Хімія і сільське господарство

Хімізація – це один із напрямів науково-технічного прогресу, заснований на широкому застосуванні хімічних речовин, процесів і методів в різних галузях, наприклад в сільському господарстві.

Основні напрямки хімізації сільського господарства:

  1. Виробництво мінеральних макро- і мікродобрив, а також кормових фосфатів.
  2. Внесення вапна, гіпсу та інших речовин для поліпшення структури ґрунтів.
  3. Застосування хімічних засобів захисту рослин: гербіцидів, еооцидів і інсектицидів і т. д.
  4. Використання в рослинництві стимуляторів росту і плодоношення рослин.
  5. Розробка способів вирощування екологічно чистої сільськогосподарської продукції.
  6. Підвищення продуктивності тварин за допомогою стимуляторів росту, спеціальних кормових добавок.
  7. Виробництво та застосування полімерних матеріалів для сільського господарства.
  8. Виробництво матеріалів для засобів малої механізації, що використовуються в сільському господарстві.

Близько половини всіх елементів Періодичної системи Д. І. Менделєєва застосовується в сільському господарстві. Вплив багатьох з них ще невідомий, і тим з вас, хто стане в майбутньому фахівцями сільського господарства, належить з’ясувати це.
Основна мета хімізації сільського господарства – забезпечення зростання виробництва, поліпшення якості та продовження термінів зберігання сільськогосподарської продукції, підвищення ефективності землеробства і тваринництва.

Важливим напрямком хімізації сільського господарства є використання методів біотехнології і генної інженерії для вирішення продовольчих проблем.

Рослини і ґрунт

Ґрунт і рослини не тільки взаємопов’язані, а й взаємозалежні. Розглянемо, що дає ґрунт рослині:

  • він є середовищем існування коренів і підземних видозмін стебла (кореневища, бульби, цибулини);
  • ґрунт можна розглядати як посередника між рослиною і добривами, рослиною і вологою;
  • ґрунт – це джерело поживних речовин для рослини.

 

Розглянемо і зворотний зв’язок – що дає рослина ґрунту:

1) виникненням своїм і подальшим «розвитком» ґрунт «зобов’язаний» головним чином життєдіяльності нижчих і вищих рослин (В. В. Докучаєв, П. А. Костичев, В. Р. Вільямс);

2) найважливіші властивості ґрунту: вміст перегною і його якість, структура і міцність (а також пов’язані з ними режим водо-, повітро-і теплообміну, динаміка поживних речовин), поглинальна здатність, кислотність – визначаються багато в чому життєдіяльністю рослин і мікроорганізмів.

Способи впливу на ґрунт рослин і мікрофлори, що живе в їх підземних частинах, можна розділити на фізичні, хімічні та біологічні.

1. Фізичні:

а) затінюючий ефект рослинності призводить до зменшення нагрівання ґрунту сонцем і скорочення випаровування ґрунтової води;

б) розпушує і стискає вплив кореневої системи на структуру ґрунту.

2. Хімічні:

а) в результаті кореневого дихання в ґрунт виділяється вуглекислий газ, який, розчиняючись в ґрунтовій волозі, утворює вугільну кислоту. Ці іони активні і витісняють з гумусу і мінералів, руйнуючи їх, в ґрунтовий розчин катіони і аніони.

б) змінюється хімічний склад різних ґрунтових горизонтів в результаті поглинання корінням зольних елементів з більш глибоких шарів і відкладення їх при відмиранні рослин в ґрунті;

в) коріння рослин виділяють в ґрунт органічні речовини – кислоти, вуглеводи, амінокислоти та ін.

3. Біологічні:

а) кореневими виділеннями харчуються мікроорганізми, яким належить важлива роль в мобілізації поживних речовин для рослин: фіксації атмосферного азоту, розкладанні важкорозчинних фосфатів, мінералізації органічних сполук, виділення ростових речовин і вітамінів, утворення гумусу з рослинних залишків і т. д .;

б) мікрофлора ґрунту, крім користі, може приносити і шкоду: вона містить паразитів і збудників грибних і бактеріальних захворювань. Крім корисних аммоніфіціруючих і нітрифікуючих бактерій в ґрунті є денітріфікатори, що руйнують селітру і виділяють азот.

Добрива і їх класифікація

Ефективність добрив значно зростає, якщо їх застосовують в комплексі з іншими прийомами агротехніки.

Д. І. Менделєєв в 1867 р. писав: «Я повстаю проти тих, хто друковано і усно проповідує, що вся справа в добриві, що добре удобрюючи, можна і так-сяк орати».

Застосування добрив дає хороший результат, якщо дотримуються наступні умови:

  • Правильно і своєчасно обробляють ґрунти, впроваджують комплекси заходів по боротьбі з її ерозією, бур’янами, різними шкідниками і хворобами рослині, а також підбирають кращі сорти.
  • Правильно поєднують органічні і мінеральні добрива, широко застосовують місцеві добрива.
  • Вибирають дози, співвідношення, форми, терміни і способи внесення добрив з урахуванням сівозмін.

