Агрохімічна ефективність золошлакових добрив

Агрохімія (з агрономічних проблем) — галузь науки, яка вивчає кругообіг речовин у системі «ґрунт — рослина — добрива», а також їхній вплив на якість сільськогосподарської продукції та проблеми охорони довкілля в зоні ведення аграрного сектора. Агрохімічні дослідження стосуються питань відтворення родючості ґрунтів, високоефективного використання мінеральних, органічних добрив, мікроелементів на фоні інших засобів хімізації, вивчення агрохімічної, економічної, енергетичної й екологічної ефективності добрив, їхніх фізико-хімічних та агрохімічних властивостей, організації системи хімізації галузей АПК та управління агроценозами.

В Україні важливі агрохімічні дослідження були проведені на дослідних полях, на дослідних станціях, в університетах, вищих навчальних сільськогосподарських закладах і в науково-дослідних установах. Зокрема, було встановлено ефективність на чорноземах мінеральних добрив, особливо фосфорних, і вивчено динаміку поживних речовин у ґрунті. Було розв'язано важливі проблеми біологічної фіксації в ґрунті елементів живлення, вивчено склад гною, компостів і умови їх застосування, досліджено закономірності надходження до різних рослин поживних речовин.

Вперше було встановлено, що цукрові буряки засвоюють поживні речовини протягом усього періоду вегетації. В УРСР спочатку для зони бурякосіяння, а тепер для всіх зон складено карти ґрунтів, вивчено ефективність зелених і різних форм мінеральних добрив, налагоджено виробництво гранульованого манганізованого суперфосфату, розроблено метод осолонцювання ґрунтів звичайними калійними солями і сильвінітом. Велика увага приділяється гіпсуванню солонцюватих і вапнуванню дерново-підзолистих ґрунтів. Інститутом фізіології рослин і агрохімії АН УРСР (тепер Інститут фізіології рослин Української академії сільськогосподарських наук) розроблено і запропоновано використання відходів буровугільної промисловості для регулювання живлення рослин і підвищення якості біологічно збагачених на азот компостів і звичайного гною.

В Україні рівень застосування мінеральних добрив почав інтенсивно зростати лише з другої половини 1960-х років. У середньому на 1 га посівної площі у 1966-1970 pp. вносили 46 кг; 1971-1975 – 84; 1976-1980 – 111; 1981-1985 – 125; 1986–1990 pp. – 148 кг діючої речовини мінеральних добрив. У 1991–1996 pp. рівень їх застосування знизився до 21 кг і лише нині частково підвищився. Найбільше добрив (300-500 кг/га) вносять у таких країнах, як Ірландія, Бельгія, Японія, Англія, Колумбія, Франція. Найбільше виробляють і купують добрив Китай і США. В десяток найбільших виробників мінеральних добрив у світі входить також і Україна.

Застосування близько 200 кг NPK на 1 га сільськогосподарських угідь у сучасних економічних умовах є однією з необхідних умов продовольчої безпеки України і виробництва конкурентоздатної продукції на зовнішньому ринку, збереження родючості ґрунтів[11].

Застосування добрив – основа підвищення врожаїв сільськогосподарських культур за одночасного поліпшення якості вирощуваної продукції та підвищення родючості ґрунту.

Економічна ефективність застосування добрив насамперед залежить від співвідношення цін на добрива і продукцію рослинництва, що потрібно враховувати під час розрахунку норм добрив. Окупність добрив залежить від природної родючості ґрунту. Так, на Поліссі з високою вологозабезпеченістю і низькою родючістю ґрунту за врожайності зернових понад 3 т/га завдяки використанню добрив отримують 70-80 % приросту врожаю. У Степу лише 50 % приросту врожаю припадає на добрива, де велике значення мають заходи щодо накопичення та економнішого використання вологи, добору посухостійкого сорту тощо.

Агрохімія - наука, яка вивчає живлення рослин та застосування добрив з метою підвищення врожайності сільськогосподарських куль­тур. Вона охоплює проблеми підвищення родючості ґрунтів, взаємо­зв'язку між рослинами, ґрунтом, добривами. Завданням агрохімії є вивчення кругообігу речовин в землеробстві, виявлення впливів на хімічні процеси, що відбуваються в ґрунті та рослині, які можуть підвищувати врожай або змінювати його склад.

