Химия в сельском хозяйстве

Химия в сельском хозяйстве

План

1. Удобрения и их классификация

Химическая мелиорация почв

Химические средства защиты растений

Химизация животноводства

Химия в сельском хозяйстве и её направления

Химизация — это одно из направлений научно-техниче­ского прогресса, основанное на широком применении химиче­ских веществ, процессов и методов в различных отраслях, на­пример в сельском хозяйстве.

Основные направления химизации сельского хозяйства:

• Производство минеральных макро- и микроудобрений, а также кормовых фосфатов.

Внесение извести, гипса и других веществ для улучше­ния структуры почв.

Применение химических средств защиты растений: гербицидов, зооцидов и инсектицидов и т. д.

Использование в растениеводстве стимуляторов роста и плодоношения растений.

Разработка способов выращивания экологически чис­той сельскохозяйственной продукции.

Повышение продуктивности животных с помощью сти­муляторов роста, специальных кормовых добавок.

Производство и применение полимерных материалов для сельского хозяйства.

Производство материалов для средств малой механиза­ции, использующихся в сельском хозяйстве.

Основная цель химизации сельского хозяйства — обеспе­чение роста производства, улучшение качества и продление сроков сохранности сельскохозяйственной продукции, повы­шение эффективности земледелия и животноводства.

Удобрения и их классификация

Эффективность удобрений значительно возрастает, если их применяют в комплексе с другими приемами агротехники. Сейчас в мире более 90% удобрений не возвращается в почву, откуда они взяты с урожаем, а безвозвратно теряется в сточ­ных трубах городов и населенных пунктов. Чудовищная концентрация населения в городах привела к из­влечению из почвы всех минеральных удобре­ний, вследствие чего почва производит про­дукты питания низкого биологического каче­ства, которые снижают энергию и жизнедеятельность народа. Однако чрезмерное и неправильное использование удобре­ний в сельском хозяйстве дает также значительный отрица­тельный эффект. Использование удобрений и пести­цидов в сельском хозяйстве приводит к избы­точному содержанию нитритов и нитратов в сельскохозяйствен­ной продукции, загрязнению водоемов, морей и океа­нов вымываемых удобрениями.

По происхожде­нию удобрения разделяют на:

• неорганические (минеральные)

орга­нические

органо-минеральные

• бактериальные.

Минеральные удобрения — неорганические вещества (в ос­новном соли), содержащие необходимые для растений элемен­ты питания. Их получают химической или механической об­работкой неорганического сырья и другими способами.

По составу бывают:

• Азотные

Фосфорные

Калийные

Микроудобрения (борные, молибденовые и т. д.)

Органические удобрения. Питательные элементы в них находятся в веществах растительного и животного происхож­дения. Это навоз, торф, жмых, фекалии, пищевые отходы и отбросы, лю­пин, сераделла.

Органо-минеральные удобрения содержат органические и минеральные вещества. Их получают путем обработки амми­аком и фосфорной кислотой органических веществ (торфа, сланцев, бурого угля) или путем смешивания навоза либо тор­фа с фосфорными удобрениями.

Бактериальные удобрения — препараты, содержащие культуру микроорганизмов, фиксирующих органическое ве­щество почвы и удобрений (азотобактерин, нитрагин почвен­ный).

По агрегатному состоянию они могут быть:

• Твердыми

Жидкими

• Сус­пензированными

По агрохимическому воздействию они могут быть:

• Прямые

Косвенные

• Препараты, регули­рующие рост растений

I. Прямые удобрения предназначаются для непосредст­венного питания растений. Они содержат азот, фосфор, ка­лий, магний, серу, железо и микроэлементы (В, Mo, Cu, Zn) и делятся на:

a) Простые, которые содержат один из элементов питания: азот, фосфор, калий, молибден и т. д. В свою очередь, их под­разделяют на:

1) азотные удобрения, которые различают по форме со­единений азота:

• Аммиачные

Аммонийные

Нитратные

Амидные

Их сочетания

2) фосфорные удобрения, в основу классификации кото­рых положена их растворимость в воде и органических кисло­тах, они делятся на:

• растворимые в воде (гидрофосфат аммо­ния)

нераст­воримые в воде, но растворимые в растворах лимонной кисло­ты и ее солей (преципитат)

труднорастворимые в воде (фосфоритная мука, простой суперфосфат)

3) калийные удобрения разделают на:

• сырые соли (мине­ралы каинит, сильвинит)

• концентрированные удобрения, по­лученные переработкой природных калийных солей (КС1, K₂SO₄), золы (древесные и торфяные), содержащие поташ — К₂СО₃

4) микроудобрения — технические смеси, содержащие микроэлементы В(ОН)₃ (Н₃ВО₃, молибдат аммония и др.).

b) Комплексные удобрения: содержат не менее двух пита­тельных элементов.

