АГРОНОМИЧЕСКАЯ ХИМИЯ - НАУКА О ПИТАНИИ РАСТЕНИЙ, ИХ ВЗАИМОДЕЙСТВИИ С ПОЧВОЙ И УДОБРЕНИЯМИ

История развития агрохимии

Знания о повышении плодородия почвы с помощью разнообразных удобрительных средств накапливались в результате практической деятельности многих поколений земледельцев. Унавоживание почвы и внесение в нее различных хозяйственных отходов для повышения урожая возделываемых культур используется человечеством на протяжении тысячелетий, и агрохимия как наука появилась для того, чтобы ответить на вопросы, возникшие в процессе хозяйственной деятельности человека.

Многие естествоиспытатели высказывали предположения о питании растений (воздушном и корневом), о веществах, оказывающих действие на урожай растений. Благодаря запросам земледелия зарождались первые знания в области корневого минерального питания растений.

Почему навоз повышает урожайность культур, первым попытался объяснить французский естествоиспытатель Б.Палисси (1563 г.). По его убеждению навоз содержит соли, которые получаются при разложении сена и соломы, и эти соли являются основой жизни и роста всех посевов.

Спустя почти век немецкий химик И.Глаубер выдвинул гипотезу о том, что главным элементом навоза, влияющим на урожайность растений, является селитра, которую к тому времени получали из навоза для изготовления пороха. Внесение селитры действительно повышало урожайность, но объяснение, почему это происходит, было дано лишь после открытия элемента азота спустя 100 лет.

Первое научное объяснение воздушному питанию растений в 1753 году дал М.В.Ломоносов, который писал «... питание растениям доставляет воздух, почерпаемый листьями». Это предположение подтвердили швейцарский физиолог Ж.Сенебье, английский химик Д.Пристли, которые доказали, что зеленые листья, поглощая углекислоту, на свету выделяют кислород и запасают углерод.

Научно обоснование корневому питанию в отличие от воздушного проходило гораздо медленнее. В конце XVIII века в Западной Европе была распространена гумусовая теория питания растений, выдвинутая шведским химиком И.Валериусом. Верные суждения о большом значении гумуса для плодородия почвы сочетались в этой теории с неправильным представлением о том, что гумус является единственным веществом почвы, могущим служить пищей для растений. Поскольку значение минеральных зольных солей в питании уже было известно и его трудно было отрицать, И.Валериус предположил, что они способствуют растворению гумуса.

В области минерального питания интересные взгляды излагались в конце XVIII столетия Ф.Рюккертом (1879), отмечавшим, что каждое растение требует особого состава почвы, на которой оно удается всего лучше, и что некоторые растения при многолетней культуре без перерыва очень истощают поле.

При этом он указывал на возможность устранения такого истощения с помощью удобрения, которое содержит преимущественно недостающее вещество.

В1836г. благодаряработам французского ученого Ж.Б. Буссенго было положено начало изучению круговорота питательных веществ в земледелии и установлен факт накопления азота в почве бобовыми культурами. Вместо гумусовой теории Ж.Буссенго развил азотную теорию питания, указал на первостепенное значение азота в земледелии и показал, что культура клевера (бобовых) в севообороте приводит к улучшению азотного баланса и значительному увеличению урожая. Он высказал предположение, что бобовые культуры усваивают азот из воздуха и, одновременно было показано, что количество углерода в урожае не связано с его количеством в навозе, а источником углерода для растений служит углекислый газ воздуха.

Коренной поворот во взглядах на питание растений вызвало появление в 1840 г. книги немецкого ученого Ю.Либиха «Химия в приложении к земледелию и физиологии», в которой давалась критика гумусовой теории и была сформулирована теория минерального питания растений. Основным положением этой теории являлся тот постулат, что растение питается только неорганическими веществами. Гумус же является источником углекислоты в почве, которая «подготавливает» минеральную пищу растениям.

