Агрохимия завтрашнего дня

Главная задача агрохимии будущего – управление круговоротом и балансом химических элементов в системе почва-растение. Современный агрохимик должен понимать свою конечную задачу в определении точных параметров круговорота всех биогенных элементов с учётом зон выращивания и специфики различных сельскохозяйственных растений и их сортов при разных заданных уровнях продуктивности.

Уровень содержания химических элементов в почвах, особенно в почвах сельскохозяйственного использования, является следствием биологических, геохимических и геологических процессов, а также антропогенной деятельности. В настоящее время начинает формироваться новое комплексное научное направление – экологическая агрохимия. В сферу изучения этой науки, по Б.А. Ягодину, входит исследование сопряжённости целого комплекса процессов, определяющих поведение элементов в почве, и взаимодействие их с растением. Адаптация растительных организмов к химическим условиям среды в результате эволюции создала определённую специфику обменных процессов у растений, закреплённую генетически. Определённые возможности реализации тех или иных биохимических и физиологических процессов осуществляется не только при наличии физических условий, но и при обязательной обеспеченности на нормальном уровне необходимого набора химических элементов. Отсюда, одним из приоритетных направлений в агрономической химии в настоящее и будущее время является создание сбалансированного элементного состава сельскохозяйственной продукции. Только при сбалансированном элементном составе происходит нормальное развитие любого животного и растительного организма, связанного генетически запрограммированным динамическим постоянством его элементного состава. Всякие нарушения этого состава, дефицитные или избыточные концентрации того или иного элемента, приводят к дисбалансу химического состава, который выражается в болезни целого организма, а в сельскохозяйственном производстве – в потере продуктивности урожая и снижении его качества.

В самом деле, сегодня наука многое знает о воздействии на питание растении путём регулирования в растениеводческой продукции белков, жиров, углеводов, а также некоторых необходимых человеку органических веществ растительного происхождения, но мы почти ничего не знаем о путях регулирования поступления в растения ксенобиотиков, особенно о комплексе загрязнителей. Эта проблема замыкается на точных разработках нормирования содержания ксенобиотиков в природных объектах, а в итоге, на проблеме сбалансированного элементного состава растений. Взаимодействие сельскохозяйственных культур с окружающей средой, как и всех других живых организмов на нашей планете, нельзя осмыслить, не определив конкретно роль химических и физиологических реакций и причинно-следственных связей между ними в процессах жизнедеятельности. Поверхность нашей планеты не однородна по химическому элементному составу. Вся территория суши подразделяется на биохимические провинции, характеризующиеся определённым составом химических элементов. Созданные В.И. Вернадским биогеохимическая концепция биосферы и А.П. Виноградовым учение о биогеохимических провинциях, а также его предложения развивать химическую экологию путём сопоставления мелких изменений, наблюдающихся у видов, с характером химической среды, являются мощной теоретической основой для развития экологической агрохимии.

Среди геобиохимических провинций различают первичные с геологически сложившимся элементным составом, и вторичные, появившиеся в результате трансформации элементов. Колебания элементного химического состава различных частей ландшафта могут быть огромны. Так, по содержанию цинка почвообразующие породы могут различаться в 25-170 раз, по содержанию стронция – в 200 раз, по содержанию кобальта – в 2000 раз. В зависимости от элементного состава почв той или иной биогеохимической провинции, ей соответствует определённый состав растений с характерным соотношением элементов, что проявляется в преобладании растений концентраторов того или иного элемента. Например: бор накапливается подсолнечником, горохом; бром – луком, сельдереем, грибами; литий – маком, гвоздикой, хлопчатником, беленой, дурманом; никель – овсом. Этот богатый природный фонд нужно умело использовать. И здесь назрела необходимость выделения нового направления агрохимической науки, которое получит название биогеохимическая агрохимия или биогеоагрохимия.

На современном этапе развития биосферы классическая агрохимия дополняется новым содержанием: использованием нетрадиционных видов удобрений, усилением антропогенного загрязнения пахотных земель, растений, вод, атмосферы. Круг задач агрохимии и, особенно, экологической агрохимии расширяется в отношении разработки основ правильного применения удобрений в различных регионах страны с учётом свойств почв, возделываемых растений, условий увлажнения, ассортимента удобрений, конкретной экологической и биогеохимической обстановки.

Важнейшая задача классической и экологической агрохимии сегодня и на перспективу – это контроль над содержанием химических элементов в растительной продукции, возможность его регулирования, изучение зависимости от биогеохимических условий среды в системе почва – растение – животное – человек.

Агрохимия будущего обогатится новыми разработками в области методов определения химических элементов, что позволит получить значительные и вполне новые сведения об элементном составе почвы, растений и других живых организмов, осуществить широкое обобщение и сформулировать новые дополнительные задачи, связанные с управлением круговорота химических элементов на планете. С обогащением агрохимической науки новыми данными идёт процесс перевода наших сведений о питании растений и о круговороте веществ в земледелии с уровня эмпирической констатации явлений на более высокий уровень познания количественных закономерностей. Так разработка предположений о повышении плодородия почв требует использования количественных показателей. Нельзя сознательно регулировать обмен веществ между человеком и природой, не зная количественных закономерностей этого обмена. В области теории важнейшей агрохимической проблемой является управление продуктивностью растений и качеством получаемой растительной продукции путём обеспечения оптимального уровня минерального питания в течение всего вегетационного периода и в связи с этим, разработка методов оперативной диагностики. Только на основе глубокого изучения механизма поступления элементов минерального питания в растения и всестороннего учета, постоянно изменяющихся потребностей в питательных веществах, можно разработать алгоритм оптимизации минерального питания растений за счёт почвы и внесения минеральных удобрений. Однако при оптимизации минерального питания растений следует учитывать влияние одних элементов питания на содержание других, то есть явление антагонизма и синергизма ионов.

