Факультет

Студентам

Посетителям

Научно-технический прогресс в химизации земледелия и биосфера

Тема: Агрохимия  

Биосфера — это среда обитания всего живого — микроорганизмов, растений, животных, человека.

Она охватывает гидросферу, т. е. водную оболочку (до глубины 12 км) и нижний слой атмосферы высотой до 15 км. Нижняя граница биосферы в литосфере проходит, как считают, на глубине до 5 км.

Основой динамического равновесия и устойчивости биосферы являются круговорот веществ и превращение энергии. Хорошо известны глобальные процессы круговорота воды на Земле, круговорот кислорода, углерода, азота, минеральных веществ. До появления жизни на Земле действовали одни абиотические факторы, с момента появления жизни прибавились биотические. С появлением растений, использующих радиационную энергию, началось бурное развитие всех форм жизни на Земле, активный обмен веществ и энергии между живой и неживой природой.

С началом хозяйственной деятельности человека активно проявились антропогенные факторы, связанные с его вмешательством в природные процессы, протекающие в биосфере. Обмен веществ с окружающей средой является основным условием существования жизни на Земле. Человек, как и все живое, может существовать только в неразрывной связи с природной средой. Человеческое общество не только пользуется естественными благами природы, но и изменяет ее, подчиняет своим интересам, как бы господствует над ней. Поэтому взаимоотношения человека с биосферой должны рассматриваться не только в биологическом, но и в социально-экономическом плане.

Изучение законов развития биосферы приобретает особенно важное значение с развитием научно-технического прогресса. Комплексное развитие всех отраслей народного хозяйства должно сочетаться с оптимальным удовлетворением потребностей человека, с сохранением и улучшением природной окружающей среды.

Хозяйственная деятельность человека часто коренным образом меняет направленность природных биогеохимических циклов. Биосфера и ее компоненты (живое вещество, океан, атмосфера, почвенный покров суши) получили новый могущественный фактор — современное общество с его интеллектуальностью и могущественной наукой, энергетическим, индустриальным, транспортным, агрономическим, гидротехническим потенциалами и противоречивым социальным аппаратом. Этот фактор стихийно вписался в биосферу и стал его органической частью, вызвал непредвиденные хаотические и часто отрицательные последствия в нормальных природных процессах. Проблема современности заключается в понимании этих явлений во всей совокупности, в познании механизма взаимодействия частей этой системы, в выборе оптимальных форм социального планового устройства самого общества и научно обоснованных приемов управления, а также совершенствования очень сложной системы: биосфера — общество.

Социалистические принципы планового использования ресурсов и ведения хозяйства в интересах здоровья, быта и культурных потребностей человека обусловливают реальные возможности познания законов и управления процессами взаимоотношения общества и биосферы. Задача состоит в том, чтобы развитие научно-технического прогресса сочеталось с прогрессивным развитием природной среды и экологизацией всего общественного производства с целью обеспечения сбалансированного динамического равновесия в природе.

Научно-технический прогресс существенно влияет на развитие всех отраслей народного хозяйства, качественно изменяет все стороны жизни общества. Наука и техника находятся в постоянной взаимосвязи. Можно сказать, что интенсивность развития науки в значительной степени определяется техническим уровнем развития общества, его материальной потребностью. В то же время технический уровень зависит от состояния и развития науки. Наука и техника как важнейшие элементы взаимосвязи природы и общества оказывают непосредственное влияние на количественные и качественные изменения в производстве, на рациональное использование природных ресурсов, а значит, на сохранение и улучшение биосферы в целом.

Для удовлетворения своих потребностей человек сознательно и активно изменяет окружающую среду в соответствии с заранее поставленными целями, которые не всегда совпадают с возможностями биосферы. Нарушение объективных законов природы может нарушить биологическое равновесие, привести к новым взаимосвязям природы и общества, к непредвиденным последствиям. Именно об этом предупреждал Ф. Энгельс: «Не будем, однако, слишком обольщаться нашими победами над природой. За каждую такую победу она нам мстит. Каждая из этих побед имеет, правда, в первую очередь те последствия, на которые мы рассчитывали, но во вторую и третью очередь совсем другие, непредвиденные последствия, которые очень часто уничтожают значение первых».