Необхідність застосування добрив в сільському господарстві яскраво ілюструє твердження Ю. Лібнха про те, що цивілізації процвітають і гинуть разом зі своїм ґрунтом: Рим викидає в стічні труби родючість Сицилії. Він мав на увазі, що разом з пшеницею з Сицилії в Рим вивозили і найважливіші живильні речовини, які вже не поверталися в ґрунт Сицилії, а безповоротно виносилися через стічні труби столиці Італії в море. Сицилія, колишня житниця Риму, перетворилася з часом в район з найбіднішими ґрунтами в світі.

За твердженням французького вченого Андре Вуазена зараз в світі більше 90% добрив не повертається в ґрунт, звідки вони взяті з урожаєм, а безповоротно втрачається в стопних трубах міст і населених пунктів. Він пише: «Чи йде мова про Рим або про інших великих метрополіях минулого, жахлива концентрація населення в юродах привела до вилучення (відчуження) з ґрунту всіх мінеральних добрив. Навіть якщо врожаї залишаються ще протягом деякого часу досить високими, все ж ґрунт виробляє продукти харчування з недоліками (наприклад, з недостатнім вмістом йоду і кобальту), низької біологічної якості, які знижують енергію і життєдіяльність народу з такою ж неминучістю, з якою ґрунт пасовища , з якої поступово йде фосфорна кислота або асимільована мідь, знижує енергію і життєвість тварин.

Іншими словами, виснаження ґрунту через нестачу мінеральних елементів внаслідок їх виносу в стічні труби гігантських метрополій послаблює людей, викликаючи приховані недоліки, які американський вчений Альбрехт називає прихованим голодуванням, що вбиває народи повільно» .

Однак надмірне і неправильне використання добрив в сільському господарстві дає також значний негативний ефект. Виникнення найважливіших проблем: надмірний вміст нітритів і нітратів у сільськогосподарській продукції; необхідність вирощування екологічно чистих плодів і овочів; забруднення водойм, морів і океанів вимиваючими добривами; включення отрутохімікатів, що застосовуються в сільському господарстві, в круговорот речовин – ось та ціна, яку платить людство в обмін за досягнення високих врожаїв при використанні добрив і пестицидів в сільському господарстві.

Розглянемо класифікацію добрив. За походженням їх поділяють на неорганічні або мінеральні, органічні, органо-мінеральні і бактеріальні. За агрегатним станом вони можуть бути твердими та рідкими.

Мінеральні добрива – неорганічні речовини (в основному солі), що містять необхідні для рослин елементи живлення. Їх одержують хімічною або механічною обробкою неорганічної сировини.

До мінеральних відносять також добрива, одержувані з азоту повітря або що є побічними продуктами при виплавці металу (томасшлак), коксохімічному виробництві та виробництві капролактаму (сульфат амонію).

Мінеральні добрива, одержувані хімічною переробкою сировини, відрізняються більш високою концентрацією поживних елементів.

За складом мінеральні добрива підрозділяються на азотні, фосфорні, калійні та мікродобрива (борні, молібденові та т. д.).

Органічні добрива. Живильні елементи в них знаходяться в речовинах рослинного і тваринного походження. Це в першу чергу гній, а також різні продукти переробки речовин рослинного і тваринного походження (торф, макуха, рибне і кров’яне борошно, пташиний послід, фекалії, міські відходи і выдходи різних харчових виробництв). Сюди відносять і зелені добрива (люпин, серадела).

Органо-мінеральні добрива містять органічні і мінеральні речовини. Їх отримують шляхом обробки аміаком і фосфорною кислотою органічних речовин (торфу, сланців, бурого вугілля) або шляхом змішування гною або торфу з фосфорними добривами.
Бактеріальні добрива – препарати, що містять культуру мікроорганізмів, які фіксують органічна речовина ґрунту і добрив (азотобактерин, нітрагін ґрунтовий).
З агрохімічного впливу мінеральні добрива поділяють на прямі, непрямі і препарати, що регулюють ріст рослин.

I. Прямі добрива призначаються для безпосереднього живлення рослин. Вони містять азот, фосфор, калій, магній, сірку, залізо і мікроелементи і діляться на:
Прості, які містять один з елементів живлення: азот, фосфор, калій, молібден і т. д. В свою чергу, їх поділяють на:

  • азотні добрива, які розрізняють за формою сполук азоту: аміачні, амонійні, нітратні, амідні, і їх поєднання;
  • фосфорні добрива, в основу класифікації яких покладено їх розчинність у воді і органічних кислотах, вони діляться на: розчинні у воді (гідрофосфат амонію, дигідрофосфат амонію, подвійний суперфосфат), нерозчинні у воді, але розчинні в розчинах лимонної кислоти і її солей (преципітат), важкорозчинні у воді (фосфоритне борошно, простий суперфосфат);
  • калійні добрива поділяють на: сирі солі (мінерали каїніт, сильвініт), концентровані добрива, отримані переробкою природних калійних солей (KCI, KgS04), золи (деревні і торф’яні);
  • мікродобрива – технічні суміші, що містять мікроелементи В (ОН) 3 (Н3ВО3, молібдат амонію та ін.).

