Автор работы: Пользователь скрыл имя, 28 Января 2013 в 19:04, реферат
В работе рассматриваются вопросы влияния химических веществ на состав почвы
В настоящее время распространение получили жидкие удобрения. К их числу относят жидкий аммиак и аммиачную воду (20—22 % по NНз), а также растворы в жидком аммиаке или в концентрированной аммиачной воде, в которых растворяют аммиачную селитру, карба-мид, кальциевую селитру. При растворении в аммиаке NH4NO2 и Са(NОз)2 давление паров аммиака снижается и при определенной концентрации солей при обычных температурах оно становится равным атмосферному. Жидкие удобрения легче вносить на поля и удобно использовать для подкормки растений. В то же время их производство проще и дешевле, чем твердых удобрений.
Фосфорные удобрения. Фосфор необходим растениям для синтеза белков клеточных ядер — нуклеопротеидов, а также многих других биологически активных органических соединений. Он накапливается в растениях в довольно больших количествах. Растения как объекты питания обеспечивают фосфором организмы животных, а также человека. В табл. 2 приведено содержание фосфора Р в продуктах питания растительного и животного происхождения.
Природа создала много кладовых фосфорного сырья, в том числе и в нашей стране. Эти кладовые состоят из апатитов и фосфоритов. Эти минералы называют фторапатитом, хлорапатитом, гидроксидапатитом. Наиболее распространен фторапатит. Апатиты входят в состав изверженных магматических пород. Осадочные породы, в которых содержится апатит с включениями частичек посторонних минералов (кварца, кальцита, глины и др.), называют фосфоритами.
В далекие геологические эпохи фосфориты образовались путем минерализации скелетов животных (кости, как известно, состоят в основном из фосфата кальция) или осаждением из воды фосфатных ионов ионами кальция. В природе встречаются аморфные и кристаллические фосфориты. Первые легче поддаются химическому и микробиологическому разложению. Поэтому на некоторых почвах измельченные фосфориты (фосфоритная мука) использовались в качестве удобрений без заводской химической переработки. Для этой же цели применяется костяная мука, которую получают размалыванием обезжиренных костей. Минеральная часть костной ткани состоит из гидроксидапатита. Следует отметить, что люди применяли кости для удобрения полей с древнейших времен. Теперь мы знаем, что особенно большой эффект костяная мука дает на кислых почвах.
В прошлом на Руси были весьма популярны суточные (томленые) щи. Они вкусны и весьма полезны. Основными компонентами суточных щей являются мясо с костями и квашеная капуста. Горшок со сваренными щами помещали в хорошо прогретую русскую печь, которая удерживала тепло целые сутки. Молочная и другие органические кислоты квашеной капусты способствовали расщеплению белков и растворению минеральной части костей. Для этого требовалось время и повышенная температура. Немногие оставшиеся свидетели вспоминают, что косточки в суточных щах были настолько мягкими, что могли быть пережеваны. По существу, процесс взаимодействия гидроксидапатита костей с кислотами напоминает переработку фосфоритов и апатитов в суперфосфат. Из малорастворимых фосфатных соединений под действием кислот получаются более растворимые кислые фосфаты кальция. Эти же химические превращения происходят при внесении костяной муки в кислые почвы.
Химическая сущность производства наиболее дешевого фосфорного удобрения — суперфосфата — сводится к обработке фторапатита серной кислотой:
2Ca5F(РO4)3 + 7H2S04 + ЗН2О == ЗСа(Н2Р04)2 • H2O + 7CaS04 + 2HF
Недостатком суперфосфата является низкое содержание в нем фосфора. Сульфат кальция (гипс) можно рассматривать лишь как транспортный балласт. Правда, для подзолистых и супесчаных почв, в которых содержится мало серы, сульфат кальция оказывается полезным для некоторых растений, потребляющих много серы — бобовые, крестоцветные и др. Однако для большинства растений гипс практически бесполезен.
Для получения удобрения с более высоким содержанием фосфора проводят процесс в две стадии. Вначале получают фосфорную кислоту:
Получающуюся фосфорную кислоту отделяют от гипса и действуют ею на новую порцию сырья:
Ca5F(РO4)3 + H3РO4 + 5H2O = 5Ca5(H3РO4)2 *H2O + HF
Образующийся продукт называют двойным суперфосфатом потому, что в отличие -от простого суперфосфата он содержит примерно вдвое больше питательного вещества. Для устранения слеживаемости и обеспечения хорошей рассеиваемости суперфосфат гранулируют.