Научно-технический прогресс достиг такого уровня, а производственная деятельность человека — таких масштабов, что изменяются не только отдельные биогеоценозы, но и исторически сложившиеся процессы в пределах всей биосферы. В связи с этим В. А. Ковда (1976) считает, что сокращение площади лесов, загрязнение океана, разрушение или ликвидация на больших пространствах почвенного покрова могут привести к ослаблению функционирования основного механизма системы: почва — растения и океан — растения. Последствия этого ощущаются еще в очень малой степени, но прогноз и рекомендации ясны: необходимо оберегать почвенный покров, закрыть его каждый квадратный сантиметр, дециметр и метр травянистой, кустарниковой и древесной растительностью. Соответствующий комплекс мер необходим и для сохранения фотосинтетнческой деятельности. Дальнейшее разрушение этого механизма локально и регионально усилит процессы нарушения биогеохимических циклов планеты, еще больше увеличит их незамкнутость и перегрузку, а также дальнейшее ослабление фотосинтетического звена (т. е. соотношение кислорода и окислов углерода в воздухе).

В то же время прогресс человечества невозможен без разумного воздействия на природу, преобразования ее в интересах нынешнего и будущих поколений. Важно рационально использовать природные богатства на основе познания законов природы и их правильного научного применения.

Ф. Энгельс отмечал, что «…на каждом шагу факты напоминают нам о том, что мы отнюдь не властвуем над природой так, как завоеватель властвует над чужим народом, не властвуем над ней так, как кто-либо находящийся вне природы, — что мы, наоборот, нашей плотью, кровью и мозгом принадлежим ей и находимся внутри ее, что все наше господство над ней состоит в том, что мы, в отличие от всех других существ, умеем познавать ее законы и правильно их применять».

Ухудшение природной среды и нарушение экологического равновесия вовсе не неизбежное следствие развития цивилизации — они порождены ошибками в технической политике. Управление природой — это сложный комплекс разнообразной деятельности человеческого общества, направленной на достижение органической взаимосвязи между человеком и природой путем разумного регулирования взаимоотношений между ними. Поэтому научно-технический прогресс не только открывает новые пути удовлетворения человеческих потребностей, но и создает большие возможности для сохранения и восстановления природной среды и улучшения биосферы в целом.

Однако в процессе бурного развития индустриализации и химизации сельского хозяйства возможно отрицательное воздействие на окружающую среду вследствие нарушения технологий производственных процессов и неправильного применения средств химии. Например, значительное загрязнение окружающей среды происходит при производстве хлорида калия вследствие прежде всего накопления солевых отходов и глинистых шламов. Солевые отходы в количестве десятков миллионов тонн накапливаются в солеотвалах. Они состоят из хлоридов натрия (до 90%), хлоридов калия (до 9%), а также соединений кальция и магния. Глинистые шламы десятками тысяч кубометров в сутки транспортируются на шламонакопители. Они занимают сотни гектаров земельной площади.

В зависимости от технологии переработки калийно-магниевых руд глинистые шламы содержат 11—19% хлорида калия, 14—16% хлорида натрия, 0,2— 5,0% хлорида магния, 3—4% сульфата калия, 40—45% воды и 13—30% нерастворимого остатка. С ливневыми и талыми водами происходит значительная миграция компонентов солевых отходов и шламов в природные водные источники. Например, если выше по течению рек от мест расположения калийных предприятий количество рубидия составляет 0,002—0,05 мг/л, калия 1—3 мг/л, натрия 2—14 мг/л, магния 2—35 мг/л, кальция 7—80 мг/л, то ниже по течению концентрация рубидия достигает 0,5—1,5 мг/л, а калия, натрия, магния и кальция — сотен и тысяч миллиграммов на 1 л воды. Особенно большое количество щелочных элементов наблюдается в реках в непосредственной близости от солеотвалов и шламонакопителей: в воде малого водоема на расстоянии 100—300 м от солеотвала и шламонакопителя производства хлорида калия рубидия содержалось 10—30 мг/л, калия — 19 000—26 000, натрия — 22 000—36 000, магния 560—1250, кальция — 1540—2080 мг/л. Важным путем предотвращения загрязнения природной среды сточными водами и отходами производства хлорида калия является ликвидация солеотвалов и шламонакопителей и переработка отходов (поскольку они содержат ряд ценных химических веществ), а также полное исключение сброса в водоемы неочищенных стоков.