Несмотря на то, что была определена роль клеточных мембран и переносчиков, однако в должной мере результаты не были использованы в процессе взаимодействия элементов при поглощении растениями. Так, повышение уровня азотного питания до оптимального увеличивает поступления фосфора, калия, кальция, магния, меди, цинка, железа. Избыток фосфора снижает поглощение меди, железа и марганца. Поступление в растения аммония вызывает усиленное поглощение фосфора. Элемент калий является антагонистом кальция и магния. Марганец улучшает передвижение фосфора из старых листьев в молодые. Кобальт, по некоторым данным, участвует в изменении проницаемости плазмалеммы, значительно усиливает поступление в растения азота и других элементов. Цинк изменяет проницаемость мембран для калия и магния. У цинкодефицитных растений отмечается повышенная концентрация неорганического фосфора.

Так, профессором Ю.И. Ермохиным и кандидатом сельскохозяйственных наук А.В. Синдирёвой (кафедра агрохимии) было установлено, что увеличение содержания азота в растениях способствует наибольшему поступлению кадмия, никеля, меди, как в корнеплоды столовой свеклы, так и моркови. Увеличение содержания фосфора способствует снижению содержания кадмия и меди в корнеплодах свеклы, никеля – в моркови и повышению в корнеплодах моркови кадмия, цинка, меди, свинца. К периоду физиологической зрелости растений характер взаимоотношений ионов между собой при поступлении в корнеплоды, выражается математическими уравнениями.

Таким образом, поступление химических элементов в растения происходит не изолированно друг от друга, а в определённой взаимосвязи. Степень такого взаимодействия зависит от ряда факторов: избытка или недостатка и физиологической значимости элемента, фазы развития и продуктивности культуры. Существует определённое положение индивидуального для каждого организма, генетически предопределённого усвоения химических элементов всеми живыми организмами нашей планеты. Однако на первое место выдвигается фактор соотношения химических элементов и индивидуальные коэффициенты их усвоения, которые должны служить основным критериям оценки их влияния на длительность и успешность течения процессов жизнедеятельности.

В сельскохозяйственном производстве агрохимик должен стремиться, не нарушая равновесия, к достижению высочайшей продуктивности агроценозов, в которых аналогично жизни природных биоценозов включались механизмы саморегуляции, с тем, чтобы агроценоз работал синхронно с природным биоценозом. Итак, в третьем тысячелетии перед кафедрой агрохимии ОмГАУ стоят новые задачи, а также продолжение и углубление фундаментальных агрохимических исследований, связанных с физиолого-биохимическими и генотипическими закономерностями минерального питания растений, как теоретической основы агрохимической науки и практической химизации земледелия. Можно с уверенностью сказать, что равновесие этих теоретических исследований в области минерального питания растений возможно только в хорошо оснащённых приборами и оборудованием лабораториях, с привлечением вегетационных опытов и фитотронов, с использованием метода меченых атомов, масспектрометрии, спектрометрии, инфракрасной спектрометрии, хроматографии, рентгенофлюорисцентного и атомно-абсорбционного анализа, использование микроэлектродов, приёмов дифференциального центрифугирования.

В целях дальнейшего совершенствования методологии почвенно-растительной диагностики, оптимизации и управления минеральным питанием, а отсюда, и продукционным процессом растений, будут разрабатываться и совершенствоваться экспресс-методы и приборы дистанционного диагностического обследования агроценозов на основе микропроцессорной и авиакосмической техники. В числе приоритетных исследований получат развитие основные направления по воспроизводству плодородия почв, химической мелиорации их, оптимизации комплексного применения средств химизации, исследования по органическому веществу почвы и применению органических и минеральных удобрений в земледелии, обоснованию и оптимизации ассортимента удобрений.

Научные исследования в области агроэкологического мониторинга будут направлены на разработку теории и методов биоэкологического нормирования состояния плодородия почв, изучению динамики и закономерности трансформации, прогноза поведения радионуклидов, пестицидов, тяжёлых металлов и других токсикантов в системе «Почва – удобрение – растение – животное».

В области прикладных исследований получат дальнейшее развитие новые ресурсосберегающие технологии использования минеральных удобрений, мелиорантов, производство и применение биокомпостов, совершенствование агрохимического обслуживания сельскохозяйственного производства (агрохимсервиса).

Успешная реализация перечисленных программ возможна только при создании нормальных экономических условий функционирования высшей школы и науки в целом, при условии подготовки высококвалифицированных кадров на всех уровнях – от студента, аспиранта, младшего научного сотрудника до докторанта и тогда, как говорил Д.И. Менделеев, «посев научный взойдёт для жатвы народной».

Федеральное государственное учреждение

Центр агрохимической службы

«ОМСКИЙ»

Создан в 1964 году с целью реализации государственной политики по вопросам химизации сельского хозяйства.

Адрес: г. Омск, проспект Королева, 34

Тел.: 23 – 43 – 75

Факс: 24 – 16 - 84

Директор – Красницкий Владимир Михайлович,

кандидат с.-х. наук,

Заслуженный агроном России

Дата добавления: 2015-09-04