Агрохімія розвивається в тісному взаємозв'язку з хімією, фізикою, різними галузями біології. Вона тісно пов'язана з ґрунтознавством, рослинництвом, метеорологією, загальним землеробством.

На початку свого розвитку агрохімія користувалася ненауковими прийомами. Наприклад, внесення добрив за фазами Місяця; живлення рослин в основному водою (Я.Б.Гельмонт); розпиленим ґрунтом, во­дою, повітрям (Жетро Тулль), жирним гумусом та перегноєм (Валлеріус, А.Т'єр та ін.).

Значний вклад в розвиток агрохімії внесли праці Буссенго (1834), який підкреслював першочергове значення азоту в житті рослин, а також праці Ю.Лібіха - теорія мінерального живлення рослин та по­вернення їх в грунт у вигляді мінеральних речовин. Вченими всього світу поступово було виявлено, чим і як живиться рослина. Так, у 1859 році Н.Кноп, Ю.Сакс створили штучні поживні суміші солей, які дозволили вирощувати у воді рослини до повного отриман­ня врожаю. В розвитку агрохімії значне місце посідають праці російських вче­них М.В. Ломоносова, І.М. Комова, О.Т. Болотова, Д.І. Менделєєва, К.А. Тімірязєва, К.К. Гедройца та інших. Зокрема, М.В.Ломоносов ство­рив дослідне поле з різними ґрунтовими умовами. О.Т.Болотов розро­бив прийоми внесення органічних добрив. О.М. Ельгельгард застосував вапно, фосфорити, калійні солі (1883). К.К.Гедройц розробив теорію хімії ґрунтів.

Основоположником сучасної агрохімії був Д.М. Прянишніков, який вважав головним у підвищенні врожайності внесення органічних і мінеральних добрив, носів бобових культур[12].

Живлення рослин - це перехід речовини з середовища (ґрунту, по­вітря) в живу рослинну тканину у вигляді складних органічних спо­лук, які синтезують самі рослини та виведення їх з рослинного організ­му. Мінеральне живлення — це переміщення елементів в рослині та їх вторинне використання. Елементи мінерального живлення є чинником зовнішнього середовища. Рослина через листя засвоює понад 95 % СО₂, тобто, шляхом позакореневого живлення. Але основну кількість азоту, води та зольних елементів вона вбирає з ґрунту через кореневу систему.

Граничною концентрацією елементів мінерального живлення в ґрунтовому розчині можна вважати на 1л ґрунтового розчину 20-30 мг азо­ту і калію, 10-15 мг фосфору. Мікроелементів потрібно: бору - 1-2 мг/л, марганцю та цинку - 5-7 мг/л. Корінь рослини - це орган живлення. Найбільш активні кореневі волоски молодих коренів. Довжина кореневих волосків може досягати 10мм, але у деяких рослин, наприклад злакових, вони коротші - 4.2-1.5мм.

Коріння може проникати на значну глибину:

озима пшениця - 1.8 - 2.3м; кукурудза - 1.6-1.7м; цукрові буряки - 2.2-2.5м; картопля - 1.6-1.8м; конюшина - Зм; помідори - 2м.

Розвиток кореневої системи залежить від біологічних особливостей культур, типу ґрунту.

Поглинаючий комплекс поживних речовин. Існує декілька теорій поглинання. Автором дифузно-осматичної теорії є Є.О.Пфеффер. Вона полягає в тому, що поглинання - чисто фізичне явище: різниця кон­центрацій клітинного соку та зовнішнього розчину.

Ліпоїдна теорія базується на тезі про здатність ліпоїдів пропускати поживні речовини в клітину внаслідок розчинення в ліпоїдному ком­поненті мембрани. Ця теорія передбачає роздільне поглинання води і поживних речовин корінням рослин. Запропонована вона Овертоном у 1897 році.

Існує значна кількість інших теорій та гіпотез щодо кореневого живлення рослин. Найбільш поширеною можна вважати електрохіміч­ну теорію. Суть її полягає в тому, що іони несуть електричний заряд. Зони, на відміну від нейтральних молекул, відчувають вплив двох сил - градієнта хімічних потенціалів та градієнта електричного потенціалу. Активним рахується тільки перенесення іонів, яке відбувається проти градієнта електричного потенціалу. Пасивними - які проходять вздовж градієнта.