Комплексні добрива містять не менше двох живильних елементів.

II. Непрямі добрива застосовують для хімічного, фізичного, мікробіологічного впливу на ґрунт з метою поліпшення умов використання добрив. Наприклад, для нейтралізації кислотності ґрунтів застосовують мелені вапняки, доломіт, гашене вапно; для меліорації солонців використовують гіпс; для підкислення ґрунтів використовують гідросульфіт натрію.

Органічні добрива

У сільськогосподарських рослинах виявлено понад 70 хімічних елементів. Але для нормального росту, розвитку і плодоношення рослин необхідні лише 16 з них, в тому числі: елементи, що поглинаються мул води і повітря, – кисень, вуглець і водень; макроелементи – азот, фосфор, калій, кальцій, магній і сірка; мікроелементи молібден, мідь, цинк, марганець, залізо, бор, кобальт, йод і т. д.

Кожен з хімічних елементів необхідний для виконання строго певної фізіологічної функції. Відсутність в ґрунті хоча б одного з них веде до різкого порушення життєвих процесів в рослинному організмі. Ці елементи надходять в ґрунт з органічними добривами.
Вносима на поля органіка не тільки збагачує ґрунт елементами живлення, але і підвищує у ній вміст гумусу, який після розкладання його мікроорганізмами забезпечує рослини багатьма необхідними речовинами. Крім того, органічні добрива значно покращують фізичні властивості ґрунту, збільшують її повітря-і вологопроникність.
Недарма кажуть: Клади гній густо – в коморі не буде порожньо. Гній є повним добривом, так кік до складу його входять основні поживні речовини, які беруть участь в утворенні рослинної маси. Тверді і рідкі виділення тварин, солома та інші матеріали підстилки худоби є складовими частинами гною.

Торф утворюється внаслідок відмирання і неповного розпаду болотних рослин в умовах підвищеної вологості і недостатнього доступу повітря.

Якість торфу визначається його ботанічним складом, ступенем розкладання, вмістом азоту, золи і зольних елементів, а також кислотністю.

Торф має під впливом мікроорганізмів розкластися, і тільки після цього азот стає доступним рослині. Щорічно в країні на сільськогосподарські потреби витрачають близько 120 млн т торфу, тобто майже 3/4 всієї його видобутку.

Пташиний послід – швидкодіюче добриво, містить всі основні поживні речовини.
Склад поживних речовин в посліді домашніх птахів в основному залежить від якості корму. Азотовмісні речовини, наявні в пташиному посліді, швидко розкладаються з утворенням аміаку, тому найкраще зберігати і застосовувати послід, змішаний з торфом або перегноєм.

Зола деревна і соломи містять калій, фосфор, кальцій і ряд інших елементів. Калій міститься в золі у вигляді поташу, тобто в формі, найкращою для всіх культур, особливо для чутливих до хлору. Найбільше калію міститься в гречаній золі, а також в соняшниковій. Багато його в золі іржавої і пшеничної соломи. Деревна зола містить в 2-3 рази менше калію, ніж зола соломи, але зате в ній більше кальцію.

Компости – це суміші різних розкладаючих речовин, що містять елементи живлення, доступні для засвоєння рослинами. До їх складу можуть входити найрізноманітніші матеріали тваринного і рослинного походження, що представляють собою відходи господарства. Зараз велику увагу звертають на компостування торфу з гноєм, золою, фосфоритним борошном. Спільне застосування органічних і мінеральних добрив здійснюють не тільки у вигляді компостів, а й у формі органо-мінеральних сумішей різного складу. Зелені добрива – це зелена маса деяких рослин сідератів, вирощуваних на полях і заорених в землю з метою підвищення родючості ґрунтів. Для цих цілей застосовують рослини, на коренях яких утворюються бульби. У цих клубеньках живуть бактерії, що засвоюють азот повітря. 1 т зеленого добрива за своєю дією рівноцінна 1 т гною. З усіх видів зелених добрив найбільш поширені люпин. Це рослини, що добре ростуть на всіх ґрунтах, включаючи найбідніші піски і важкі суглинки.

Сапропель – цінний природний концентрат із вмістом органічних речовин до 96%. Утворюється в стоячих озерах лісотундрової, лісової і лісостепової зон в результаті складного і тривалого біохімічного процесу розкладання щорічно відмираючих і осідаючих на дно мешканців водойм – рослин і тварин. Надбавка врожаю сільськогосподарських культур при внесенні сапропелю може становити до 30% і більше. У нашій країні налічується близько 350 тис. озер, у більшості їх є сапропелеві відкладення. Обстеження більше 2 тис озер показало, що товщина шару сапропелю в них коливається від 3 до 10 м, а в окремих випадках досягає 20 м. За прогнозами запаси сапропелів в країні складають не менше 250 млрд т.