II. Косвенные удобрения применяют для химического, физического, микробиологического воздействия на почву с целью улучшения условий использования удобрений. Напри­мер, для нейтрализации кислотности почв применяют моло­тые известняки, доломит, гашеную известь; для мелиорации солонцов используют гипс; для подкисления почв используют гидросульфит натрия.

Химическая мелиорация почв

Химическую мелиорацию проводят для улучшения качества почв с повышенной кислотностью или щелочностью. В первом случае осуществляют известкование, во втором — гипсование.

Химические средства защиты растений

Ежегодно из-за вредителей, сорняков и болезней в мире теряется до 24% урожая. Суммарный ущерб сельскому хозяй­ству ежегодно исчисляется в 70 млрд долларов.

Для борьбы с вредителями, сорняками и болезнями в на­шей стране ежегодно выпускают более 500 тыс. т пестицидов. Их применение позволяет сберечь до сотни тысяч тонн урожая в год.

По назначению пестициды делят на:

• инсектициды (для борьбы с вредными насекомыми)

фунгициды ( для излече­ния растений и почвы от грибковых заболеваний)

гербициды (для уничтожения сорняков)

бактерициды (для уничтожения вред­ных микроорганизмов)

зооциды (для уничтожения грызунов)

половые аттрактанты (для приманки вредителей и их уничтожения)

репелленты (для отпу­гивания вредных насекомых от растений, которыми они питаются)

хемостерилянты (для стерилизации вредных насекомых)

Широкое применение пестицидов не только ведет к росту урожайности, но и к таким отрицательным последствиям, как:

• гибель диких животных при обработке полей пестици­дами

массовое размножение вредителей после применения пестицидов

появление вредителей, устойчивых к пестицидам

Уменьшить вредное влияние пестицидов на природу можно, пользуясь следующими методами борьбы с грызунами:

• Карантинный метод (предепреждение распространения вредителей)

Селекционный метод (выведении сортов расте­ний и пород животных, устойчивых к болезням и вредным на­секомым)

Агротехнический метод (обработки почвы, введение севооборотов и т.д.)

Химический метод (созданию новых пестицидов с высокой избирательностью действия и большой скоростью распада)

Физический способ (ультразвук, ультрафиолет, электропропольник и т.д.)

Биологический метод. Основан на использовании:

• энтомофагов и паразитов вредителей

хищных и насекомоядных птиц и млекопитающих

микробов и вирусов — возбудите­лей болезней вредителей

синтетических аналогов биологи­чески активных веществ

Пестициды

Пестициды – это химические вещества, предназначенные для борьбы с вредными организмами.

Пестициды, объединяющие группы гербицидов, уничтожающих сорняки; инсектицидов, уничтожающих насекомых-вредителей; фунгицидов, уничтожающих патогенные грибы; зооцидов, уничтожающих вредных теплокровных животных - это все средства защиты растений. Основная часть пестицидов – это яды.

Пестицидное отравление губительно, особенно для птиц. Дело в том, что птицы особенно чувствительны к ядохимикатам. В результате отравления пестицидами у птиц происходит истончение скорлупы откладываемых яиц, в результате они бьются при простом насиживании. Даже для человека пестициды вредны. Ученые предполагают, что «безвредные» следы их метаболиков, сохранившиеся в пище, способны снижать сопротивляемость болезням, постепенно накапливаясь в организме до опасного уровня. Пестициды могут вызвать аллергию, диатез и другие заболевания. Большую опасность представляют пестициды, проникшие в ткани растений и животных.

Главный эффект использования пестицидов состоит в снижении видового разнообразия.

Пестициды относятся к ингибиторам ферментов. Под воздействием пестицидов перестает протекать часть биологических реакций, что дает возможность бороться с болезнями, гербициды уничтожают сорняки, а инсктитциды – вредных насекомых.