Сложные глобальные проблемы охраны окружающей среды сейчас нельзя решать локально, силами отдельных стран. Успех дела в значительной мере будет зависеть от масштабного подхода к решению этих проблем — группой стран, крупных регионов или во всем мире. В этой связи можно привести такой пример. С запада на территорию нашей страны ежегодно поступает около 2 млн. т SO2 и 10 млн. т сульфатов (в расчете на сульфат-ион), из которых 4 млн. т (в виде серной кислоты) выпадает в западных и центральных областях европейской части СССР с осадками. Почвы этих областей большей частью торфяные и подзолистые, для которых характерна собственная избыточная кислотность. Для их раскисления ежегодно вносится в почву 10 млн. т извести. Поступающая с осадками серная кислота нейтрализует вносимую известь. На сельскохозяйственные угодья ежегодно поступает около 1,4 млн. т переносимой из-за границы серной кислоты, на нейтрализацию которой требуется 1,5 млн. т извести. Ущерб, причиняемый только потерей извести, может быть оценен в 40 млн. руб.

Изучение воздействия загрязнений и других последствий человеческой деятельности на биосферу и ее отдельные элементы, разработка средств очистки промышленных выбросов, новых, безотходных технологических процессов ведутся советскими учеными вместе с учеными США, Англии, Франции, Швеции на основе двусторонних соглашений о сотрудничестве в охране природной среды. Вопросы сохранения и улучшения окружающей среды в мировом масштабе находятся под контролем специализированной международной организации ЮНЕП, входящей в ООН.

Большая работа по охране биосферы от загрязнения проводится странами — членами СЭВ. Осуществляется научно-техническое сотрудничество социалистических стран по комплексной проблеме, предусматривающей развитие исследований по защите окружающей среды, охране экологических систем и другим вопросам охраны природы. По отдельным разделам проблемы созданы координационные центры с участием в их работе ведущих учреждений стран — членов СЭВ. В 1980 г. принята пятилетняя программа взаимодействия стран социалистического содружества в области охраны и улучшения окружающей природной среды. Создан рабочий орган для реализации программы и ряд координационных центров по проблемам экологии — изучению закономерности круговорота биогенных элементов, регулированию экологического равновесия и прогнозированию нежелательных последствий, вытекающих из всесторонней химизации современного земледелия.

В нашей стране осуществляются плановые мероприятия по охране окружающей среды, по рациональному использованию различных природных угодий и т. д. Эти мероприятия отражают стремление согласовать хозяйственную деятельность человека с законами природы. К таким важным мероприятиям относятся всемерное обеспечение и эффективное осуществление мер по охране земель, защите от загрязнения вод и воздушного бассейна, рациональному использованию и воспроизводству природных ресурсов. Особого внимания заслуживают меры по рекультивации земель, борьбе с эрозией почвы, которая в ряде зон наносит большой ущерб сельскому хозяйству, ухудшая баланс питательных веществ в земледелии.

В АН СССР создан научный совет по биосфере. Общее руководство охраной природы в СССР осуществляет Совет Министров СССР, а также советы министров союзных республик. Функционирует общегосударственная служба наблюдений и контроля за уровнем загрязнения внешней среды.

Одной из основных задач агрохимии является научное обоснование приемов высокоэффективного применения удобрений. Это требует как глубокого теоретического изучения вопросов питания растений, химии почвы и удобрения, так и практического опыта и организации внедрения научных достижений в производство.

Советская агрохимия в самостоятельную научную дисциплину развивалась в тесной связи с химизацией социалистического земледелия, с широким применением местных и промышленных удобрений. С интенсивным применением удобрений расширялись задачи агрохимии, определялись более тесные связи ее с другими научными дисциплинами, особенно с физиологией и биохимией растений. Сейчас можно сказать, что агрохимия—это наука о питании растений и применении удобрений, изучающая состав и свойства различных видов и форм удобрений и их влияние на свойства и плодородие почвы, круговорот и баланс питательных веществ, на продуктивность и рентабельность сельскохозяйственного производства, на охрану и улучшение окружающей природной среды.