Мінеральні добрива

Мінеральні добрива не тільки збагачують ґрунт поживними елементами, але і замінюють в бажаному напрямку реакцію ґрунтового розчину, активізують деякі біологічні процеси. Розглянемо значення хімічних елементів в житті рослин. До складу рослин входять близько 70 хімічних елементів. Роль всіх хімічних елементів, що входять до складу живих клітин, надзвичайно велика.

Азот входить до складу білків, нуклеїнових кислот, ферментів, хлорофілу. При нестачі азоту в ґрунті рослини розвиваються слабо, особливо їх вегетативна маса. Листя втрачають свій зелений колір і набувають жовті тони. Навпаки, при посиленому харчуванні азотом у рослин утворюється потужна вегетативна маса, зернові вилягають, у них зменшується вихід зерна, а у картоплі при потужному бадиллі знижується бульбоутворення. При цьому в рослинах накопичується надлишок нітратів і нітритів, які мають шкідливий вплив на організм людини.

Фосфор входить до складу найважливіших речовин клітин: ДНК і РНК, фосфоліпідів (складних ефірів гліцерину, жирних кислот і фосфорної кислоти), сахарофосфатів (фосфорних ефірів цукрів), що беруть участь у фотосинтезі. Він утворює АТФ – універсальна енергетична речовина клітини, яка прискорює дозрівання рослин. При його недоліку слабо формується коренева система, листя набувають тьмяно-сірого коліру, затримуються ріст і дозрівання, знижується врожайність.

Калій міститься у великій кількості в молодому листі і пагонах. Він сприяє регулюванню водного балансу рослин. При його недоліку відбувається порушення забарвлення листя (крайоийї опік) і навіть їх опадання. Так званий крайовий опік листя (або запал) – найважливіша ознака калійного голодування: зерно у злаків виходить щупле, невсхоже.
Елементи, присутні в рослинах в невеликих кількостях, від 0,001% і менше, називаються мікроелементамі. Добрива, що містять ці елементи, називаються мікродобривами. Елементи, що знаходяться в рослинах в кількостях від 0,00001% і менше, називаються ультрамікроелементами.

Мікродобрива вносять в ґрунт для ліквідації в ньому дефіциту мікроелементів, які хоча і входять до складу рослин в мізерно малих кількостях, але тим не менш грають важливу роль в їх зростанні, розвитку і формуванні повноцінного врожаю. Мікроелементи необхідні рослинам для побудови біохімічних каталізаторів-ферментів. Дослідження показали, що раціональне застосування мікродобрив підвищує врожайність вирощуваних культур на 10- 12% і покращує якість продукції рослинництва.

Доведено, що при оптимальному забезпеченні рослин мікроелементами вміст білка в зерні зростає на 0,8-1,1%, олії в насінні соняшнику – на 0,5-0,8%, цукру в коренеплодах цукрових буряків – на 0,5-1 , 2%.

Найбільш навчений ТМР, з’єднання якого забезпечують фотосинтез, запліднення, зменшують накопичення фенолів і інших шкідливих для рослини речовин. Однак надлишок його знижує дію азоту і фосфору. Ознаки нестачі бору в ґрунті проявляються у кожної культури по-своєму:

• цукровий буряк починає загнивати у верхній частині коренеплоду ще в полі;

• льон уражається бактеріозом і майже не утворює насіння, а волокно його стає коротким і неміцним;

• зернові і зернобобові утворюють мало насіння.

Мідь бере участь у синтезі білка, при її нестачі злаки майже не дають зерна. В якості мідного добрива використовують в основному мідний купорос і відхід хімічної промисловості – мідний недогарок.

Молібден покращує азотне живлення рослин, впливає на врожай насіння, сіна бобових і цвітної капусти. В якості молібденового добрива служить технічна сіль – моліб-дати амонію і натрію.

Марганець, як і залізо, регулює окислювально-відновні процеси в рослинах, підвищує урожай цукрових буряків на 20-30 ц / га. овочевих і ягідних культур ні 10 ц / га. Як добрива застосовують пилоподібні відходи підприємств з видобутку марганцю – марганцевий шлам.

Цинк активізує 30 ферментних систем в клітці, конкурує з бором, фосфором. Як добриво переважно використовують сульфат цинку. Цинкові добрива ефективні на карбонатних ґрунтах при вирощуванні кукурудзи, бавовнику і плодових культур.

У загальній прибавці врожаю, отриманого людством в останні десятиліття, приблизно 50% досягнуто завдяки застосуванню добрив, 25% – використання високоврожайних сортів і 25% – вдосконалення технології обробітку рослин.

Хімічна меліорація ґрунтів

Хімічну меліорацію проводять для поліпшення якості ґрунтів з підвищеною кислотністю або лужністю. У першому випадку здійснюють вапнування, у другому – гіпсування.
Вапнокопання діє на ґрунт багатогранно: покращує діяльність бульбочкових бактерій, підвищує коагулюючу здатність ґрунтових колоїдів, а тому і в 30-40% підвищує ефективність мінеральних добрив; покращує структуру ґрунтів, їх водний і ноадушний режим; сприяє розвитку кореневої системи рослин. Основне вапняне добриво – мелений вапняк СаСО3. Нерозчинний у воді карбонат кальцію йод дією вуглекислого газу (продукту життєдіяльності мікроорганізмів) і води перетворюється у розчинний гідрокарбонат кальцію.

