Оптимізація внесення мінеральних добрив для підвищення ефективності агровиробництва

Знизити втрати азоту допомагає оранка соломи зернових культур, яка зв'язує мінеральний азот в органічну форму і пригальмовує нітрифікацію. Схожим консервуючим ефектом для амонійного азоту володіють цеоліти.

Максимальне засвоєння азоту досягається тільки при повному забезпеченні рослин фосфором, калієм, кальцієм, магнієм, сіркою, залізом, кремнієм та іншими елементами живлення. Незбалансоване внесення добрив знижує їхню ефективність і призводить до забруднення середовища токсичними залишками.

Щоб знизити накопичення нітратів у ґрунті і ґрунтових водах, необхідно розширювати посіви бобових культур і активніше використовувати біологічний азот. У перспективі для посилення азотфіксації у рослин можуть застосовуватися методи генної інженерії. Втрати від вимивання нітратів зводять до мінімуму за рахунок науково обґрунтованої сівозміни з включенням культур із глибокою кореневою системою, здатних забирати поживні речовини з нижніх ґрунтових горизонтів.

Втрати інших макроелементів також можна контролювати. Винос фосфору зменшують за допомогою протиерозійних заходів, правильної агротехніки та очищення стічних вод. Вимивання калію регулюють строками та способами внесення у поєднанні з протиерозійним обробітком ґрунту. При використанні органічних добрив важливо дотримуватися технології виробництва, витримувати санітарно-захисні зони і правильно утилізувати гній. Робота з мікродобривами теж вимагає суворого дотримання правил:

• Вносьте оптимальні норми суворо у відповідні строки.
• Обирайте найбільш ефективний спосіб застосування.
• Використовуйте хелатні форми мікроелементів.
• Забезпечуйте рівномірний розподіл за площею поля.

Екологічна агрохімія: від перших машин до контролю біосфери

Екологічна агрохімія вивчає кругообіг речовин в агроценозах на всіх рівнях — від молекулярного до біосферного. Вона досліджує хімічну взаємодію рослин із ґрунтом і зовнішнім середовищем. Необхідність у цій науці виникла зі зростанням антропогенного навантаження на планету.

До XVIII століття людина жила в злагоді з природою, оскільки споживання енергії на душу населення залишалося мінімальним. Переломний момент настав у 1705 році з винайденням першої пароатмосферної водопідіймальної машини. Пізніше, у 1796 році, теплову енергію вперше перетворили на механічну за допомогою парового двигуна.

У XIX столітті сільське господарство зробило крок вперед: розширився набір культур, поліпшилися знаряддя праці, розпочався перехід до плодозмінної системи землеробства. Тоді ж зародилася агрономічна хімія як самостійна наука. Точкою відліку став 1840 рік, коли було опубліковано фундаментальну працю «Хімія в додатку до землеробства та фізіології». Описана в ній теорія мінерального живлення рослин відкрила шлях до широкого впровадження мінеральних добрив. Розвиток науки породив віру в безмежні можливості людини, що відобразилося і в літературі кінця століття: у 1895 році вийшов роман «Машина часу», у 1897 році — «Людина-невидимка», а в 1898 році — «Війна світів».

Перша чверть XX століття була тріумфом наукового прогресу. Теорія відносності пов'язала воєдино масу, час та енергію; квантова механіка дала можливість зрозуміти, що мікросвіт підпорядковується іншим законам, ніж макросвіт. Настільки ж разючими були успіхи квантової механіки, одного з основних розділів квантової теорії. Квантова механіка вперше дозволила описати спектри атомів і зрозуміти їхню структуру, встановити природу хімічного зв'язку, пояснити періодичну систему елементів. У ці ж роки сталися дві важливі події, що мають відношення до енергетики. Спочатку в 1939 р. О. Ган і Ф. Штрассман вперше зафіксували процеси ядерного поділу. Пізніше, у 1942 р. під керівництвом італійського фізика було створено атомний реактор. Період 1945–1965 рр. характерний кульмінацією оптимістичних поглядів на науку і техніку. Вчені викликали глибоку повагу і вважалися глашатаями нового витка життєвого рівня. Багато хто серйозно був упевнений, що в осяжному майбутньому фізичній праці не буде місця і настане повністю автоматизований рай.

Дж. Стент (1965) у своїй книзі "Кінець науки і золотий вік" припустив, що необмежене джерело енергії – атом дасть людям могутність, яку раніше приписували богам. Однак чудес у природі не буває: за синтезом слідує теза, за тезою – антитеза. Антитезою стала книга А. Тофлера (1970) "Крах майбутнього". Друга половина XX століття не принесла людству уявного тріумфу. Розвиток цивілізації, новітні досягнення науки і техніки поряд із грандіозними успіхами зумовили виникнення низки серйозних проблем, з-поміж яких на перший план сьогодні вийшла екологічна безпека.