Различные растения по-разному извлекают из почвы минеральные вещества, поэтому культуры следует чередовать. Из всех элементов питания Ю.Либих как наиболее важный для растений выделял фосфор, так как в зерне его содержится больше, чем в соломе. Также с именем Ю.Либиха связано возникновение суперфосфатного производства, который обратил внимание па кости как высокопроцентный материал, пригодный для возвращения в почву фосфорной кислоты, отчуждаемой вместе с

зерном, но, в то же время содержащий нерастворимый фосфат, поэтому он предложил обрабатывать кости серной кислотой, чтобы перевести трехкальциевый фосфат в растворимый однозамещенный. Он объяснил причину истощения почвы и выдвинул теорию удобрения почв для поддержания плодородия, основанную на полном возврате в почву всех взятых из нее минеральных веществ.

Иллюстрация закона Либиха

Рисунок 1 - Иллюстрация закона Либиха

Показав, что истощение почвы идет неравномерно, Либих сформулировал «закон минимума», по которому высота урожая зависит от количества минимального фактора (недостающего) (рисунок 1). При недостатке одного из элементов другой элемент не может поднять урожая. Ю.Либих привлек внимание к изучению вопросов круговорота веществ и баланса элементов питания. Тем не менее, его работы не были лишены ошибок: он считал, что растения получают достаточное количество азота с осадками из атмосферы и важны зольные

вещества, а об азоте можно не беспокоиться. Теория минерального питания Ю.Либиха оказала большое влияние на развитие агрохимии. Во многих странах развернулись агрохимические исследования. Началось использование минеральных удобрений в земледелии, строительство предприятий по их производству.

Большой вклад в развитие агрохимии внесли исследования Г.Гельригеля

(1886), благодаря которым была выявлена способность бобовых культур усваивать молекулярный азот атмосферы с помощью развивающихся на корнях клубеньковых бактерий. Опытами с выращиванием растений на питательных смесях из минеральных солей была доказана потребность растений в азоте, фосфоре, калии, кальции, магнии, сере, а в последующем и в микроэлементах, показана равноценность и незаменимость каждого из элементов минерального питания для растений. Параллельно с развитием теории питания растений в сельском хозяйстве начинается применение минеральных удобрений - чилийская селитра и суперфосфат.

В развитие агрохимической науки большой вклад внесли и такие русские ученые как И.М.Комов, А.Т.Болотов, которые в своих работах уделяли большое внимание органическим удобрениям, золе, извести и другим материалам, которые модной было использовать в качестве удобрений и мелиорантов. Плодородие почв А.Т.Болтов определял в опытах с удобрениями и вместе с коллегой А.Пошман еще в начале XIX века, задолго до Ю.Либиха отметил значение для питания растений минеральных солей, образующихся при разложении навоза. А.Пошманом было рекомендовано приготовление компостов из навоза, извести, мусора и золы.

В России систематические научные исследования в области питания растений и применения удобрений начинаются с 60-70 годов XIX столетия и особенно большое значение имели научные изыскания А.Н.Энгельгардта, Д.И.Менделеева, П.А.Костычева, К.А.Тимирязева.

Профессор А.Н.Энгельгардт был сторонником и пропагандистом применения удобрений, известкования почв. Им были выполнены работы по использованию фосфоритной муки в качестве фосфорных удобрений в Смоленской губернии. Зону применения фосфоритной муки на дерново-подзолистых почвах Д.Н.Прянишников назвал «энгельгардтовской зоной». А.Н.Энгельгардт разрабатывал способы совместного применения органических и минеральных удобрений, известкования. Большое значение он придавал зеленому удобрению и отмечал, что эти два фактора - средства для приведения в культурное состояние громадных масс северных земель

Активно работал в области агрохимии русский химик Д.И.Менделеев. Он создал опытные станции по изучению действия удобрений в Петербургской, Московской, Смоленской и Симбирской губерниях и считал необходимым проводить опыты с применением искусственных удобрений. Им были проведены первые полевые опыты по улучшению эффективности удобрений в различных районах страны, т.е. положены основы Географической сети полевых опытов с удобрениями для выяснения закономерностей в их действии по почвенно-климатическим зонам.