Если на первом этапе развития агрохимии наиболее важными вопросами были изучение процессов питания растений и воздействие на них различных удобрительных средств, то сейчас сельскохозяйственная практика требует разработки наиболее эффективных технологий использования химических средств в сочетании с комплексом других приемов агротехники и мелиоративных мероприятий. Для этого необходимо расширение и углубление теоретических проблем агрохимии.

Важным объектом исследований в агрохимии является обмен веществ в растениях в связи с их питанием, применением удобрений и продуктивностью. Вскрывая закономерности, лежащие в основе этих процессов, агрономическая химия намечает пути вмешательства в их течение с целью повышения урожая и улучшения его качества. Будучи прежде всего средством химического воздействия на почву, удобрения при правильном их применении повышают содержание в ней усвояемых питательных веществ и гумуса, изменяют поглотительную способность и буферность почвы, улучшают ее физические свойства. При этом повышается активность биологических процессов в почве, вследствие чего существенно улучшаются условия питания растений, а следовательно, их рост и развитие.

Задача агрохимии состоит в том, чтобы показать пути управления этими процессами и дать научно обоснованные рекомендации практике по созданию оптимальных условий питания культурных растений с учетом особенностей климата, свойств и плодородия почвы, биологических особенностей вида и сорта культуры, свойств удобрений их влияния на растение и почву, а также на окружающую среду. Знание закономерностей взаимодействия этих факторов позволит специалисту предвидеть их проявление в конкретных условиях применения удобрений.

Удобрения — самое сильное средство воздействия на круговорот веществ в земледелии. Без них нельзя регулировать процессы питания растений, изменять качество урожая, повышать плодородие почвы. Удобрения оказывают комплексное воздействие на почву и являются не только соединениями, пополняющими почву необходимыми для растений питательными элементами. Они также улучшают химические, агрохимические и физические свойства почвы, повышают ее биологическую активность, способствуют мобилизации питательных веществ самой почвы.

Агрономическая химия как наука тесно связана с биологической и сельскохозяйственной наукой, разделение которых подчас бывает весьма относительным. Например, питание культурных растений связывает агрохимию и физиологию растений. Задачи агрохимии не только исследование, но и регулирование, а также управление процессами, происходящими в почве, для повышения ее плодородия, продуктивности сельскохозяйственных культур, улучшения качества продукции, сохранения и улучшения окружающей природной среды. Изучая биологические, химические и физические свойства почвы, агрохимия познает се плодородие и трансформацию внесенных удобрений. Таким образом, она тесно связана с почвоведением.

Система различных специализированных полевых и кормовых севооборотов является необходимым условием высокоэффективной системы удобрений в конкретных условиях. Различные же технологии обработок почвы являются важным фактором, существенно влияющим на динамику и доступность питательных веществ в почве. Это связывает агрохимию и земледелие. Превращение многих элементов питания зависит от направления микробиологических процессов в почве. Больше того, для повышения биологической активности почвы применяют специальные бактериальные препараты. Этим обусловливается связь агрохимии с микробиологией. Кроме того, рациональное и экономически выгодное применение удобрений возможно на фоне высокой агротехники удобряемых растений и при высокой культуре земледелия. Поэтому агрохимия тесно связана с растениеводством, защитой растений, экономикой и организацией сельскохозяйственных предприятий.

Как ни велика роль минеральных удобрений, органические удобрения никогда не потеряют своего значения. Наряду с увеличением снабжения сельского хозяйства минеральными удобрениями перед колхозами и совхозами стоит важная задача — максимально мобилизовать все местные удобрительные ресурсы и правильно организовать использование навоза. Без этого не может быть налажено действительно рациональное применение и минеральных удобрений. Интенсивное применение минеральных удобрений в земледелии приводит к улучшению кормовой базы для животноводства, а следовательно, к увеличению выхода навоза и масштабов его использования.

