1. Главная
  2. Агроклассы
  3. Агрохимия

Агрохимия — основы для агроклассов

Агрохимия — наука о питании растений, химических процессах в почве и применении удобрений. Она изучает, как вещества переходят из почвы и удобрений в растение, и отвечает на вопросы агронома: каких элементов не хватает полю, какое удобрение выбрать, когда и как его вносить, чтобы получить высокий урожай хорошего качества и не навредить почве и воде. Агрохимия стоит на стыке химии, биологии и почвоведения; в школе её основы изучают в агроклассах и на курсах по выбору в 9–10 классе.

Что изучает агрохимия

Основатель отечественной агрохимии академик Д. Н. Прянишников описывал её предмет как взаимодействие трёх участников: растение — почва — удобрение. Отсюда основные разделы науки:

  • питание растений — какие элементы нужны растению, в какой форме и на каком этапе роста;
  • химия почвы — состав почвенного раствора, кислотность, поглощение ионов почвенными частицами, превращения соединений азота, фосфора и калия;
  • удобрения — их состав, свойства, превращения в почве, способы и сроки внесения;
  • химическая мелиорация — известкование кислых и гипсование засолённых почв;
  • агроэкология — как не допустить вымывания нитратов и фосфатов в водоёмы и накопления вредных веществ в продукции.

Агрохимия и почвоведение — родственные науки. Почвоведение изучает почву как природное тело: её происхождение, строение, типы. Агрохимия — то, как управлять плодородием почвы с помощью удобрений и мелиорантов. Поэтому в аграрных вузах их часто объединяют в одно направление подготовки — «агрохимия и агропочвоведение».

Основы агрохимии: плодородие, гумус и перегной

Плодородие — способность почвы обеспечивать растения водой, воздухом и элементами питания. Различают естественное плодородие, созданное природой, и эффективное — то, которое реально используется с учётом обработки почвы и удобрений.

Главный носитель плодородия — гумус. Он образуется, когда микроорганизмы перерабатывают отмершие корни, листья, остатки животных. Часть органики минерализуется до углекислого газа, воды и солей, а часть превращается в устойчивые тёмные высокомолекулярные вещества — гуминовые кислоты и фульвокислоты. Этот процесс называют гумификацией, и идёт он годами. Гумус склеивает частицы почвы в комочки и удерживает влагу, а его кислотные группы, как ионообменник, удерживают катионы K⁺, Ca²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺. Медленно разлагаясь, гумус отдаёт растениям азот и другие элементы.

Перегной — не то же самое, что гумус. Это удобрение: навоз или компост, который пролежал год-два и перепрел в рыхлую тёмную массу. Перегной вносят, чтобы пополнить запас органического вещества, из которого в почве потом образуется гумус.

Агроценоз — искусственное сообщество организмов, созданное человеком: поле пшеницы, сад, огород. В отличие от природной экосистемы, из агроценоза каждый год уходит урожай вместе с элементами питания. Если их не возвращать, плодородие падает. Возвращать их с умом — главная задача агрохимии.

История агрохимии

  • Гумусовая теория (конец XVIII — начало XIX века). Немецкий агроном А. Тэер считал, что растения питаются гумусом. Теория объясняла, почему плодородны тёмные почвы, но не объясняла, откуда берётся углерод растения.
  • Теория минерального питания. В 1840 году немецкий химик Ю. Либих опубликовал книгу о применении химии в земледелии. Он доказывал, что из почвы растение берёт минеральные вещества, а углерод — из углекислого газа воздуха. Либих сформулировал закон возврата: элементы, унесённые урожаем, нужно вернуть в почву. Он же сделал широко известным закон минимума: урожай ограничен тем элементом, которого не хватает больше всего. Его иллюстрируют бочкой с досками разной высоты — вода вытекает через самую короткую.
  • Полевые опыты. Ж. Б. Буссенго во Франции ставил опыты прямо в поле и изучал азотное питание растений. В России в 1860-х годах Д. И. Менделеев организовал опытные поля с удобрениями в нескольких губерниях.
  • Физиология растений и почвоведение. К. А. Тимирязев изучал фотосинтез и развивал вегетационный метод; В. В. Докучаев создал научное почвоведение и описал русский чернозём.
  • XX век. Д. Н. Прянишников исследовал азотное питание и превращения аммиака в растении и создал школу агрохимиков. Ф. Габер и К. Бош разработали промышленный синтез аммиака из азота воздуха, после чего азотные удобрения стали массовыми.