Еще одно фосфорное удобрение производят нейтрализацией фосфорной кислоты известковым молоком (суспензией гашеной извести):
Hз Р04+Са(ОН)2 = СаНР04.2Н2О
При большом содержании карбонатов, т. е. при низкой кислотности почв, превращение может пойти дальше:
Са(Н2РO4)2+2СаСОз = Саз(Р04)2 + 2С02+2Н20
В результате вновь получается малорастворимый фосфат кальция Саз(Р04)2, который малодоступен для питания растений.
Таким образом, для эффективного использования удобрений нужно знать и регулировать кислотность почв. Наличие в почве в больших количествах соединений железа (III) и алюминия (III) также снижает эффективность фосфорных удобрений, так как данные ионы образуют с фосфатными ионами малорастворимые соли.
Калийные удобрения. Человек давно заметил, что внесение в почву золы приводит к увеличению урожайности. О том, что ее активным началом является карбонат калия — поташ, стало ясно гораздо позже. До разработки промышленных способов производства соды поташ играл исключительно важную роль в различных производствах:
стекольном, текстильном, мыловаренном и др. Его получали сжиганием древесины, обработкой водой золы с последующим выпариванием водного раствора. Из золы сожженного 1м3 вяза получали 0,76 кг поташа, ивы— 0,63, липы — 0,50 кг. В России лес бездумно сжигали на поташ до середины XIX в. Содержание калия в золе от сгоревших растений обычно очень высокое: в золе соломы злаков от 9 до 22 %, гречишной соломы — 25— 35, стеблей подсолнечника 36—40, торфа 0,5—4,7 %. Само слово «поташ» произошло от древнего нем. «пот» — горшок и «аш» — зола, так как щелок, получающийся при обработке золы водой, выпаривался в горшках.
В организме растений калий регулирует процесс дыхания, способствует усвоению азота и повышает накопление белков и Сахаров в растениях. Для зерновых культур калий увеличивает прочность соломы, а у льна и конопли повышает прочность волокна. Калий повышает стойкость озимых хлебов к морозам и к перезимовке и овощных культур к ранним осенним заморозкам. Недостаток калия у растений проявляется на листьях. Их края приобретают желтую и темно-коричневую окраску с красными крапинками.
Больше всего калийных удобрений требуется для картофеля, сахарной свеклы и других клубне- и корнеплодов, а также подсолнечника, бобовых культур, гречихи. Зерновые хлеба характеризуются средней потребностью в калии. Из почв с низким содержанием калия отличаются торфянистые, супесчаные и пойменные. Ионы калия хорошо поглощаются и удерживаются почвами и потому он в почве малоподвижен. Поскольку калийные удобрения всегда содержат соединения магния, которые, как правило, весьма гигроскопичны, то они легко отсыревают и хранить их нужно в сухом складе.
Калийные удобрения обычно применяют в сочетании с азотными и фосфорными. Естественно, что в таких случаях было бы нерационально вносить отдельно каждое из них. Это потребовало бы больших трудовых затрат. Поэтому часто механически или химически готовят смеси различных удобрений. Смешанные в определенных пропорциях различные удобрения называют туками. При подборе смесей не должно быть потерь питательных веществ и перехода удобрений в малоусвояемую форму, что может быть вызвано химическим взаимодействием компонентов. Так, нельзя добавлять к аммонийным удобрениям удобрения щелочного характера, например поташ. Поэтому к приготовлению многокомпонентных удобрений должны привлекаться химики.
Другие макроэлементы, входящие в питательные вещества. Как уже было отмечено, почвы быстрее всего истощаются азотом, фосфором и калием. Кроме них растениям необходимы в довольно больших количествах и другие химические элементы: кальций, магний, сера, железо. Их содержание в почвах часто близко к потребностям растений и их вынос с товарной продукцией относительно невысок.
Ионы кальция в растениях входят в плазму клеток и играют в ней активную роль. Они необходимы для развития корневой системы, в частности корневых волосков. В растениях кальций накапливается в основном в листьях и товарной части урожая. Поэтому кальций в значительной мере возвращается в почву в процессе естественного круговорота. Извне кальций обычно вносится в почву при ее известковании.
Известно, что процесс
фотосинтеза протекает с
Поскольку сырье для калийных удобрений обычно содержит много магния, то последний переходит в эти удобрения и с ними вносится в почву. Минералы, в состав которых входит магний, весьма распространены в природе. Один из них — доломит MgC03-CaC03, измельченный в виде муки, применяют в качестве магниевого удобрения. Одновременно он проявляет и другую функцию — как средство известкования почвы.
Наибольшая потребность в магнии характерна для табака, свеклы, картофеля, зерновых и зернобобовых культур и бобовых трав. Большой чувствительностью к недостатку магния отличаются просо, чумиза, кукуруза, конопля, сорго. Задержка развития растений наступает в том случае, если содержание магния в почве падает до 1—2 мг на 100 г почвы.
Магний необходим и организму человека. Врачи считают, что одной из причин спазм кровеносных сосудов является недостаток магния. Они установили, что внутривенные и внутримышечные вливания растворов солей магния снимают спазмы и судороги. В организм человека магний поступает с овощами и фруктами. В заметных количествах он содержится в капусте, картофеле и помидорах, но особенно богаты им абрикосы и персики.
Сера входит в некоторые аминокислоты, которые, в свою очередь, входят в состав растительных белков. Считают, что растениями усваивается только сульфатная сера и этому процессу способствуют серобактерии. Около 75 % серы, находящейся в растении, входит в нетоварную часть урожая.
Весьма распространенное заболевание растений — хлороз — связано с недостатком железа. Оно проявляется в пожелтении листьев из-за их неспособности синтезировать хлорофилл. Недостаток в растениях железа приводит также к разрушению биологически активного вещества ауксина, необходимого для корнеобразования и общего роста. Общая потребность растений в железе довольно низкая. В среднем с 1 га с урожаем зерновых культур выносится около 1,5 кг железа. Поэтому соединения железа можно было бы отнести к числу микроудобрений. Конечно, граница между микроудобрениями и макроудобрениями весьма условна.
Микроудобрения. Микроудобрениями называют питательные вещества, которые содержат химические элементы, потребляемые растениями в очень малых количествах. В настоящее время выявлена биологическая роль в жизни растительных и животных организмов бора, меди, марганца, молибдена и др. Удобрения, содержащие эти микроэлементы, получили соответствующие названия.
Борные удобрения вносят в небольших количествах, но они совершенно необходимы. При борном голодании отдельные растения ведут себя по-разному. Например, сахарная свекла загнивает в верхней части корнеплода еще в поле, лен поражается бактериозом и почти не образует семян, а его волокно становится коротким и ослабленным, бобовые растения дают мало семян, а у яблонь и груш происходит «опробкование» внутри плодов.
У растений бор содержится больше всего в пыльце.
Он участвует в кислородном питании тканей и передвижении углеводов из пластинки листа в другие части растения.
Медные удобрения также вносятся в небольших количествах. Растения обеспечиваются медью, если ее содержание выше 0,4 мг на 1 кг сухой почвы. В самих же растениях содержание меди составляет от 3 до 15 мг на 1 кг сухой массы. Медь входит в состав некоторых окислительных ферментов и, значит, принимает участие в окислительно-восстановительных процессах, она влияет на углеводный обмен и образование хлорофилла. Без меди злаковые растения не синтезируют белок, а значит, и не образуют зерна. Установлено, что кости животных и человека содержат относительно много меди. Ее дефицит в организме приводит к искривлению и ломкости костей.
Марганцевые удобрения обычно используют на черноземных и других нейтральных или слабощелочных почвах. Их внесения в кислые подзолистые почвы обычно не требуется. Марганец способствует усвоению растениями азота и накоплению хлорофилла, а также синтезу аскорбиновой кислоты (витамина С). Недостаток марганца в растениях проявляется в побурении и опадании листьев.
Молибдена в отличие от марганца мало в кислых почвах, но обычно достаточно в нейтральных и слабощелочных. Установлено, что молибден непременно входит в клубеньковые бактерии, связывающие в соединения атмосферный азот. При недостатке молибдена в почве нарушается синтез в растениях белковых веществ. Он способствует усвоению растениями азотного удобрения — селитры.
Вероятно, важную роль в жизнедеятельности растений играет кобальт, но пока об этом можно судить лишь на основании косвенных данных. В конце прошлого века в некоторых районах Новой Зеландии, Австралии, Англии и других стран была распространена болезнь скота — сухотка. Это заболевание влекло за собой снижение содержания гемоглобина в крови животных, потерю аппетита, сокращение удоев молока, прекращение прироста живой массы. Трудом многих ученых было установлено, что сухотка связана с недостатком в организме кобальта (акобальтоз), который, в свою очередь, связан с недостатком его в почвах этих районов. Для устранения заболевания в корм скоту стали добавлять кобальтсодержащие соли. В настоящее время установлено, что организм животных и человека синтезирует витамин Biz, недостаток которого приводит к злокачественному малокровию. Непременной составной частью витамина В 12 является кобальт. Вероятно, недостаток кобальта в почве приводит к недостатку его в растениях, а затем и в организме животных, что сказывается на содержании в организме витамина Bia.
Хотелось бы еще раз отметить, что удобрения хороши при употреблении в научно обоснованных количествах. Большой избыток любого удобрения не на пользу растениям, а через них и человеку. Во всем должна быть мера. В случае удобрений эту меру определяют химики-аналитики, проводящие химический анализ почв. Уместно также напомнить старую поговорку, которая гласит: «Нет плохих почв, а есть плохие хозяева».