За сучасного стану технічної озброєності людства, продуктивних сил і виробничих відносин у світовій спільноті, зростання чисельності населення Землі, наростаючої урбанізації, поширення стереотипу суспільства споживання – масштаби вилучення природних ресурсів, ступінь впливу на навколишнє середовище та його забруднення стали небезпечними для самого людства. Відбувається зміна історично сформованого середовища існування, до якого за довгі роки еволюції людина генетично адаптована.

Екологічні проблеми, з якими зіткнулася людина на межі століть, є наслідком збільшення обсягу відходів промислових підприємств і хімічних заводів, що скидаються в навколишнє середовище, нераціонального використання хімічних засобів захисту рослин">засобів захисту рослин та добрив. Вміст багатьох хімічних елементів і знаходження різних їхніх форм у ґрунтах сільськогосподарських угідь стало залежати від методів господарювання. Причому техногенне забруднення захоплює все нові території. У зв'язку з цим інтенсивний розвиток отримав новий розділ агрохімії, що вивчає комплексний вплив агрохімічних засобів на біосферу та їхні екологічні функції при антропогенному впливі на агроекосистеми або при техногенному забрудненні – екологічна агрохімія.

У сучасних умовах академіком Б.А. Ягодіним (2002) визначено такі завдання екологічної агрохімії:

– організувати внесення хімічних елементів у ґрунт, що визначається точними розрахунками, які дозволяють максимально підвищити їхнє використання рослинами, збільшують продуктивність рослин, знижують втрати поживних елементів і забруднення ними навколишнього середовища, а також покращують сам ґрунт і підвищують його родючість;

– надавати рекомендації щодо оптимізації кругообігу хімічних елементів у сільськогосподарських угіддях та природних біоценозах, що сприяють постійному поліпшенню навколишнього середовища;

– здійснювати розробку методів визначення параметрів живлення рослин при додаванні в середовище одних хімічних елементів та переведенні в незасвоювані форми інших з метою отримання сільськогосподарської продукції заданого елементного складу з урахуванням закону про генетично закріплені коефіцієнти використання елементів живлення, що надійшли в організм;

– вивчати регуляторні функції мікроелементів та їхню роль у реалізації адаптивних властивостей рослин, механізмів надходження елементів у рослини та їхній вплив на проникність клітинних мембран як найважливішого фактора формування якості біомаси рослин;

• Організувати постійний територіально розвинений моніторинг вмісту всіх елементів у добривах, ґрунті, повітрі, поливній та питній воді, рослинах і тваринах. Забезпечити подальше отримання знань щодо елементного складу дієти людини з урахуванням спадковості, місць проживання та вікових особливостей людей;
• Вивчати причинно-наслідкові зв'язки між змінами зовнішнього середовища та явищами, що виникають у рослинах, з тим щоб своєчасно реагувати на будь-які небажані зміни в біохімічних та фізіологічних процесах у рослин, які ведуть до порушення якості продукції. Фіксувати зрушення, що виникають, в інтенсивності окремих біохімічних реакцій і фізіологічних процесів та зміну ряду процесів обміну і, як наслідок, зміну кількості та якості продукції, отримуваної від даного виду;
• Здійснювати визначення оптимумів елементного складу різних сільськогосподарських, лікарських та інтродукованих рослин у біогеохімічних провінціях, організацію територіального розміщення культурних рослин відповідно до карти біогеохімічного районування та наявних ресурсів вмісту елементів;
• Проводити виявлення штучних потоків елементів за рахунок переміщення посівного матеріалу та харчових продуктів територією країн і континентів, оцінку їхніх розмірів і порівняння з потужністю природних біогеохімічних міграцій елементів, оцінку впливу промисловості та іншої господарської і побутової діяльності людини на зміну елементного складу сільськогосподарських об'єктів у регіонах, субрегіонах та провінціях;
• Регулювати з використанням природної екологічної обстановки цілеспрямоване коригування елементного складу сільськогосподарської продукції до оптимальних значень.

Л.А. Лебедєва та І.Л. Єдемська (2005) рекомендують підходити до проектування системи удобрення з позиції екологічної агрохімії. Ними було показано, що науково обґрунтована система удобрення вирішує три єдині завдання:

• Створення оптимальних умов живлення рослин з метою реалізації генетичного потенціалу вирощуваної культури за кількістю та якістю отримуваної продукції;
• Підвищення агрономічної та економічної окупності витрат при використанні агрохімічних засобів з метою відтворення родючості ґрунтів та отримання високих урожаїв сільськогосподарських культур;
• Реалізація екологічних функцій агрохімічних засобів у конкретних агроекосистемах.

З урахуванням сучасного стану навколишнього середовища, академіком В.Г. Мінєєвим (2004) були встановлені, конкретизовані та сформульовані екологічні функції агрохімії:

Забезпечення оптимального кругообігу біогенних елементів в агроценозі з активним їхнім балансом.