Методы агрохимии

МетодКак проводятЧто даёт
Полевой опытполе делят на делянки: на одни вносят удобрение, другие оставляют контрольными; повторяют несколько летдействие удобрения в реальных условиях погоды и почвы
Вегетационный опытрастения выращивают в сосудах с почвой, песком или питательным раствором в вегетационном домикеточный ответ на один вопрос — например, что будет без фосфора
Лабораторный анализхимический анализ почвы, растений и удобрений: pH, гумус, азот, фосфор, калий, микроэлементыцифры, по которым рассчитывают удобрения
Лизиметрический опытпочву помещают в сосуды-лизиметры и собирают воду, просочившуюся сквозь неёсколько элементов вымывается из почвы
Метод меченых атомовв удобрение вводят изотоп, например ¹⁵N или ³²P, и прослеживают его путькакая доля элемента удобрения попала в растение

Сегодня к ним добавились агрохимическое обследование полей с картами кислотности и содержания элементов, приборы для быстрого анализа листьев и снимки из космоса, по которым видно, где посевы растут хуже. Школьный вариант лабораторного метода — практическая работа «Анализ почвы», а вегетационного — выращивание растений в горшках с разной почвой.

Агрохимия в школе: 9 и 10 класс

Отдельного предмета «агрохимия» в обычной школьной программе нет, но её темы встречаются в курсе химии, а в агроклассах и профильных группах из них составляют курсы по выбору — например, «Агрохимия» для 10 класса или практикум по агрохимии.

Практикум по агрохимии удобно собирать из опытов, которые можно сначала отработать в виртуальной лаборатории: определение среды растворов индикаторами, реакция карбонатов с кислотой (опыт «Углекислый газ»), обнаружение иона аммония по аммиаку, сульфат- и хлорид-ионов — по осадкам, калия — по окраске пламени (опыт «Окраска пламени»). Готовый план занятий — на странице «Агрокласс: программа и материалы для учителя».

Главные реакции агрохимии

Ниже — реакции справочника с меткой «Агрохимия»: синтез аммиака и азотных удобрений, получение суперфосфата и аммофоса, превращение карбамида в почве, бордоская жидкость, фотосинтез. Каждая ссылка ведёт на страницу реакции с условиями проведения, признаками и балансом атомов.

Проведите опыт онлайн

Эти опыты есть в виртуальной лаборатории: запустите прямо здесь или откройте на весь экран.

Углекислый газ

Мрамор или сода с кислотой: углекислый газ гасит горящую лучину.

Открыть в лаборатории

Окраска пламени

Петлю с солью вносят в пламя: Na⁺ — жёлтое, K⁺ — фиолетовое, Cu²⁺ — зелёное.

Открыть в лаборатории

Читайте также

Частые вопросы

Что изучает агрохимия?

Питание растений, химические процессы в почве и применение удобрений и мелиорантов. Её цель — высокий урожай хорошего качества при сохранении плодородия почвы и чистоты окружающей среды.

Чем гумус отличается от перегноя?

Гумус — органическое вещество самой почвы, которое годами образуется из растительных остатков. Перегной — удобрение, перепревший навоз или компост; из него в почве потом образуется гумус.

Кто основал агрохимию?

Теорию минерального питания растений заложил немецкий химик Юстус Либих в 1840-х годах. Основателем отечественной агрохимии считают Д. Н. Прянишникова.

Что такое закон минимума?

Урожай ограничивает тот элемент питания, которого не хватает больше всего. Если в почве мало фосфора, избыток азота и калия урожай не поднимет — сначала нужно восполнить фосфор.

Что такое агроценоз?

Искусственное сообщество организмов, созданное человеком: поле, сад, огород. С урожаем из него каждый год уходят элементы питания, и без удобрений плодородие почвы снижается.