Культурні рослини по-різному реагують на кислотність ґрунту і вапнування. Люцерна, капуста, конюшина, буряк дуже чутливі до кислотності ночі, їм потрібне середовище, близьке до нейтральної (рН 6.2-7,2), тому ґрунт потрібно вапнувати. Пшениця, ячмінь, кукурудза, горох, боби, піку, турнепс, бруква добре ростуть при слабокислій реакції (рН 5.1-6) та вапнуванню. Жито, овес, тимофіївка, гречка переносять помірну кислотність (рН 4.5-5,0). Картопля, льон, соняшник легко переносять помірну кислотність і вимагають вапнування тільки на сильно- і середньокислих ґрунтах. Люпин, серадела, чайний кущ малочутливі до підвищеної кислотності ґрунтів. Крім вапняків, як вапняних добрив застосовують інші карбонатні мінерали: вапняний туф, мергель, доломіт, крейда.

Гіпсування солонцюватих ґрунтів можна розглядати як процес протилежний вапнуванню. У південних районах європейської частини країни, в Західному Сибіру і деяких інших регіонах протягом декількох геологічних епох сформувався особливий тип ґрунтів – солонці та солончаки. Вони містять в ґрунто- поглинаючому комплексі багато катіонів натрію і мають лужну реакцію середовища. Для поліпшення таких безструктурних ґрунтів, запливаючих в вологому стані і глибистої – в сухому, потрібний меліоративний прийом, за хімічною дії протилежний вапнуванню – гіпсування. Його проводять, як правило, в поєднанні зі зрошенням, посівом багаторічних трав, наприклад люцерни, з внесенням органічних добрив. Гіпс СаБОч вирівнює реакцію ґрунтового розчину.

Хімічні засоби захисту рослин (ХЗЗР)

Щорічно через шкідників, бур’янів і хвороб в світі втрачається до 24% врожаю. Сумарний збиток сільському господарству щорічно обчислюється в 70 млрд доларів.

Чому ж бур’яни завдають великої шкоди врожайності вирощуваних культур? У порівнянні з культурними рослинами життєва сила бур’янів дуже велика. Вони активніше поглинають на ґрунту вологу і поживні речовини, затінюють поля, а їх коріння виділяють в ґрунтовий розчин шкідливі для культурних рослин речовини. Бур’яни не тільки знижують урожай і погіршують якість продукції, але іноді можуть повністю занапастити посіви. У всьому світі щорічні втрати зерна становлять 33 млн т, яких вистачило б на те, щоб прогодувати 150 млн осіб на рік. Чи не меншої шкоди, ніж бур’яни, культурним рослинам завдають шкідники і хвороби. Досить сказати, що сільськогосподарські культури уражаються приблизно 4 тис. видів комах.

Для боротьби зі шкідниками, бур’янами та хворобами в нашій країні щорічно випускають понад 500 тис. т пестицидів. Їх застосування дозволяє зберегти до сотні тисяч тонн врожаю в рік.

Розглянемо класифікацію пестицидів

Пестициди поділяють на кілька видів. Для боротьби зі шкідливими комахами застосовують інсектициди, для лікування рослин та ґрунту від грибкових захворювань – фунгіциди, для знищення бур’янів – гербіциди, для знищення шкідливих мікроорганізмів – бактерициди, гризунів – лооціди. Великого значення набуває останнім часом використання особливих пестицидів, які не вбивають шкідливі організми, а діють на них інакше. Статеві атрактанти застосовують для приманки шкідників і їх знищення, репеленти – для відлякування шкідливих комах від рослин, якими вони харчуються, хемостерілміти – для стерилізації шкідливих комах. Розглянемо окремих представників пестицидів.