Регулюючи біологічний кругообіг речовин, створюючи їх активний баланс і вміст у ґрунтах та рослинах, агрохімія виконує важливу екологічну функцію, оскільки порушення балансу біогенних елементів у системі ґрунт–рослина веде до погіршення хімічного складу ґрунтів, природних вод і рослин, що своєю чергою негативно позначається на поживній цінності продукції і може призвести до різних функціональних захворювань людини та тварин. Підтримання позитивного балансу та активного біологічного кругообігу елементів живлення в землеробстві – основа високої продуктивності агроекосистем.

Відтворення родючості, поліпшення властивостей і гумусного стану ґрунтів. 1052

Ці завдання успішно вирішуються при веденні високої культури землеробства, що передбачає комплексне використання агрохімічних засобів – органічних і мінеральних добрив, хімічної меліорації ґрунтів.

Саме науково обґрунтована система використання агрохімічних засобів дозволяє уникнути зниження біологічної активності та погіршення фізико-хімічних і хімічних властивостей ґрунтів, а також запобігти її дегуміфікації. Без добрив не можна досягти розширеного відтворення родючості ґрунту – необхідної умови для забезпечення росту урожайності. З реалізацією потенційної продуктивності районованих сортів сільськогосподарських культур створюються більш сприятливі умови для збереження навколишнього середовища.

Оптимізація живлення культурних рослин біогенними макро- та мікроелементами. Оптимізація умов повітряного та мінерального живлення рослин посилює діяльність фізіологічних бар'єрів, що обмежують надходження не затребуваних для біосинтезу хімічних елементів та токсичних речовин у рослини. Це своєю чергою дозволяє отримати екологічно безпечну продукцію для живлення людини та тварин. Збалансоване забезпечення рослин елементами живлення підвищує стійкість рослинного організму до несприятливих факторів навколишнього середовища, посилює стійкість до хвороб і шкідників.

Зниження негативних наслідків від глобального та локального техногенного забруднення агроекосистем важкими металами та іншими токсичними елементами. Ця найважливіша екологічна функція агрохімії досягається наступними методами:

• Інактивацією рухомих форм важких металів у кореневмісному шарі ґрунту шляхом зниження кислотності ґрунтів;
• Застосуванням органічних добрив;
• Внесенням оптимальних для росту і розвитку норм та співвідношень макро- і мікроелементів.

Виконання цієї екологічної функції агрохімії дозволяє отримати екологічно безпечну продукцію харчування.

Поліпшення радіоекологічної ситуації в агроекосистемі. Факторами іммобілізації радіоактивних елементів у ґрунті та зниження їх надходження в рослини є:

• Вапнування кислих ґрунтів;
• Внесення органічних добрив;
• Застосування раціональних норм фосфорних і калійних добрив.

Створення оптимальних культурних агроландшафтів для різних природних регіонів відповідно до їх спеціалізації. Шляхом цілеспрямованої зміни хімічного складу ґрунту, рослин і ґрунтових вод створюють культурний ландшафт, що якісно відрізняється від природного. Знаючи оптимальні параметри хімічного складу ланок агроландшафту, можна науково обґрунтованим застосуванням агрохімічних засобів суттєво його поліпшити. У цьому суть однієї з важливих екологічних функцій агрохімії.

Добрива і хімічні меліоранти – важлива ланка в системі протиерозійних заходів. Науково обґрунтована система застосування добрив, створюючи оптимальні умови для росту і розвитку кореневої системи рослин, покращує фізичні властивості ґрунту, що в сукупності сприяє кращому захисту його від ерозії та знижує втрати елементів живлення.

Підвищення біологічної активності ґрунту і поліпшення структури його мікробоценозу. Добрива мають суттєвий вплив на біологічну активність і структуру мікробоценозу ґрунту, причому їх вплив може бути прямим і опосередкованим, через зміну умов життя рослин і ґрунтової біоти. Безпосередньо добрива впливають на процеси асоціативної та симбіотичної азотфіксації.

Оптимізація мінерального живлення рослин підвищує стійкість до хвороб. Фітозахисний ефект залежить від видів і форм добрив.

• Фосфорні добрива різко знижують захворюваність зернових культур бурою іржею та кореневою гниллю.
• Агресивність збудника снігової плісняви озимого жита послаблюють антагоністи (бактерії, гриби, актиноміцети), розвиток яких посилюється при використанні добрив.

Добрива сприяють не тільки реалізації генотипу конкретної культури за продуктивністю, а й поліпшенню якості одержуваної продукції.

І в цьому, підкреслює В.Г. Мінєєв (2004), важко переоцінити фундаментальне і прикладне значення агрохімії як науки, що займає активні позиції у забезпеченні постійно зростаючого населення планети високоякісними продуктами харчування.

Комплексна реалізація вищеперелічених екологічних функцій агрохімії – завдання раціональної системи удобрення та хімічної меліорації ґрунтів.