П.А.Костычев считается одним из основоположников русской агрономической науки. Анализируя «теорию полного возврата» Ю.Либиха, он замечал, что плодородие почвы зависит не только от содержания в ней питательных элементов, но и от ее гранулометрического состава, структуры и других физических свойств. Он был первым ученым, положившим начало биологическому направлению в агрономии. П.Костычев опроверг теорию о гумусовом питании растений. Проводил большие работы по химическому изучению чернозёмов, организовал в 1878 первую в России агрохимическую лабораторию. Научные исследования затрагивали и вопросы по исследованию нерастворимых фосфорнокислых соединений почв.

В создании научных основ агрохимии и физиологии растений большое значение имели классические исследования К.А.Тимирязева.

Им впервые в России была внедрена в практику агрономических исследований методика вегетационных опытов. Коренной задачей земледелия К.А.Тимирязев считал

изучение особенностей выращивания сельскохозяйственных растений, тщательный учет требований культурных растений к условиям внешней среды. Тимирязев всегда подчеркивал принципиальную близость агрономической химии с физиологией растений. Кроме изучения фотосинтеза К.А.Тимирязев большое внимание уделял биологическому синтезу азота бобовыми культурами, считая, что получение азотных удобрений из азота воздуха обещает крутой поворот в земледелии.

Систематическая научно-исследовательская работа по изучению взаимодействия растений, почв и удобрений в России связана с большой научной и организаторской деятельностью Д.Н.Прянишникова (1865-1948). Научные интересы Д.Н. Прянишникова охватывали вопросы фосфорного питания растений, в частности усвоения растениями фосфора из фосфоритов и применение фосфоритной муки в качестве удобрения, использование растениями калийных солей. Большое внимание он уделял изучению роли биологического азота в земледелии, подчеркивал необходимость использования органических удобрений.

Д.Н.Прянишниковым было доказано, что аммонийные соли являются равноценным источником азотного питания для растений, как и соли азотной кислоты. Были установлены условия, при которых снабжение растений аммонийными солями не приводит к нежелательным эффектам. Эти работы имели большое значение в решении вопроса о применении аммонийных солей в качестве азотных удобрений.

Д.Н.Прянишниковым были изучены процессы превращения азотистых веществ у растений. Известно, что при прорастании семян образуется большое количество аспарагина. Прянишниковым было доказано, что при распаде белков образуются аминокислоты, от которых отщепляется аммиак.

При прорастании аммиак связывается в виде аспарагина и переводится в неядовитое соединений, а аспарагин может вновь использоваться в процессах биосинтеза. Аспарагин был назван «обезвреживающим аммиаком».Эти работы показали наличие тесной связи между азотным и углеводным обменом. Работы Д.Н.Прянишникова имели большое значение для решения практических вопросов применения удобрений, развития азотнотуковой промышленности. Фундаментальные труды Д.Н.Прянишникова «Агрохимия» и «Азот в жизни растений и земледелии СССР» используются для подготовки специалистов-агрохимиков.

Главное направление научной деятельности А. В. Петербургского ученика Д.Н.Прянишникова - корневое питание растений, в особенности изучение взаимодействия корневой системы с твердой фазой почвы при усвоении ионов из обменно-поглощенного состояния, рассмотрение вопросов физиологии питания астений. С его именем связан этап в развитии агрохимии, который совпал с широкой химизацией сельского хозяйства в 60-х годах, что потребовало разработки научных рекомендаций по эффективному использованию удобрений. Им были разработаны методологические основы в вопросах исследования круговорота и баланса питательных веществ в земледелии, что представляет большой научный интерес и ныне в практике и теории агрохимии.

В развитии агрохимической науки большое значение внесли работы И.И. Синягина, В.М. Клечковского, П.Г.Найдина, Ф.В.Чирикова, А.Н.Лебедянцева, Ф.В.Турчина, Н.С.Авдонина, и других. Результатами их исследований были установлены географическая закономерность в действии удобрений, повышение урожайности культур в севооборотах в зависимости от уровня применения минеральных и органических удобрений, влияние удобрений на изменение агрохимических, агрофизических и биологических свойств почв, влияние удобрений на качество с/х культур.