У березні 1940 р. швейцарський хімік Пауль Мюллер отримав 4.4 діхлордифенілтрихлорметилметан (ДДТ) і був за це удостоєний Нобелівської премії. ДДТ – отрута контактної і внутрішнього дії. За останні 30 років завдяки ДДТ більше 1 млрд людей врятовано від малярії. Без його застосування для боротьби з личинками комаро-перенеснеків від «того захворювання щорічно гинуло б більше 1 млн осіб в тих районах, де загроза захворювання на малярію особливо великі. Крім цього, ДДТ сприяє викоріненню таких хвороб, як чума, тиф, жовта лихоманка, лейшманіоз, колорадська кліщова лихоманка і ін. Однак дослідження біосфери показали, що в даний час в природному середовищі продовжує циркулювати 1 млн т ДДТ, забруднюючого ґрунт і рослини, що потрапляє в організми людини і тварин. Така величезна кількість цьої стійкої токсичної речовини залишилося в біосфері з 1,5 млн т ДДТ, використаних багато років тому для боротьби з шкідниками сільсько-господарських культур.
Пестицид ДДТ токсичний (отруйний). Він дуже стійкий в природних умовах, накопичується в навколишньому середовищі, жирових тканинах тварин і людей. Ця речовина негативно впливає на нервову систему і обмін речовин у вищих тварин і людини, тому дуже небезпечно. З 1970 р. застосування ДДТ в сільському господарстві нашої країни заборонено. Багато інших держав прийняли такі ж рішення, але до сих пір в жировій тканині тварин знаходять ДДТ. Цей приклад показує, як важливо враховувати віддалені наслідки масового застосування пестицидів і всіх інших біологічно активних речовин, особливо таких, які не зустрічаються в природі, а синтезовані людиною і чужі їй. Факти, подібні історії застосування ДДТ живлять хемофобію – негативне ставлення до використання людьми досягнень хімічної науки і виробництва. Не варто культивувати у себе такий настрій по відношенню до хімії, адже людству просто не вижити в наш час без її продукції. Але треба постійно пам’ятати про екологічний аспект її застосування, враховувати прямі і віддалені наслідки впливу на екосистеми Землі і людини як їх частини. Відкрите через два роки після ДДТ іншу біологічно активну речовину – гексахлорциклогексан С6Н6С16 або гексахлоран, теж є стійким пестицидом, який може міститися в харчових продуктах. У зв’язку з цим у нашій країні вилучені з ужитку такі токсичні і особливо стійкі препарати, як ДДТ, тиофос, гексахлоран, сполуки миш’яку, меркаптофос і ін.

Завдяки цьому середній рівень токсичності застосовуваних в сільському господарстві отрутохімікатів знизився в 5 разів. Для збереження зібраного врожаю застосовують нумаринові з’єднання, що викликають у гризунів внутрішні кровотечі. Ці речовини не є небезпечними для людей і домашніх тварин. Феромони – це хімічні засоби внутрішньовидової сигналізації у тварин, леткі речовини, що виділяються в навколишнє середовище. Розрізняють феромони статеві, збуджуючі, заспокійливі, збору, тривоги, сліду. Перші найбільш вивчені, багато хто з них синтезовані і застосовуються для боротьби з шкідливими комахами шляхом заманювання самців в пастки і дезорієнтації їх в період спарювання. В якості феромонів використовують похідні циклогексенкарбонових кислот – сіглури, мідлури, трімедлури та інші речовини.

Гербіцидами можуть служити ростові речовини. До найбільш важливих ромових гербіцидів відносять 2,4-діхлорфеноксіуксусну кислоту. У високих концентраціях ця речовина сприяє прискореному росту бур’янів, в результаті чого вони гинуть, бо зростання їх стає настільки бурхливим, що коренева система не встигає забезпечити рослини поживними речовинами. Дія гербіцидів може бути виборчою (на однодольні або дводольні рослини, на окремі види) або суцільною. Це залежить від складу речовини і його дози. 80% гербіцидів використовують для знищення бур’янів (хімічної прополки) в посівах кукурудзи, сої, бавовнику, пшениці, рису, цукрових буряків. Для передприбирального видалення листя бавовнику, насіннєвих посівів бобових, картоплі, соняшнику та рису застосовують особливі речовини – дефоліанти, що викликають опадання листя рослин. В якоті дефоліанту в нашій країні найчастіше застосовують хлорат магнію.

На закінчення важливо згадати про регулятори росту, які стимулюють або гальмують ріст і розвиток рослин. Прикладом таких речовин можуть служити тіомочевина, роданид амонію та ін. Краще укорінення живців, регулювання плодоношення, карбування рослин, прискорення дозрівання плодів і проростання бульб доспівуються застосуванням ауксинів і антіауксинів.

Негативні наслідки застосування пестицидів і боротьба з ними

Широке застосування пестицидів не тільки веде до зростання врожайності, збільшення продуктивності праці, рентабельності сільськогосподарського виробництва, а й має негативні наслідки. В якості останніх можна назвати:

  • загибель диких тварин при обробці полів пестицидами;
  • масове розмноження шкідників після застосування пестицидів;
  • поява шкідників, стійких до пестицидів.

Загибель диких звірів пояснювалася тим, що пестициди виявлялися небезпечними не тільки для шкідників, але і для теплокровних тварин, чому сприяла концентрація пестицидів в трофічних ланцюгах. Так, при обробці однієї з водойм на північному заході США проти комарів препаратами ДДТ його концентрація у воді була 0,14 мг / л; в планктоні – 5 мг / л; в тілі риб, що харчувалися планктоном, – 40-1000 частин на мільйон, в тілі хижих риб – 350-2500 частин на мільйон. Результатом такого збільшення концентрації ДДТ була загибель 970 пар піщанок з 1000, що мешкали на цьому озері. З ростом застосування пестицидів їх стали виявляти в продуктах харчування. Добре відомий механізм гострої інтоксикації пестицидами при нещасних випадках. Стало ясно, що навіть в невеликих дозах вони діють на нервову, ендокринну, статеву та інші системи.
Масове розмноження шкідників після застосування пестицидів пояснюється тим, що разом зі шкідливими комахами знищувалась і наступна ланка – хижі комахи. Жива природа – це не пасивний об’єкт нашого впливу, вона відповідає на нього активною пристосувальною реакцією. Цим пояснюється поява шкідників, стійких до пестицидів, причому їх кількість збільшується. У 1965 р. було 120 стійких видів, у 1978р. – 260, у 1983 р. – 430, а у 1988 р. – вже понад 500 видів.

