2,2 рубля.

Однако в России после 90-х годов 20 века в области производства и применения минеральных удобрений произошли негативные изменения, о чем молчать нет сил и морального права.

В России в 1996-1998 гг. потреблялось 13 млн. тонн удобрений, вместо необходимого минимума 16,5 млн. т. Однако после 90-х годов производство минеральных удобрений в нашей стране опустилось до 10 млн.т, из которых 8,5-9,0 продаются за границу, причем по очень низкой цене (70% от мировых цен). Фактически сегодня в России (и в Осетии тоже) на каждый гектар пашни вносится всего 8-10 кг, т.е. в 10 и более раз меньше, чем до 90-х годов. В результате снизилось содержание гумуса в почвах страны, повысилась кислотность их, стал отрицательным баланс питательных элементов. Без применения средств химизации быстро падает почвенное плодородие и как следствие резко снижаются урожаи.

Такое положение с применение удобрений в нашей стране терпеть не то что не допустимо, но даже преступно. Надеяться на то, что правительство России примет соответствующие меры к тому, чтобы хотя бы производимые у нас удобрений вносились в почв нашей же страны.

Азот играет главнейшую роль в жизни не только растений, но и всего органического мира. Без азота нет белка, а без белка нет живой природы.

Белки являются главной составной частью протоплазмы и ядра растительных клеток, а ДНК и РНК, в состав которых входит азот, являются носителями наследственной информации живых организмов и играют большую роль в обмене веществ.

Азот входит в состав хлорофилла, значит без азота не хлорофилла, а без хлорофилла нет зеленых растений и, следовательно, фотосинтеза.

При хорошем азотном питании растений повышается синтез белковых веществ. Растения образуют мощные стебли и листья, имеющие интенсивно зеленую окраску. Такие растения в последующем дают высокий урожай.

При недостатке азота рост растений сильно ухудшается. В первую очередь дефицит азота сказывается на развитии вегетативных органов. Старые листья сначала приобретают светло-зеленую окраску, потом желтеют и отмирают. В последующем такие растения сильно снижают урожай.

Все перечисленные соединения фосфора играют очень важную роль в жизни растений, но все-таки главными являются нуклеиновые кислоты (ДНК и РНК) и аденазинтрифосфаты (АТФ и АДФ), которые участвуют в самых важных процессах жизнедеятельности растительного организма: синтез белков, передача наследственных свойств и энергетическом обмене. Соединения фосфора накапливают энергию солнечной инсоляции и ту энергию, которая выделяется в процессе дыхания организмов и в последующем снабжают накопленной энергией все обменные реакции в живых организмах. Без фосфора не может существовать ни одна живая клетка.

Хорошая обеспеченность фосфором повышает засухоустойчивость и морозостойкость растений, устойчивость их против различных заболеваний.

При недостатке фосфора замедляется рост и развитие растений, образуются мелкие листья, задерживается цветение и созревание плодов. Нижние листья приобретают пеструю окраску – темно-зеленая окраска с красно-фиолетово-лиловыми оттенками. Такие растения не могут дать высокие урожаи.