Высокие темпы химизации земледелия требуют постоянного совершенствования механизации и автоматизации этих процессов, т. е. совершенствования транспортных средств для перевозки удобрений, машин по тукосмешению и внесению удобрений на поля. Следовательно, агрохимия как наука тесно связана с механизацией сельскохозяйственного производства.

Наконец, в последние годы все острее встает вопрос о влиянии средств химии, применяемых в сельском хозяйстве, в том числе и различных видов удобрений, на окружающую человека среду. Здесь проявляется определенная связь агрохимии с различными экологическими системами и в целом со всей биосферой.

Следует иметь в виду, что мировые сельскохозяйственные земельные ресурсы весьма ограниченны, чтобы удовлетворить растущее население планеты за счет расширения посевных площадей. Посевные площади во многих странах из года в год уменьшаются. Остается единственный путь — интенсификация земледелия. В связи с этим большое значение в увеличении производства продуктов питания и удовлетворении потребности в них постоянно растущего населения планеты имеет применение удобрений.

Применение удобрений по правильной технологии позволило добиться важнейших результатов: остановлен процесс снижения плодородия почвы, увеличен валовой сбор при одновременном уменьшении загрязнения озер и рек, снижена стоимость производства продуктов питания, большие площади земли можно отводить под другие угодья — дикую фауну, леса и т. д. Именно благодаря применению удобрений в сочетании с другими агротехническими мероприятиями стало возможным получение больших урожаев на меньшей площади. Исследования, проведенные в США, показали, что без применения удобрений для получения достигнутых валовых сборов кукурузы потребовалось бы втрое больше пахотной площади. А поскольку такой площади нет, то пришлось бы использовать эродированные и другие непригодные земли, а это неминуемо привело бы к повышению смыва питательных элементов вместе с почвой. Кроме того, понадобилось бы свести леса, осушить болота, освободить заповедники, вспахать парки. Следовательно, правильное использование удобрений в сочетании с современной технологией производства сельскохозяйственных культур — лучший способ удовлетворения потребностей общества в продуктах питания и сохранения окружающей среды. Что же касается возможного нежелательного воздействия удобрений и других химических средств на окружающую среду, то существует много возможностей его снижения.

Нельзя переоценить значение минеральных удобрений в повышении продуктивности земледелия. Как отмечает В. А. Ковда (1981), общие потребности сельского хозяйства СССР в туках по отношению к уровню 1975 г. должны вырасти примерно в 3—4 раза. При высокой культуре земледелия и оптимизации водного режима почв этот уровень химизации позволит в среднем удовлетворить урожай сельскохозяйственных культур. Делая анализ интенсификации химизации земледелия на примере азотных удобрений, Е, Н. Мишустин и др. (1981) заключают, что даже существенное увеличение поступления биологического азота не может обеспечить ликвидацию его дефицита в почве и дальнейшее повышение урожайности.

Интересные расчеты приводит С. Г. Скоропанов и др. (1982) . Так уже сейчас 40 млн. человек в нашей стране питаются продуктами, полученными благодаря внесению минеральных удобрений, а с учетом их действия вместе с органическими удобрениями — 60—65 млн. человек. К концу одиннадцатой пятилетки за счет минеральных удобрений можно будет обеспечивать продовольствием до 80 млн. советских граждан.

В нашей стране производство минеральных удобрений идет ускоренными темпами. И в перспективе увеличение валовой сельскохозяйственной продукции в значительной мере будет определяться количеством удобрений и их правильным использованием. Применение удобрений позволило существенно повысить урожайность основных культур, увеличить валовое производство сельскохозяйственной продукции. Существует прямая зависимость между количеством внесенных удобрений и урожаями культур. Однако на 1 га пашни пока вносится недостаточное количество удобрений.

Большую роль в химизации земледелия и улучшении использования удобрений по зонам страны играет Географическая сеть опытов с удобрениями. Данные этих опытов являются научной основой для планирования производства и применения минеральных удобрений в стране и распределения их по почвенно-климатическим зонам и союзным республикам.