Рух повітря в атмосфері і води в гідросфері, інші фізико-хімічні процеси призводять до того, що при звичайній технології застосування пестициди поширюються далеко за межі об’єкта, для якого були призначені. Часті випадки, коли розпилення гербіцидів призводить до їх потрапляння на лісосмуги, а в результаті гинуть і корисні комахи, і птахи, і ссавці.

Пестициди здатні мігрувати на дуже великі відстані. В опадах, що випали над островом Барбадос, були виявлені сліди ДДТ. Вони являють собою частинки землі, принесені з Марокко.

Однак відмовитися зараз від пестицидів людство не може, але зменшити їх вплив на природу можливо, якщо використовувати інтегровану систему боротьби зі шкідниками, що включає в себе такі методи:

  1. Карантинний метод включає комплекс заходів, що попереджає поширення найбільш небезпечних шкідників.
  2. Селекційний метод полягає у виведенні сортів рослин і порід тварин, стійких до хвороб і деяким комахам. Сорти соняшнику, виведені Л. А. Ждановим і В. С. Пустовоїтом, стійкі до соняшникової молі-вогнівки, вовчка та борошнистої роси.
  3. Агротехнічний метод включає прийоми обробки ґрунту, введення сівозмін, дотримання терміну посівів І технології збирання, суворе дотримання наукових рекомендацій застосування пестицидів: внесення їх у вказаних дозах у обумовленій концентрації, неухильне дотримання правил транспортування, зберігання і внесення. Можна проілюструвати цей метод прикладом з практики, коли при весняній культивації та боронуванні зябу частина личинок хлібного жука гине від механічної дії, і ті, що опинилися на поверхні стають здобиччю граків.
  4. Хімічний метод безперервно удосконалюється завдяки створенню нових пестицидом з високою вибірковістю дії і великою швидкістю розпаду. Технологія застосування пестицидів вдосконалюється. Зменшується їх витрата, а отже, і розповсюдження у навколишньому середовищі. Застосовується ультрамалооб’єме обприскування, що дозволяє зменшити витрату препарату в багато разів при тій же ефективності. Вона ще більш зростає, якщо повідомити розпиляним краплям електричний заряд, при якому вони прилипають до листя рослин, що мають протилежний заряд. Ще приклад: майже в 2 рази зменшується витрата пестицидів при висіві насіння буряка, поміщених у капсулу з шарів фунгіциду, інсектициду, добрив і нейтрального шару. Необхідна кількість насіння при цьому знижується.
  5. Фізичний спосіб можна проілюструвати на такому прикладі: в боротьбі з нічними комахами застосовують оптичні пастки, що представляють собою лампи розжарювання або ультрафіолетові лампи. Ультразвук надає переважну дію на мікробів, відлякує гризунів. Струм високої напруги можна використовувати для прополки сої, бавовни, цукрового буряка. Електрогенератор, який працює від вала відбору потужності трактора, створює напругу 1600-3000 в., яка повідомляється на горизонтальну штангу, винесену в польову зону. З нею стикаються і гинуть бур’яни, більш високі, ніж культурні рослини. Значна перевага електропропольщіку – знищення бур’янів не тільки в міжрядді, а й в самому рядку.
  6. Біологічний метод найбільш перспективний в екологічному відношенні, оскільки не викликає забруднення навколишнього середовища. Він заснований на використанні:
  • ентомофагів і паразитів шкідників;
  • хижих і комахоїдних птахів і ссавців;
  • мікробів і вірусів – збудників хвороб шкідників;
  • синтетичних аналогів біологічно активних речовин. Наприклад, паразита-яйцеїда трихограму успішно використовують для знищення кукурудзяного метелика, капустяної совки та інших шкідників. Створено мікробіологічні препарати, що викликають хвороби у шкідників: ектобактерін і ін.

Хороші результати дає застосування аналогів природних біологічних речовин, що виділяються шкідниками.

Хімізація тваринництва

Хімізація тваринництва – це комплекс заходів, що сприяють підвищенню якості кормів і продуктивності тварин. Основні її напрямки:

  • виробництво хімічних консервантів і стабілізаторів кормів;
  • виробництво кормових дріжджів і мікробіологічного білка;
  • використання сечовини та інших кормових добавок;
  • застосування стимуляторів росту тварин.

Так, для створення міцної кормової бази важливо не тільки збільшити заготівлю кормів, але і поліпшити їх якість, знизити втрату при збиранні та зберіганні. Найбільш прогресивна форма заготівки зелених кормів – хімічне консервування, так як воно забезпечує хороше збереження поживних речовин, пригнічує розвиток гнильних і маслянокислих бактерій, запобігає небажані ферментативні процеси.