Надходження окремих елементів живлення відбувається по-різно­му. Так, кальцій не пов'язаний з диханням рослин. Загальна кількість іонів кальцію визначається числом сорбційних місць, які регулюють обмінні процеси. Рослини по-різному поглинають іони нітратів (NO₃). Це залежить від частки участі коріння в поглинанні нітратів.

Фосфорне живлення вивчав Л.Ру, який встановив, що вміст фос­фору в тканинах листя збільшується на фоні аміачного живлення. При цьому вміст мінерального фосфору зростає, ліпоїдного, нуклеїнового та білкового - зменшується. Щодо інших елементів живлення існує численна кількість теорій та гіпотез, які подаються в спеціальних працях і вимагають уважного вивчення спеціалістами відповідного профілю[13].

Елементи мінерального живлення та їх властивості:

АЗОТ - головна складова частина білка. Він входить до складу простих та складних білків, а також до складу нуклеїнових кислот (РИК - рибонуклеїнова, ДНК - дезоксирибонуклеїнова).

Останні відіграють важливу роль в обміні речовин і передачі спад­кових ознак рослин. Складна молекула білка складається з 20-23 амінокислот. Вона є в складі хлорофілу. Брак азоту призводить до зміни забарвлення на світло-зелене, а потім до повного пожовтіння. Без азоту не утворюються вітаміни групи В. Азотне голодування впливає на ріст рослин. Листя, стебло дрібні.

Азот з ґрунту надходить у вигляді азоту гумусу. Внаслідок мінера­лізації органічної речовини утворюється азотний фонд грунту. Цей фонд складається з наступних компонентів: азот у формі NH₄, NO₃, NO₂, який доступний для рослин; легкогідролізований азот - най­ближче поповнення мінеральних форм азоту. Це азот амідів, амінокис­лот, мінеральні форми його - NO₃, NH₄. Важкогідралізований азот білків, гумінів, не гідролізований азот гумінів, меланів, бітумів, необмінного амонію практично не доступні для живлення рослин.

ФОСФОР в живих організмах представлений органічними сполу­ками. Значна кількість фосфору концентрується в насінні (0.6-0.8%). Фосфор є джерелом енергії для рослин. За участю фосфору здійснюється вуглеводний обмін. Фосфор бере участь у фазах розвитку рослин. При його нестачі в рослинах утво­рюється нітратний азот, а синтез білка затримується.

Вміст фосфору в ґрунтах пов'язаний з особливостями самих ґрунтів. Так, у піщаних ґрунтах його найменше, більше в чорноземах. За доступністю для рослин виділяють наступні форми фосфору:

1. Водорозчинний - однозаміщений фосфор кальцію, магнію, фос­форно-кислі однозаміщені катіони калію, натрію, NH₄ - доступ­ний для рослин;

2. Солі фосфорної кислоти, розчинні в мінеральних кислотах - менш доступна форма для рослин;

3. Солі фосфорної кислоти, розчинні в мінеральних кислотах ґрунту (трьохзаміщений фосфор катіонів заліза, алюмінію) - важкодоступна форма.

КАЛІЙ впливає на морозостійкість рослин, а також на стійкість до зміни водного режиму. Нестача калію при вирощуванні картоплі змен­шує вміст крохмалю в бульбах. Він сприяє синтезу простих вуглеводів і переміщенню цукрів. Зниження рівня калійного живлення спричиняв непропорційність між листям і корінням рослин, появу на листі бурих плям, утворення листя неправильної форми[14].

В ґрунті калій знаходиться головним чином в трьох формах:

1. Водорозчинній - доступний для рослин;

2. Обмінній, або адсорбованій - доступний для рослин;

3. Входить до складу ґрунтотворних порід - далекий резерв для рослин.

 

Діагностика грунтів за поживними речовинами:

Вміст окремих елементів мінерального живлення визначають лабораторним шляхом. Залежно від застосовуваного методу ґрунти форму­ють за вмістом поживних речовин. На підставі цих градацій форму­ються і розробляються картограми забезпеченості ґрунтів елементами живлення (табл.3.1).