Большинство пестицидов получены синтетическим путем. Пестициды являются основным химическим средством защиты растений, и пока самым эффективным, хотя и небезопасным, методом по борьбе с сорняками, вредителями и болезнями.

Использование пестицидов сложно и неоднозначно. С одной стороны благодаря пестицидам можно довольно легко избавиться от сорняков и вредителей, с другой – очевидно вредное влияние пестицидов на растительный и животный мир, на человека, в том числе.

Возможность применения пестицидов во всех развитых странах регламентируется законами. В результате к применению допускаются только препараты, наиболее безопасные. В Росси используются пестициды строго по назначению и лишь в тех случаях, когда химические пестициды нельзя заменить биологическими аналогами.

Меры безопасности, соблюдать которые необходимо при работе с пестицидами

Большинство пестицидов в организм человека поступают через органы дыхания, желудочно-кишечный тракт и кожу. Особенно опасно отравление пестицидами при обработке посевного материала. Пестициды токсичны. Все работы с пестицидами проводятся с использованием средств индивидуальной защиты. Продолжительность работы с пестицидами не должна превышать 4 часов. Запрещено работать с пестицидами подросткам до 18 лет, кормящим и беременным женщинам.

Конечно, средства защиты растений от группы компаний Агропром-МДТ не несут в себе разрушительных действий. Пестициды, разработанные и произведенные лучшими производителями, обладают всеми степенями защиты, они, практически, безвредны. И, тем не менее, при работе с пестицидами следует строго соблюдать технику безопасности.

Гербициды

Гербициды – химические вещества, специально разработанные для уничтожения сорняков. По характеру действия могут быть сплошного действия и избирательного действия. Гербициды сплошного действия уничтожают подряд всю растительность, тогда как гербициды избирательного действия избирательного действия уничтожают одни растения и оставляют неповрежденными другие. Первый вид гербицидов используется для уничтожения растительности вокруг промышленных объектов, на аэродромах, шоссейных и железных дорогах и т.д. Эти гербициды используются для уничтожения конопли. Гербициды избирательного действия применяются для защиты от сорняков культурных растений. Гербициды подразделяются на

• гербициды наружного действия, поражающие наземные части растений;

• гербициды внутреннего действия, убивающие растение полностью.

Нужно сказать, что все гербициды, также как и пестициды опасны для здоровья человека и жизни животных.

Возможно использование гербицидов избирательного действия на определенных культурах, сама же культура остается неповрежденной, а нежелательная сорная растительность, произрастающая рядом, подавляется. Если не вести борьбу с сорняками, потери урожая могут достигать даже 100%. Сорные растения создают множество проблем: они являются переносчиками вредителей и болезней, осложняют процесс уборки урожая, увеличивают затраты на очистку продукции.

До середины 19 века борьба с сорняками, естественно, велась вручную. Затем стала применяться механическая обработка. Открытие гербицидов избирательного действия в 20 веке дало возможность с помощью химических препаратов бороться сорняками. Применение гербицидов привело к увеличению урожайности и улучшению качества продукции.

Главное отличаем гербицидов избирательного действия заключается в том, что борьба сорняками производится без нанесения вреда основной культуре.

В настоящее время применение гербицидов избирательно действия стали основной частью сельхоз практики во всем мире, что дает возможность использовать гибкие и экономичные методы борьбы с сорняками. Избирательные гербициды эффективно борются даже с многолетними сорняками, обладающих мощной корневой системой.

Фунгициды

Основная сфера применения в мире фунгицидов заключается в защите плодовых, зерновых, овощных культур. В ближайшее время применение фунгицидов в мире должно увеличиться.

Фунгициды – это химические вещества, предназначенные для борьбы с грибковыми болезнями растений и для протравливания семян.

Фунгициды используются для борьбы с фитофторозом.

Фунгициды эффективны в зонах контакта растений с грибными спорами, в основном на листьях.

Существует, так называемые комбинированные фунгициды, которые способны отодвинуть проявление болезни растений на 20-30 суток.

Фунгициды эффективны в борьбе против альтернариоза. А грибные болезни являются причиной больших потерь урожая, при этом качество продукции также снижается. В этом случае применение фунгицидов просто необходимо.

