§ 51.1. Химия и сельское хозяйство

Химизация сельского хозяйства — это внедрение продукции химической промышленности в сельскохозяйственное производство с целью повышения его эффективности. К таким продуктам химической промышленности относят: минеральные удобрения, пестициды, химические мелиоранты, искусственные субстраты и полимерные плёнки в технологиях защищённого грунта, кормовые добавки и ветеринарные препараты в животноводстве, консерванты для сохранности продуктов питания.

Минеральные удобрения и химические мелиоранты

Минеральные удобрения и химические мелиоранты используют для повышения плодородия почв и улучшения качества сельскохозяйственной продукции.

Минеральные удобрения — это химические соединения, содержащие необходимые для питания растений химические элементы. Как вы уже знаете из материала § 40, чаще всего растения испытывают недостаток таких биологически значимых элементов, как азот, калий и фосфор, который восполняется азотными, калийными и фосфорными простыми или комплексными удобрениями. Кроме этого, высока потребность растений в кальции, магнии, сере, железе. Их, как и азот, калий, фосфор, относят к макроэлементам.

В гораздо меньших количествах растения испытывают потребность в таких элементах, как Fe, Mn, Zn, Cu, Co, Na, Mo, В и I. Менее востребованы также Na, Si, Se, Cl, Ni и др. Их называют микроэлементами. Они усиливают иммунитет растений, препятствуют возникновению заболеваний, ускоряют ряд биохимических реакций.

Для улучшения кислотно-основных свойств почв проводят их химическую мелиорацию — внесение веществ, регулирующих рН. Такая необходимость обусловлена тем, что подавляющее большинство сельскохозяйственных культур способно хорошо развиваться и плодоносить лишь в почвах с нейтральной или близкой к нейтральной среде. При выращивании на кислых почвах снижается усвоение растениями азота, фосфора, калия и других элементов, затрудняется развитие корневой системы и обмен веществ в корнях, подавляется жизнедеятельность полезных микроорганизмов.

Для устранения избыточной кислотности почв вносят мелиоранты. Понизить кислотность почвы, то есть повысить её рН, можно внесением в неё гидроксида кальция, называемого гашёной известью, или пушонкой, доломита CaMg(CO₃)₂, цементной пыли, молотого мела или известняка (CaCO₃), древесной золы (CaCO₃, CaSiO₃, K₃PO₄, Na₃PO₄).

Например, нерастворимый карбонат кальция под влиянием содержащегося в почве СО₂ постепенно переходит в растворимый Са(НСО₃)₂:

СаСО₃ + СО₂ + Н₂О = Са(НСО₃)₂.

Образующиеся гидрокарбонат-ионы нейтрализуют кислую среду:

+ H⁺ H₂O + CO₂.

Химические средства защиты растений

Совместное воздействие болезней, вредителей и сорняков приводит к потере урожая. К возбудителям болезней растений относятся грибы, нематоды (черви), бактерии и вирусы.

Пестициды — это большая группа химических веществ, которые используют для защиты растений. Современные пестициды представляют собой сложные органические вещества. Они обладают токсическими свойствами по отношению к бактериям, грибам, вредным насекомым, некоторым видам сорных растений и теплокровным животным. К пестицидам относят также и вещества, вызывающие желательные для человека изменения в культивируемом растении: регуляторы роста, дефолианты.

Регуляторы роста используют для подавления роста нежелательных в сельском хозяйстве растений и насекомых.

Дефолианты вызывают преждевременное старение и опадание листьев («искусственный листопад»), что облегчает уборку урожая.

Фунгициды — химические вещества для борьбы с грибковыми болезнями растений. Как вы уже знаете, кристаллогидраты сульфатов меди(II) и железа(II) применяют для обработки растений, древесины с целью защиты от грибковых заболеваний.

Надо помнить, что многие химические средства защиты растений — это токсичные вещества, ядохимикаты. В той или иной мере они могут причинить ущерб окружающей среде и здоровью человека. Поэтому использовать их следует очень осторожно: с водой и пищей они могут попасть в организм человека и сельскохозяйственных животных. Однако совсем отказаться от них нельзя, так как их использование позволяет обеспечить продовольствием и другими продуктами постоянно возрастающее население нашей планеты. Для безопасности человека и охраны природных объектов должен быть налажен контроль за содержанием и накоплением химических средств защиты растений в окружающей среде и в пищевых продуктах.

Инсектициды — химические препараты, предназначенные для уничтожения вредных насекомых и защиты от них растений, человека и животных.

Феромоны — практически безвредные для людей пестициды. Это, выделяемые животными, насекомыми, иногда растениями летучие вещества, которые обеспечивают коммуникацию между особями одного вида. Они модифицируют поведение, физиологическое или эмоциональное состояние других особей того же вида. В отличие от инсектицидов не оказывают токсичного воздействия на животных и окружающую среду. Феромоны, приманивающие насекомых, позволяют уничтожать значительное количество вредителей. Многие феромоны насекомых учёные научились синтезировать искусственно.

Дезинфицирующие препараты

Чистота — залог здоровья как человека, так и домашних животных. Поэтому химики разработали химические средства для дезинфекции помещений, в которых находятся животные, кормушек, поилок и других средств ухода за животными, молочного оборудования, транспорта для перевозки животных и т. д.

К таким средствам относятся: хлорная известь — смесь Са(СlO)₂, СаСl₂, Са(ОН)₂; гипохлорит натрия (NaClO); гашёная известь (Са(ОН)₂; кальцинированная сода (Na₂CО₃); каустическая сода (NaOH); формалин (СН₂О); питьевая сода (NaHCО₃); перманганат калия (KMnO₄); фенол (С₆H₅OH).

Кормовые добавки

Качественные, сбалансированные по всем питательным компонентам корма необходимы для получения высоких производительных показателей сельскохозяйственных животных. Чтобы получить такой корм, нужно использовать большое количество разнообразных компонентов. Особенно трудно сбалансировать готовый корм по содержанию витаминов, минералов и незаменимых аминокислот. Оптимальным решением является балансирование корма с помощью премиксов.

Премиксы — это витаминно-минеральные добавки к комбикорму, которые содержат все необходимые для организма животных витамины, микро- и макроэлементы. Помимо биологически активных веществ, премиксы включают наполнитель — отруби, дроблёное зерно или продукты его переработки, жмых, кормовые дрожжи и тому подобное. Качественный и количественный состав кормовых добавок регулируют в зависимости от вида животных, их породы, возраста, местного сырья для наполнителя.

Вопросы, задачи, задания

1. Приведите три примера химических веществ, которые используются в средствах ухода за животными и растениями в вашей семье.

2. Объясните необходимость и назовите средства борьбы с повышенной кислотностью почвы. Предложите способ определения кислотности почвы.

3. Объясните, на чём основано дезинфицирующее действие хлорной извести, перманганата калия, гидроксида натрия.

4. Ежегодно во всём мире вместе с урожаем с полей уносится больше 3 млн тонн фосфора. Рассчитайте, сколько тонн фосфорсодержащей руды надо переработать, чтобы восполнить потери фосфора. Содержание фосфора в руде по Р₂О₅ примите равным 41 %. Потери при переработке руды не учитывайте.

5. Для дезинфекции помещений на фермах можно использовать препарат «Формалин», представляющий собой 40%-ный раствор метаналя. Рассчитайте объём «Формалина», который необходим для дезинфекции пола и стен в свинарнике размером 12 × 76 × 6 м³, если норма расхода при дезинфекции 0,5 дм³ 6%-ного раствора на 1 м². Плотность 40%-ного раствора метаналя составляет 1,111 г/см³; 6%-ного — 1,017 г/см³.

6. Для эффективной борьбы с паршой яблони используют бордоскую жидкость (смесь медного купороса и свежегашёной извести в массовом соотношении 1 : 0,75). Нормы её расхода по медному купоросу составляют 20 кг/га яблоневого сада. Рассчитайте массу компонентов для приготовления бордоской жидкости с целью обработки 2 га яблоневого сада. Можно ли готовить бордоскую жидкость в баках:

• а) из алюминия;
• б) из оцинкованной жести?

7. Общепринято, что содержание питательного элемента в азотных удобрениях пересчитывают на элементарный азот, в фосфорных — на Р₂О₅, в калийных — на K₂O. Оцените в процентах содержание питательных элементов в чистых:

• а) хлориде калия;
• б) фосфате аммония;
• в) калиевой селитре.

8. В каком массовом соотношении следует использовать азотные удобрения (NH₄NO₃, (NH₂)₂CO, KNO₃), чтобы содержание в них азота было одинаковым?

9. Эффективным способом повышения урожайности различных культур является использование комплексных удобрений, содержащих два или три питательных элемента. Рассчитайте, в каком массовом соотношении требуется смешать аммиачную селитру (NH₄NO₃), двойной суперфосфат (Ca(H₂PO₄)₂ · H₂O) и хлористый калий (KCl), чтобы в смешанном удобрении соотношение масс питательных элементов составляло: m(N) : m(P₂O₅) : m(K₂O) = 1 : 2 : 2. В каком массовом соотношении надо смешать аммофос (NH₄H₂PO₄), карбамид ((NH₂)₂CO) и хлористый калий KCl, чтобы соотношение питательных элементов осталось тем же?

10. Бор, молибден и марганец являются микроэлементами, необходимыми для питания растений. Их содержание (по массе) в выпускаемом промышленностью суперфосфате (Ca(H₂PO₄)₂ · H₂O) составляет: 0,2 % B, 0,13 Mo %, 1,5 % Mn. Рассчитайте массы H₃BO₃, (NH₄)₂MoO₄, MnSO₄ · 5H₂O, которые необходимо внести в 500 кг суперфосфата для получения указанного содержания в нём микроэлементов.