Хімічні добавки при силосуванні трав, кукурудзи, соняшнику і бобово-злакових сумішей підвищують якість корму і значно скорочують втрати поживних речовин. З метою підвищення вмісту перетравного протеїну в раціонах худоби і птиці використовують кормові дріжджі, білки мікробного походження, сечовину та інші речовини. Так, застосування 1 т кормових дріжджів в раціоні птиці дозволяє додатково отримати по 2 т м’яса або 35 тис. яєць.

При складанні харчових раціонів для відгодівлі тварин в даний час екологічно більш обґрунтовано вводити в рослинну їжу незамінні амінокислоти, які отримують ферментативним або повним синтезом. Так добавкою 0,4% лізину до пшеничного борошна можна підвищити її біологічну цінність не менше ніж на 50%.
У птахівництві та свинарстві в якості джерела білка обране соєве борошно, збагачене метіононом.

У нашій країні налагоджено промислове виробництво кормового концентрату лізину – однієї з незамінних амінокислот. Включення в раціон двомісячних поросят по 40 г цього концентрату (2,5 г в перерахунку на чистий лізин) забезпечує приріст живої маси на 15,6%, а витрати кормів на одиницю приросту зменшуються при цьому на 15%.
Недолік протеїну в раціоні тварин можна заповнити, використовуючи сечовину, бікарбонат амонію та інші амонійні солі органічних і мінеральних кислот, безпечні в екологічному відношенні. Згодовування тваринам сечовини дозволяє економити від 20 до 35% кормового білку.

Повноцінність раціонів сільськогосподарських тварин багато в чому залежить від того, наскільки вони збалансовані за змістом мінеральних речовин, вітамінів та інших біологічно активних речовин. Всього в організмах тварин виявлено понад 80 елементів періодичної системи Д. І. Менделєєва, але вивчено значення поки лише однієї третини з цих елементів. Мінеральні речовини входять до складу всіх органів тварин і виконують в них специфічні функції.

Макро- і мікроелементи забезпечують оптимальні умови біохімічних реакцій, функціонування ферментів і гормонів, розпад і синтез органічних сполук. Ці речовини активно сприяють процесам розщеплення, всмоктування і засвоєння поживних і енергетичних речовин, знешкодження і виведення з організмів продуктів розпаду. Нагадаємо значення одного з найважливіших біогенних елементів – фосфору. Він входить до складу молекул складних білків, нуклеїнових кислот, фосфатидів, фітину і інших речовин, без яких неможливе життя. Зміст фосфору в тілі тварини досягає 1%. Фосфор разом з кальцієм складають основу кісток тварин. На ці два елементи припадає близько 65-70% всіх мінеральних речовин. Вони грають дуже важливу роль в обміні речовин, тому для нормального росту і розвитку тварини потребують кормових фосфатів. Включення їх в раціон корів на 5-10% збільшує надої молока. Для заповнення дефіциту фосфору в якості кормових добавок використовують також гідроартофосфати натрію і амонію, кормовий преципітат. Разом з тим надлишок фосфору в раціоні ускладнює засвоєння організмом тварини солей магнію.

Важливу роль в організмі тварин грають і інші хімічні елементи. Залізо, мідь, марганець, кобальт і кальцій беруть участь у синтезі гемоглобіну, сірка – в синтезі білка. Йод є складовою частиною гормону щитовидної залози, хлор – соляної кислоти. Багатьом тваринам необхідна кухонна сіль, яка містить натрій і хлор.
Застосування вітамінів і стимуляторів росту забезпечує збільшення добових доважок великої рогатої худоби, свиней, овець і курчат.

Найчастіше біологічно активні речовини дають у вигляді так званих преміксів – суміші мікроелементів, вітамінів, ферментних препаратів, антибіотиків.

Питання для самоперевірки

  1.  Що розуміють під хімізацією сільського господарства? Які її основні напрямки?
  2. Розгляньте на прикладах взаємозв’язок рослині і ґрунту.
  3. Що таке ППК? Які існують види поглинання речовин ґрунтом?
  4. Розгляньте загальну класифікацію добрив і порівняйте апологічну безпеку мінеральних і органічних добрив.
  5. Яка класифікація добрив: а) мінеральних, б) органічних? Відповідь ілюструє приклад.
  6. Яку роль відіграють мікродобрива у підвищенні врожайності сільськогосподарських культур? Чи існують ультрамікродобрива? Наведіть приклади.
  7. Що розуміють під хімічною меліорацією ґрунту? Які її види вам відомі? У чому сутність кожного з видів?
  8. Що таке пестициди? Які види пестицидів ви знаєте? Які з них використовуються: у вашому присадибному (дачному) господарстві, в побуті?
  9. Як зменшити, негативні наслідки застосування пестицидів на практиці?
  10. Які напрямки хімізації тваринництва ви знаєте? Розкажіть про кожного з них і опишіть значення окремих хімічних речовин в тваринництві для вирішення продовольчої проблеми.
...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Властивості цезію