Главное правило в борьбе с сорняками говорит о том, что, прежде всего, необходимо обладать знаниями в области применения средств защиты растений, как их использовать, в каких количествах.

Химизация животноводства

Химизация животноводства — это комплекс мер, способ­ствующих повышению качества кормов и продуктивности животных. Основные ее направления:

• 1. Использование химических консервантов и стабилизаторов кормов

• Раскрывая первый пункт плана, необходимо подчеркнуть, что для создания прочной кормовой базы важно не только увеличить заготовку кормов, но и улучшить их качество, снизить потери при уборке и хранении. Одной из форм заготовки зелёных кормов – их химическое консервирование. Химическое консервирование обеспечивает хорошую сохранность питательных веществ, подавляет развитие гнилостных и маслянокислых бактерий, предотвращает нежелательные ферментативные процессы.
  В качестве консервантов используют пропионовую и бензойную кислоты, пиросульфат и гидросульфат натрия, консервант низкомолекулярных кислот, мочевину, аммиак. Химические добавки при силосовании трав, кукурузы, подсолнечника, бобово-злаковых смесей повышают качество корма и значительно сокращают потери питательных веществ.

2. Использование кормовых дрожжей и микробиологического белка и их влияние на продуктивность животных

Раскрывая второе направление химизации животноводства, необходимо остановиться на том, что для повышения содержания перевариваемого протеина в рационах питания скота и птицы используют кормовые дрожжи, белки микробиологического происхождения. Так при применении 1 тонны кормовых дрожжей в рационе питания птицы можно получить дополнительно 2 тонны мяса или 35 тыс. яиц.
В качестве сырья для промышленного производства микробиологического белка применяют отходы переработки нефти и древесины, природный газ. Подсчитано, что использование всего 2 % мировой добычи нефти для микробиологического синтеза белка может удовлетворить потребность 2 млрд. человек в белковой пище, 100 тыс. тонн белка полученного таким способом заменяют корма с 2 млн. гектаров пастбищ или 60 тыс. гектаров соевых полей. В тоже время необходимо помнить, что производство кормового белка должно быть экологически чистым, основанном на безопасной для здоровья людей технологии.
При составлении пищевых рационов для откорма животных более безопасно в экологическом плане вводить в растительную пищу незаменимые аминокислоты, которые получают ферментативным путём или полным синтезом. Так, добавка 0,4 % лизина к пшеничной муке повышает её биологическую ценность не менее чем на 50 %. В птицеводстве и свиноводстве в качестве источника белка выбрана соевая мука, обогащённая метионином, налажено промышленное производство кормового концентрата лизина. Включение 40 г. этого концентрата (2,5 г. в пересчёте на чистый лизин) в рацион двухмесячных поросят обеспечивает прирост живой массы на 15, 6 %, а затраты кормов на единицу прироста уменьшаются при этом на 15 %.