Таблиця 3.1. Групування ґрунтів за вмістом азоту, мг/кг ґрунту

№ групи	Колір на картограмі	Вміст азоту	Метод
Тюрітіа та Кононової (легко- гідролізований)	Корифільда (лужногідролізо- ваний)
	Лимонний	Дуже низький	< 30	< 100
	Салатовий	Низький	31-40	101-150
	Світло-зелений	Середній	41-50	151-200
	Трав'яний	Підвищений	51-70	> 200
	Зелений	Високий	71-100	-
	Темно-зелений	Дуже високий	> 100	-

Вміст фосфору переважно визначають за методами Чирікова, Кірсанова та Мачигіна (табл.3. 2).

Таблиця 3.2. Групування ґрунтів за вмістом фосфору, мг/кг ґрунту

№ групи	Колір на картограмі	Вміст рухомого фосфору	Метод
Кірсанова	Чирікова	Мічигіна
	Блакитний	Дуже низький	< 25	< 20	< 10
	Світло-блакитний	Низький	26-50	21-50	11-15
	Фіолетовий	Середній	51-100	51-100	16-30
	Світло-синій	Підвищений	101-150	101-150	31-45
	Синій	Високий	151-250	151-200	46-60
	Темно-синій	Дуже високий	> 250	> 200	> 60

За тією ж витяжкою, за якою визначали вміст фосфору, можемо встановити кількість калію за допомогою полум'яного фотометра, через який пропускаємо витяжку. За відповідною шкалою визначаємо кількість обмінного калію. Для групування ґрунтів використовуємо існуючі методи (табл. 3.3.)

Таблиця 3.3. Групування ґрунтів за вмістом обмінного калію,

мг/кг ґрунту (для зернових культур)

№ групи	Колір на картограмі	Вміст рухомого фосфору	Метод
Кірсанова	Чирікова	Мічигіна	Маслова
	Жовтий	Дуже низький	< 40	< 20	< 50	< 50
	Світло-оранжевий	Низький	40-80	21-40	51-100	51-100
	Оранжевий	Середній	81-120	41-80	101-200	101-150
	Світло-коричневий	Підвищений	121-170	81-120	201-300	151-200
	Коричневий	Високий	171-250	121-180	301-400	201-300
	Темно-коричневий	Дуже високий	> 250	> 180	> 400	> 300

Важливою щодо раціонального використання ґрунтів є реакція ґрунтового середовища, що визначає науково обґрунтоване введення виробництва, підтримання родючості ґрунту, збереження природної родючості ґрунтів. З цією метою складається картограма реакції ґрунтового середовища (табл.3.4.)

Таблиця 3. 4. Групування ґрунтів за рН

№ п/п	Колір на картограмі	Ступінь реакції	рН (КСІ)
	Червоний	Дуже сильно кисла	< 4.0
	Рожевий	Сильно кисла	4.1-4.5
	Оранжевий	Середню кисла	4.6-5.0
	Жовтий	Слабо кисла	5.1-5.5
	Світло-зелений	Близька до нейтральної	5.6-6.9
	Зелений	Нейтральна	7.0

Для складання картограм відбирають змішані зразки ґрунту. Для цього на плані ділять поля на квадрати (елементарні ділянки). Мас­штаб агрономічних картограм повинен бути для нечорноземних райо­нів - 1: 10000, Лісостепу - 1: 25000.

Змішаний зразок відбирають з глибини 0-20 см. Він формується не менше як з 10 індивідуальних зразків, які змішують, і відбирають па аналіз 300-400 г. Зразки відповідно оформляються і відправляються на аналізи в лабораторію.

Отримані результати аналізів переносять на планову основу і виго­товляють авторський варіант картограми.

Картограми супроводжуються агрохімічним нарисом. Всі сільсько­господарські культури ділять на три групи:

зернові; коренеплоди; овочеві, технічні.

При складанні картограм за групами рослин кількість поживних речовин для зернових культур є вихідними для інших груп рослин, але цей показник (зернових культур) збільшують в 2-3 рази залежно від потреби рослин в поживних речовинах.

Картограми "родючості" дають змогу раціонально використовувати мінеральні добрива та враховувати можливості ґрунтів щодо властиво­стей добрив діяти на показники ґрунту. Картограми дають змогу оцінювати рівні ґрунтової родючості, а та­кож коректувати норму мінеральних добрив на запланований врожай шляхом введення поправочних коефіцієнтів[15].