Проведение длительных и краткосрочных опытов с удобрениями научными учреждениями страны по единой программе исследований позволяет решить важные комплексные научные и практические вопросы: вскрыть закономерности в изменении плодородия почвы; установить географическую закономерность действия видов, форм, доз и сочетаний удобрений под отдельные культуры и в специализированных севооборотах в разных почвенно-климатических зонах страны; определить темпы повышения продуктивности севооборотов в зависимости от уровня насыщения их удобрениями; установить влияние отдельных видов, форм удобрений, их сочетаний, степени насыщения ими севооборотов на качество сельскохозяйственной продукции; определить баланс питательных веществ в севообороте при разных уровнях применения удобрений в целях совершенствования применяемых систем удобрений в различных почвенно-климатических условиях; решить многие важные вопросы влияния химизации земледелия на биосферу, прежде всего на сохранение и улучшение окружающей среды. На основе данных опытов с удобрениями в Географической сети решаются и другие важные вопросы теории и практики химизации земледелия.

Для успешного решения практических задач химизации земледелия в 1979 г. было принято постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР «О создании единой специализированной агрохимической службы в стране». Этим постановлением признано необходимым организовать в системе Министерства сельского хозяйства СССР Всесоюзное производственно-научное объединение по агрохимическому обслуживанию сельского хозяйства («Союзсельхозхимия»). Это обусловлено тем, что химизация земледелия, в том числе и внедрение в практику агрохимических разработок, представляет собой комплексную и сложную проблему, требует специализированных подразделений, оснащенных соответствующим набором машин и транспортных средств, высококвалифицированных кадров агрохимиков и опытных механизаторов. Деятельность агрохимслужбы должна строиться с учетом особенностей почвенно-климатических зон, специализации хозяйств, направления кооперации и агропромышленной интеграции.

В задачи «Союзсельхозхимии» входит: разработка предложений по перспективам развития химизации сельского хозяйства; определение потребности и снабжение колхозов, совхозов и других хозяйств минеральными удобрениями, известковыми и гипсосодержашимн материалами и т. д.; выполнение работ по повышению плодородия земель, химической мелиорации почв, по внесению минеральных удобрений, тукосмешению, вывозке и внесению органических удобрений и т. д.; проведение комплекса почвенно-агрохимических обследований; изучение и внедрение в сельскохозяйственное производство достижений науки, техники и передового опыта по агрохимическому обслуживанию; осуществление контроля за качеством и своевременной поставкой сельскому хозяйству средств химизации, а также соблюдение всеми землепользователями мероприятий по охране окружающей среды от загрязнения пестицидами и удобрениями; организация подготовки и переподготовки специалистов и кадров массовых профессий по химизации сельского хозяйства и защите растений.

Создание в нашей стране единой специализированной агрохимической службы является новым прогрессивным этапом в химизации земледелия. На майском (1982 г.) Пленуме ЦК КПСС уделено внимание повышению эффективности ее работы. В Продовольственной программе СССР на период до 1990 г. записано: «Должна быть поднята ответственность агрохимической службы за эффективное использование минеральных удобрений и других средств химизации, за внедрение в производство достижений науки, техники и передового опыта». В связи с этим значительно возрастает ответственность агрохимических научных учреждений, призванных давать научные разработки и обоснования эффективных приемов применения удобрений для внедрения их в производство. Необходимо повышение эффективности агрохимических исследований по дальнейшему развитию теории питания растений и применению удобрений, разработке агроэкономических требований к ассортименту новых видов и форм минеральных удобрений, повышению их качества, совершенствованию научных основ систем высокоэффективного применения удобрений с учетом почвенно-климатических условий различных зон страны, укреплению материально-технической базы по транспортировке, хранению, приготовлению и внесению минеральных удобрений.

При ускоряющемся развитии науки и техники в ближайшее столетие главным источником полноценной пищи для людей по-прежнему останутся сельскохозяйственные продукты, производство которых основано на использовании величайшего дара природы — плодородия почвы, являющегося исходным условием обеспечения непрерывного роста урожайности сельскохозяйственных культур. А там, где хорошо развита растительность, обеспечиваются и лучшие условия для сохранения и улучшения окружающей среды.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: