Лабораторная работа №11 Письменно выполните задания к лабораторной работе
Сделайте конспект "Химизация сельского хозяйства"
Выполните задания:
1. Перечислите причины массового распространения организмов - вредителей.
2. Заполните таблицу по преимуществам и недостаткам химического способа борьбы с вредителями.
3. Составьте три схемы классификации пестицидов: по объектам применения, по характеру действия, по химическому строению.
Под химизацией понимают широкое применение химических веществ для борьбы с сорняками, вредителями и болезнями растений, использование минеральных и органических удобрений, а также химическую мелиорацию – известкование и гипсование почв.
С целью борьбы с вредителями, болезнями, сорняками в сельском хозяйстве применяют разнообразные химические препараты (пестициды), группируемые по тем видам организмов, на которые они действуют, – фунгициды (уничтожают грибы), родентициды (убивают грызунов), гербициды (уничтожают растения), инсектициды (уничтожают насекомых). Ни один из химикатов не отличается полной избирательностью к конкретным организмам, включая и людей. Нередко поэтому их называют биоцидами (вещества, губительно действующие на различные формы живых организмов).
Пестициды (от лат. pest – зараза и cidos – убивать) – это химические или биологические препараты, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорными растениями, вредителями хранящейся сельскохозяйственной продукции, для регулирования роста растений, предуборочного удаления листьев и подсушивания растений. Пестициды в настоящее время являются неотъемлемой частью технологий возделывания сельскохозяйственных культур во всем мире. Они широко применяются также в процессе хранения и транспортировки готовой продукции, при дезинсекции и дезинфекции помещений.
В сельском хозяйстве вредят насекомые, клещи, нематоды, моллюски, грызуны, сорные растения, грибы, бактерии, вирусы. Сейчас вредные организмы достигли такого распространения, какого они не имели никогда раньше. Причины этого явления в следующем:
1) расширение посевных площадей, которое привело к увеличению числа видов, питающихся культурными растениями. До II половины XVIII в. некоторые вредные виды были известны лишь энтомологам (например, колорадский жук, численность которого стала резко возрастать после 1875 г., когда начали возделывать картофель в Мексике);
2) расширение товарообмена между континентами, из-за чего вместе с товарами перевозятся и вредные виды;
3) в естественных биоценозах имеет место саморегуляция; в агроценозах она ограничена, и задача сохранения урожая практически целиком ложится на человека.
Химический метод сейчас является решающим в защите растений, но он должен применяться в комплексе с другими методами (агротехническим, биологическим, карантинным, физико-механическим), то есть необходимо внедрять интегрированные системы защиты растений.
Химический метод имеет ряд преимуществ:
1) высокая биологическая эффективность (снижение численности вредного вида в результате обработки);
2) быстрый результат;
3) механизация применения;
4) высокая экономическая эффективность.
Однако тотальное применение пестицидов вызывает целый ряд нежелательных последствий:
1) токсичность для человека, животных и полезных насекомых;
2) циркуляция в окружающей среде, миграция по пищевым цепям;
3) проблема ОКП (остаточных количеств пестицидов) в продукции;
4) появление специфической устойчивости вредных организмов к
пестицидам.
Пестициды классифицируют по объектам применения, по характеру действия, а также по химическому строению.
Классификация пестицидов по объектам применения делит пестициды на группы с учетом объекта, для борьбы с которым они используются:
1) для регулирования численности насекомых предназначены инсектициды, клещей – акарициды, нематод – нематоциды, грызунов – родентициды, моллюсков – малакоциды;
2) для подавления развития грибных заболеваний – фунгициды, бактериальных заболеваний – бактерициды;
3) для уничтожения сорной травянистой растительности – гербициды, древесно-кустарниковой растительности – арборициды.
В то же время среди этих групп пестицидов возможно подразделение на более специфические подгруппы: афициды – для борьбы с тлями; вермициды – для борьбы с червями; овициды – для уничтожения яиц вредных насекомых и клещей; ларвициды – для уничтожения личинок насекомых.
Классификация по объектам применения в известной степени условна, так как многие пестициды обладают универсальным действием. Например, некоторые препараты (карбофос) поражают как насекомых, так и клещей – это инсектоакарициды. Акарофунгициды подавляют грибные болезни, а также клещей (например, препараты серы). Многие гербициды при увеличении норм расхода могут уничтожать древесно-кустарниковую растительность, т.е. относиться к арборицидам.
По характеру действия различают пестициды контактного, системного и фумигационного действия.
1. Контактные пестициды оказывают свое действие лишь в месте непосредственного нанесения на растение.
2. Пестициды системного действия, напротив, - это вещества, хорошо проникающие и передвигающиеся внутри растения, длительно сохраняются в нем и подавляют вредный организм через растение (фунгициды, акарициды, инсектициды) или уничтожают полностью все растение (гербициды). Такие пестициды особенно эффективны против колюще-сосущих вредителей, патогенов, развивающихся внутри растения, и сорных многолетних растений с мощной корневой системой.
3. Пестициды фумигационного действия (фумиганты) – химические вещества, проникающие во вредный организм через дыхательные пути в виде газа или пара.
В сельском хозяйстве используются и химические препараты, регулирующие физиологические процессы, протекающие в растениях:
1) дефолианты – химические вещества для предуборочного удаления листьев с растений с целью ускорения их созревания и облегчения механизации уборочных работ;
2) десиканты – химические вещества для предуборочного высушивания растений;
3) регуляторы роста растений – вещества, вызывающие стимуляцию или подавление роста и развития растений. Из них часто выделяют ретарданты – препараты, снижающие темпы роста растений, что приводит к укорачиванию стеблей и побегов.
По химической структуре выделяют три большие группы:
1) неорганические соединения (соли меди, фосфиды, сера);
2) вещества природного происхождения (биопестициды – микробиологические и вирусные препараты, продукты микробиологического синтеза);
3) органические синтетические соединения (это самая большая группа).
Наконец, химические препараты делят на группы в зависимости от степени опасности для теплокровных животных и человека.
Использование пестицидов вызывает ряд экологических проблем. Более 98% распыляемых инсектицидов и 95% гербицидов достигают места назначения, что приводит к тяжелым последствиям для окружающей среды и для почвы. Проблема загрязнения почв пестицидами – важнейшая экологическая опасность для современного общества. Наиболее стойким видом считаются хлорорганические пестициды. Их пагубное воздействие на почву продолжается десятилетиями, что отрицательно влияет на сохранение почвенного покрова. Повышенное накопление данного вещества оказывает заметное воздействие на среду, вплоть до развития заболеваний у людей и животных.
Поскольку загрязнение природных сред пестицидами является глобальной проблемой, ученые всячески пытаются найти методы ее решения. Одним из путей является создание менее токсичных соединений и уменьшение эффективных доз; комбинированное применение пестицидных веществ с другими методами: биологический, агротехнический, химический. Сюда относится использование естественных хищных или паразитарных видов, способных устранить нежелательных вредителей; энтомопатогенных грибов, бактерий или вирусов, вызывающих заболевания у паразитов.
Применение удобрений в сельском хозяйстве имеет важное значение для управления плодородием почв, повышения урожайности и пищевой ценности сельскохозяйственных культур. Нарушение агрохимических и гигиенических регламентов применения удобрений приводит к чрезмерному накоплению их в почве, растениях они загрязняют продовольственное сырье и пищевые продукты, оказывая тем самым токсическое действие на организм человека. В зависимости от химического состава различают удобрения азотные, фосфорные, калийные, известковые, микроудобрения, бактериальные, комплексные и др.
Условно их можно подразделить на минеральные и органические.
Необходимость в удобрениях объясняется тем, что естественный круговорот азота, фосфора, калия, других питательных для растений соединений, не может восполнить потерь этих биоэлементов, уносимых из почвы с урожаем.
Азотные удобрения в зависимости от формы соединения азота существуют: аммиачные, аммонийные, нитратные, аммонийно-нитратные, амидные. Азот играет важную роль в жизнедеятельности растений как компонент белков, нуклеиновых кислот, витаминов и других биологически активных веществ. Нитратная форма удобрений в допустимых дозах способствует образованию в растениях аскорбиновой кислоты и кальция, аммонийная – фосфора.
Фосфорные удобрения различаются количеством, оксида фосфора Р2O5, самый распространенный вид – суперфосфат.
Калийные удобрения – калийная соль, калийно-аммиачная селитра и др. Калий не входит в органический состав веществ растений, он активно участвует в углеводном и белковом обменах.
Удобрения при неправильном их применении могут привести к отрицательным последствиям, таким как:
- неоправданные экономические затраты;
- ухудшение качества продукции (накопление нитратов в овощах, картофеле и т.д.; повышенные дозы N снижают содержание сахара в сахарной свекле, крахмала в картофеле); Нитратный азот при избыточном содержании в сельскохозяйственной продукции может стать причиной возникновения опасных заболеваний. Нитраты в кишечнике под действием ферментов и желудочного сока могут трансформироваться в нитрозамины. Нитрозамины стабильны, токсичны, являются канцерогенными веществами, обладают тератогенным, иммуиодепрессивным эффектом, действуют на печень, лимфатическую и кровеносную системы. Нитрозамины могут образовываться при жарке, солении, длительном хранении сваренных продуктов. Наиболее быстро нитрозамины образуются при присоединении нитратов и нитритов. В кислой среде (например, желудка) нитриты дают азотистую кислоту, а она, взаимодействуя со вторичными и третичными аминами, образует канцерогенные нитрозамины (рис. 27).
Рисунок 27 – Образование нитрозаминов в кислой среде
Минеральные удобрения при научно обоснованном их применении не являются существенным фактором загрязнения окружающей среды. Однако полностью исключить негативное влияние их на биосферу нельзя.
Химическая мелиорация – система мер химического воздействия на почву для улучшения её свойств и повышения урожайности сельскохозяйственных культур. При химической мелиорации из корнеобитаемого слоя почвы удаляются вредные для сельскохозяйственных растений соли, в кислых почвах уменьшается содержание водорода и алюминия, в солонцах — натрия, присутствие которых в почвенном поглощающем комплексе ухудшает химические, физико-химические и биологические свойства почвы и снижает почвенное плодородие.
Способы химической мелиорации:
- известкование почв (в основном в нечернозёмной зоне) – внесение известковых удобрений для замены в почвенном поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия ионами кальция, что устраняет кислотность почвы;
- гипсование почв (солонцов и солонцовых почв) – внесение гипса, кальций которого заменяет в почве натрий, для снижения щёлочности;
- кислование почв (со щелочной и нейтральной реакцией) – подкисление почв, предназначенных для выращивания некоторых растений (например, чая) при внесении серы, дисульфата натрия и др.
К химической мелиорации относят также внесение органических и минеральных удобрений в больших дозах, приводящее к коренному улучшению питательного режима мелиорируемых почв, например песчаных.
К химической мелиорации приходится прибегать в тех случаях, когда необходимо быстро изменить их неблагоприятные для растений свойства, повысить плодородие. Для этого в почву вносят химические соединения, улучшающие или изменяющие ее свойства. В сельском хозяйстве наиболее часто применяют известкование кислых почв и гипсование, а иногда кислование щелочных.
Химическую мелиорацию целесообразно применять и для улучшения свойств солонцовых почв. Солонцовые почвы отличаются крайне неблагоприятными для растений свойствами, обусловленными присутствием в почвенном поглощающем комплексе (ППК) этих почв значительных количеств ионов натрия. Именно повышенное содержание в почве ионов натрия вызывает процесс осолонцевания почв, в результате чего образуются солонцы, обладающие плохими водно-физическими свойствами. Эти почвы отличаются высокой вязкостью, липкостью, сильным набуханием во влажном состоянии и способностью к уплотнению при иссушении, а также слабой физиологической доступностью влаги. Известкование является одним из вариантов мелиорации, у которого есть достаточно много разных ограничений, и его можно использовать лишь при специальных условиях севооборота. Каким грунтам необходимо известкование? Эту процедуру рекомендуется производить исключительно на кислых грунтах, которые проходят активную обработку перед засеиванием зерновыми культурами. На сильнокислотных грунтах мелиорация данного вида может также быть использована как один из вариантов защиты окружающей среды, что объясняется минимальным влиянием антропогенной нагрузки на окружающую среду. Касаемо технологического аспекта — известкование насыщает землю кальцием и магнием, что дает возможность предотвратить ухудшение питательного режима сельскохозяйственных культур и их подкисление.
Эта технология применяется не только в больших агротехнических компаниях, ее также используют дачники и мелкие фермеры. Специалисты советуют оптимизировать баланс кислотности в земле путем внесения в нее гашенной извести, получаемой в процессе переработки известняка и мела. Обработка земли этим наполнителем производится ранней весной или осенью. Повторять эту процедуру нужно раз в 4-5 лет.
Известкование не всегда оправдывает себя даже тогда, когда грунты кислые. В тех регионах, где преобладают нейтральные или щелочные почвы, известковый метод мелиорации может быть заменен гипсованием. В СНГ этот метод давно применяют на территории Казахстана и Западной Сибири. В условиях активного подщелачивания нужно добавлять удобрения органического происхождения, и в качестве радикального метода стимуляции свойств земли используется химический вид мелиорации гипсованием. Результат, которого добиваются с помощью данного метода, выражается в появлении нейтрального сульфата натрия, не вредящего сельскохозяйственным культурам при его небольшом содержании в земле. Используя сбалансированное орошение, остатки натрия выводятся из земли очень просто. Для тех растений, которые очень чувствительно реагируют на наличие кальция в минеральной основе земли, гипсование способно в несколько раз увеличить урожайность.
Наличие солонцов на земле подтверждает то, что происходит активное деградирование плодородных грунтов и есть острая потребность в использовании специальных мер по восстановлению. Среди них находятся и химические методы, которые существенно превосходят агробиологические виды мелиорации, как решение проблем с солонцами. Это объясняется тем, что для проведения самомелиорации, чаще всего, мало кальциевых солей, а это вынуждает использовать для регуляции специальные химические средства. Помимо этого, альтернативные способы мелиорации типа гидротехнических и комплексных вариантов являются не особо эффективными в условиях сильной увлажненности, потому что продукты, производимые в результате их реакций практически моментально вымываются.
Обработка земли кальцием – это один из самых оптимальных и эффективных вариантов регуляции солонцов. Как исходный материал можно использовать природные залежи или отходы промышленности, в составе которых находится много кальция. Как показывают результаты многолетних опытов, химическая обработка земли при помощи фосфоросодержащих и кальциевых материалов – это очень важный процесс, с помощью которого можно поддерживать продуктивность плодородного слоя на оптимальном уровне. Уже спустя один год после того, как в землю было внесено активное сырье, начинают происходить кардинальные изменения физических и водных свойств грунта: исчезает земляная корка, существенно увеличивается эффективность дренажа и в общем улучшается структура земляного покрова.
Мелиорация солонцов с помощью органоминеральных компостов
отчасти является комплексным методом, потому что в нем применяется комбинация удобрительных, кальциевых, фосфорных и кислотосодержащих элементов. Все вышеперечисленные компоненты входят в компост на основе навоза и используются для оптимизации пищевого режима земли. Как выяснилось на практике, после химической мелиорации при помощи органоминеральных компостов создаются максимально благоприятные условия, при которых значительно улучшается гумусное состояние плодородного слоя земли.
Без правильно выбранной под определенные условия системы мелиорации, сегодня невозможно активно возделывать землю и регулярно получать на этой земле богатый урожай. Чтобы точно определить технологии и методы, с помощью которых можно будет урегулировать задачи связанные с мелиорацией, нужно провести полное комплексное исследование. В наше время даже на бытовом уровне можно сделать качественный анализ состояния грунта, используя для этого специальные приборы для измерения параметров рН, освещенности и влажности. Что касается конечного результата, то эффективность от процесса мелиорации будет иметь достаточно долгоперспективный характер, благодаря активному воздействию плодородного слоя земли на гранулометрический состав.