Развитие агрохимической науки в Казахстане также имеет свою историю. В 1926 году в Казахской ССР Земельным комиссариатом было организовано бюро по почвенным исследованиям. Затем оно было реорганизовано в Казахский институт удобрений и агропочвоведения, а с 1935 года в Казахский институт земледелия им.В.Р.Вильямса. С этого времени в нашей республике были начаты научные исследования по вопросам удобрения с/х культур. Первые работы по исследованию эффективности минеральных удобрений были начаты в 1929 году. Результаты этих исследований были опубликованы в работах ученых Казахстана Н.П. Корбут, И.И. Синягин, Н.Е. Крутиков, Г.М. Лобанов, К.И. Имангазиев.

И.И. Синягин - видный советский ученый агрохимик занимался научными исследованиями режимов питания растений на черноземных почвах в связи с применением удобрений в комплексе с другими приемами агротехники в системе севооборотов. Результаты его исследований широко использованы в практике химизации сельского хозяйства Казахстана в период 1932-1942 гг. Изучение проблем агротехники сахарной свёклы оказало влияние на развитие свеклосеяния в республике. В условиях южного Казахстана им были изучены формы органических и минеральных соединений фосфора в почве, влияние различных видов фосфорных удобрений на сельскохозяйственные культуры. Большую часть работ он посвятил результатам обобщения опытов агрохимической службы и выявлению географических закономерностей влияния удобрений на урожай и качество продукции, агрохимической оценке фосфатных руд. Им впервые были поставлены вопросы о совершенствовании технологии применения удобрений с учетом улучшения окружающей среды.

В орошаемых условиях Казахстана крупный вклад в развитие агрохимических исследований и практику химизации земледелия внес известный ученый-агрохимик К.И.Имангазиев. На основе обстоятельного анализа экспериментальных данных автор установил ряд важных закономерностей в действии удобрений на орошаемых каштановых и серозёмных почвах республики, обобщил итоги работы научных исследований Казахского НИИ земледелия по системе удобрения сахарной свёклы. Исследованиями К.И.Имангазиева было установлено положительное действие зеленого удобрения и микроэлементов на урожай сахарной свёклы, целесообразность совместного внесения под свёклу органических и минеральных удобрений, определены наилучшие дозы, соотношения и сроки внесения минеральных удобрений, что позволило разработать систему удобрения сахарной свёклы на основных типах почв свёклосеющих районов и агротехнических фонах, различающихся друг от друга по уровню плодородия. В научных трудах К.Имангазиева было показано, что рациональное применение минеральных и органических удобрений в орошаемом земледелии позволит добиться устойчивых высоких урожаев всех с/х культур. Решающее значение они имеют в повышении урожая зерновых, особенно риса и озимой пшеницы.

В последующие годы в развитие агрохимии в Казахстане крупный вклад внесли такие ученые как Д.К.Маденов, А.Т.Пономарева, Б.С.Басибеков, Р.Е.Елешев, С.Б.Рамазанова.

Д.К.Маденовым изучены вопросам применения жидких азотных удобрений, карбомиформа, мочевины, метафосфатов и полифосфатов, полученных из фосфоритов Каратау под сахарную свёклу, кукурузу, рис,

озимую пшеницу, бахчевые культуры и виноград в условиях Алматинской

и Кызылординской областях.

Основные направления научной деятельности видного ученого-агрохимика, первой в республике женщины - доктора сельскохозяйственных наук А.Т.Пономаревой - вопросы агрохимии фосфора, минерального питания растений, эффективного применения минеральных и органических удобрений. Ею были подготовлены рекомендации по рациональному применению удобрений в хозяйствах республики. На основании обобщения многолетних экспериментальных данных, проведенных в различных зонах страны, была установлена зависимость эффективности фосфорных удобрений, урожайности с/х культур от состояния фосфатного режима почв.

А.Т.Пономаревой разработаны дозы фосфорных удобрений для основных культур с учетом содержания подвижного фосфора в почве, рассчитан баланс фосфора в земледелии Казахстана, потребность республики в фосфорных удобрениях.