3. Использование мочевины и других кормовых добавок в животноводстве

• Переходы к рассмотрению третьего направления химизации животноводства, необходимо отметить, что в экологическом отношении безопаснее недостаток протеина в рационе питания животных восполнять не с помощью белково-витаминных концентратов, а за счёт мочевины, гидрокарбоната аммония и других аммониевых солей, органических и минеральных кислот.
  Введение в рацион питания животных мочевины позволяет экономить от 20 до35 % кормового белка. По качеству перевариваемого азота 1 г. мочевины заменяет 2,6 г. протеина корма. Телятам старше 5 месяцев в сутки дают по 40–50 г. мочевины, крупному рогатому скоту при откорме – по 50–90 г. Единица затрат, израсходованная на приобретение мочевины, приносит дополнительно животноводческую продукцию, стоимость которой в 8 раз больше.
  Полноценность рационов питания сельскохозяйственных животных определяют по сбалансированности содержания минеральных веществ, витаминов и других биологически активных веществ. Всего в организме животных обнаружено более 80 химических элементов, но изучено пока значение лишь 1/3 из них. Минеральные вещества входят в состав всех органов животных и выполняют в них те или иные специфические функции (регулируют осмотическое давление крови и других жидкостей организма, поддерживают кислотно-щелочной баланс, макро- и микроэлементы обеспечивают оптимальные условия биохимических реакций, функционирование ферментов и гормонов, распад и синтез органических соединений, которые активно содействуют процессам расщепления, всасывания и усвоения питательных веществ, обезвреживания и выведения из организма продуктов распада). Например, важнейший биогенный элемент – фосфор. Фосфор входит в состав молекул белков, нуклеиновых кислот и других веществ без которых невозможна жизнь. Содержание фосфора в теле животного (в перерасчёте не Р2О5) достигает 1 %. Фосфор вместе с кальцием составляет основу костной ткани, играют очень важную роль в обменных процессах. Эти два элемента входят в состав 65 – 70 % всех минеральных веществ в организме. Поэтому для нормального роста и развития животные нуждаются в кормовых фосфатах. Включение их в рацион питания коров увеличивает надои молока на 5 –10 %. Для восполнения дефицита фосфора в качестве кормовых добавок используются также динатрийфосфат, диаммонийфосфат и фосфат мочевины, преципитат обезвоженного фосфата. Вместе с тем избыток фосфора в питательном рационе затрудняет всасывание и усвоение организмом животного солей магния. Важную роль играют и другие минеральные вещества, содержащие необходимые элементы. Так, железо, медь, марганец, кобальт и кальций участвуют в синтезе гемоглобина, сера – в синтезе белка, йод – составная часть гормона щитовидной железы, хлор входит в состав соляной кислоты, входящей в желудочного сока, многим животным необходима поваренная соль как источник натрия и хлора. Недостаток в рационе питания животных тех или иных макро- и микроэлементов тормозит их рост и развитие, ухудшает воспроизводительную функцию, вызывает различные заболевания. У стельных коров при недостатке минеральных веществ, необходимых для формирования костяка плода, эти вещества изымаются из материнского организма, приводя к рассасыванию последних позвонков хвоста, а иногда и последних рёбер. При сильной степени деминерализации у стельных коров расшатываются и даже выпадают зубы.

• 4. Применение стимуляторов роста в животноводстве

• Для ускорения откорма скота и птицы, повышения их плодовитости и улучшения качества продукции в последнее время всё более широкое применение находят биостимуляторы, витамины, гормоны, ферменты, антибиотики и тканевые препараты. Сейчас в животноводстве используют более 30 различных витаминов, и в первую очередь А, В, С, Д, Е. Особенно в них нуждаются стельные коровы, так как недостаток витаминов замедляет протекание биохимических реакций в организме как матери, так и плода. Применение витаминов и других стимуляторов роста обеспечивает увеличение суточных привесов крупного рогатого скота, овец, свиней и цыплят на 10 – 15 % при уменьшении расхода кормов на 0,5 – 2,5 кормовые единицы. Себестоимость 1 ц. мяса снижается на 5 – 15 %. На 3 – 8 % сокращаются заболеваемость молодняка. Чаще всего биологически активные вещества даются в виде смеси микроэлементов, витаминов, ферментных препаратов, антибиотиков. Так же огромное значение имеют стимуляторы роста животных – вещества, которые управляют протекающими в организме процессами синтеза и распада. Стимуляторы роста, применяемые в животноводстве, можно разделить на гормональные и негормональные. Среди первых отдают предпочтение природным, менее опасным. А фитоэстрогены, содержащиеся в зелёных растениях потребляются животными летом и без контроля человека. Их использование не может принести вреда, так как это проверено тысячелетней практикой. Негормональные стимуляторы роста находят всё большее применение, однако сейчас, учитывая рекомендации медиков, их использование, особенно антибиотиков, стараются ограничить. Но совсем отказываться от них не стоит, поскольку абсолютно безвредных веществ в природе нет, взять хотя бы тот же сахар или соль – всё зависит от дозы. Первый гормоном роста был создан в 1936 – 38 гг. – сыворотка жеребых кобыл (ЖК). В последствии появились и синтетические гормоны: диэтилстильбэстрол – ДЭС – ускоритель роста, но выяснилось, что он вызывает рак шейки матки у женщин. От него отказались, да и к остальным стали относиться настороженно. Сейчас отдают предпочтение белковым гормонам, например, таким, как соматотропные (СТГ), действие которых оказывается вне конкуренции. Но главное преимущество СТГ в том, что они не накапливаются в организме, так как очень быстро распадаются до пептидов и аминокислот – абсолютно безвредных и легкоусвояемых организмом. К сожалению, пока СТГ можно получить только одним способом – выделить из гипофиза животных. А это чрезвычайно дорого.