Большой вклад в развитие агрохимической науки Казахстана внес Басибеков Б.С. В орошаемых условиях южного Казахстана им были проведены комплексные исследования по действию длительного применения удобрений на плодородие почв и урожайность культур свекловичного севооборота. На основании проведенных исследований было установлено, что систематическое применение фосфорных удобрений в севообороте и при монокультуре сахарной

свёклы приводит к повышению содержания в почве валового и подвижного фосфора. На орошаемых светло-каштановых почвах систематическое применение рекомендуемых норм минеральных удобрений за две ротации 8-польного свекловичного севооборота поддерживает бездефицитный баланс гумуса и элементов питания, и обеспечивает получение высоких урожаев сена люцерны, корнеплодов сахарной свёклы, зерна озимой пшеницы.

Среди ученых Казахстана видное место занимает Елешев Р.Е., академик НАН РК. Под его руководством проводились фундаментальные и прикладные исследования в области агрохимии, в результате которых были установлены закономерности биоциклов элементов минерального питания в агроценозах, приемы их оптимизации, обоснованы научные подходы к рациональному использованию и сохранению почвенного плодородия и получения высоких и устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур.

Исследования Елешева Р.Е. по проблеме фосфора в земледелии позволили разработать ряд теоретических положений по агрохимии фосфора в условиях Казахстана и рекомендовать производству прогрессивные технологии применения удобрений, обеспечивающие не только повышение урожайности сельскохозяйственных культур, но и улучшение качества получаемой продукции, защиту окружающей природной среды.

Весомый вклад в дальнейшее развитие теории и практики применения фосфорных

удобрений внесли работы в области фосфорного обмена растений, трансформации фосфора в системе «почва-растение-удобрение».

Заслуженно признаны исследования Елешева Р.Е. по оптимизации минерального питания культур севооборотов различной специализации в различных почвенно-климатических зонах Республики Казахстан.Научная деятельность доктора биологических наук ученого-агрохимика Рамазановой С.Б. связана с вопросами минерального питания сельскохозяйственных культур, решением теоретических и практических вопросов применения удобрений. Значительное место в исследованиях уделялось вопросам оптимизации питания растений, повышения эффективности удобрений и улучшения качества продукции. Ею проведены исследования с использованием метода меченых атомов (15N), позволившие установить размеры истинного использования азота удобрений растениями риса, миграции его при орошении, а также влияния на мобилизацию запасов азота почвы, по исследованию влияния некоторых форм и сроков внесения минеральных удобрений на обмен веществ, урожай и качество риса.

Основные научные исследования ученого-агрохимика Умбетова А.К. охватывают вопросы освоения интенсивных технологий возделывания зерновых культур, комплексное изучение перспективных севооборотов, химизации в целях повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Им разработаны технологии формирования высоко окультуренных энергоемких почв в засушливых условиях юго-востока Казахстана.

Результаты многолетних исследований А.К.Умбетова на богаре легли в основу областных и зональных рекомендаций по применению удобрений в зернопаровых и почвозащитных севооборотах. Им изучены вопросы рационального питания сортов озимой пшеницы в условиях орошения юго-востока Казахстана, результаты которых вошли в ряд рекомендаций по применению удобрений в республике.

Область научных исследований Сапарова А.С. - вопросы превращения фосфорных удобрений на предгорных орошаемых темно-каштановых почвах и закономерности изменения элементов минерального питания, как в почве, так и в растениях, и установлены их оптимальные параметры., разработал научные основы оптимизации минерального питания овощных культур и картофеля на предгорных орошаемых темно-каштановых почвах юго-востока Казахстана.

Елубаев З.С. проводил агрохимические исследования в степной зоне Северного Казахстана в области применения удобрений при интенсивной технологии возделывания яровой пшеницы, эффективности минеральной и органической системы удобрения при возделывании яровой пшеницы по различным предшественникам, вопросам повышения урожайности сельскохозяйственных культур и плодородия почв.

Научные интересы доктора сельскохозяйственных наук Черненок В.Г. охватывали исследование пищевого режима почв Северного Казахстана в связи с применением удобрений и действием агротехнических факторов; взаимосвязи агрохимических свойств почвы с урожайностью и эффективностью удобрений; показателей почвенного плодородия и их связи с формированием уровня урожайности; разработку методики определения потребности в удобрениях и расчета доз их внесения; моделей почвенного плодородия для разных уровней урожайности зерновых культур для сухостепной зоны Северного Казахстана.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   ОРИГИНАЛ   След >