Химия и сельское хозяйство

Химия и сельское хозяйство

Предмет и задачи химии в целом, неорганической химии и химической технологии.

Задачи химизации сельскохозяйственного производства. Классификация средств химизации. Роль неорганической химии в сельскохозяйственном образовании.

1.1 Химия: наука и технология

Химия — наука, изучающая состав, строение, свойства и превращения простых и сложных веществ.

С точки зрения химика, земной шар — это гигантский химический комбинат, действующий с момента возникновения нашей планеты, а живая клетка — миниатюрное химическое производство необычайной сложности. Весь окружающий нас мир — это мир химических веществ и их превращений. Большинство протекающих в нем процессов имеет химическую природу. К настоящему времени химия в такой степени вошла в жизнь каждого человека, что невозможно назвать область деятельности, где не использовались бы химические процессы или вещества, полученные с их помощью.
Химия — область естествознания. Особенность, выделяющая химию среди других естественных наук, состоит в том, что она, рассматривая вещество и процессы его превращения на уровне атомов и молекул, ограничивается только теми превращениями, которые затрагивают валентные электроны свободных и входящих в соединения атомов.
Химию принято подразделять на неорганическую, органическую, физическую и аналитическую.

Неорганическая химия — это раздел химии, изучающий химические элементы и образуемые ими простые и сложные неорганические вещества.

Границы между разделами химии, а также между химией и другими естественными науками условны. Во всех разделах химии используют общие, специфические для этой области естествознания методы исследования. Вместе с тем химики широко используют достижения физики и математики. Изучаемые биологическими науками фундаментальные процессы жизнедеятельности растительных и животных организмов, такие, как фотосинтез, дыхание, минеральное питание, происходят с участием неорганических веществ.
Теоретические основы неорганической химии объединяют учение о строении атомов и молекул и законы их взаимодействия. Многие из рассматриваемых при этом вопросов тесно смыкаются с проблемами, решаемыми физикой и физической химией. В то же время разработанные химиками-неорганиками теоретические представления широко используют в таких дисциплинах, как геохимия, биогеохимия, космохимия, радиохимия, биохимия и агрохимия.
Со времени своего зарождения в глубине веков и до наших дней химия была и остается наукой, тесно связанной с практической деятельностью человека. В процессе развития прикладной химии из нее выделилась самостоятельная научная дисциплина — химическая технология.

Химическая технология — наука об экономичных и безопасных для окружающей среды методах и процессах химического изменения состава, внутреннего строения и свойств вещества
с целью переработки природного сырья в химические продукты с нужными качествами.

На базе химической технологии существует нефтехимическая
промышленность" href="/text/category/himicheskaya_i_neftehimicheskaya_promishlennostmz/" rel="bookmark">химическая промышленность и родственные ей области экономики. Происходит все более широкое внедрение достижений химической технологии во все сферы материального производства.

1.2. Химизация сельского хозяйства

Термин химизация введен в 1924 г. российским агрохимиком академиком для обозначения одного из главных направлений научно-технического прогресса по аналогии с уже давно общепризнанным в то время термином механизация

Химизация — это внедрение методов химической технологии и продукции химической промышленности в производство с целью его интенсификации и повышения эффективности.

Химизация любой отрасли материального производства, в том числе и сельского хозяйства, целесообразна потому, что она приводит к резкому повышению производительности труда в результате уменьшения расходов материалов и энергии, понижения капитальных затрат и затрат человеческого труда. Химизация сельского хозяйства включает в себя применение разнообразных химических продуктов: минеральных удобрений, пестицидов и мелиорантов в земледелии, кормовых добавок и ветеринарных препаратов в животноводстве
, искусственных субстратов и полимерных пленок в технологиях защищенного грунта, консервантов для сохранения продукции.

Минеральные удобрения — соединения, содержащие необходимые для питания растений химические элементы и используемые для повышения плодородия почвы.

Большинство минеральных удобрений представляет собой неорганические вещества, главным образом соли. Различают макроудобрения, которые содержат по крайней мере один из трех главных питательных элементов — азот, фосфор или калий (их называют макроэлементами), и микроудобрения, содержащие микроэлементы — бор, железо, кобальт, марганец, медь, молибден и цинк, которые потребляются растениями в небольших количествах, но без них растения не могут нормально развиваться. Химическая промышленность выпускает как простые удобрения: азотные, фосфорные, калийные, содержащие один питательный элемент, так и комплексные удобрения, которые содержат два или три макроэлемента. Современные интенсивные технологии в земледелии немыслимы без использования минеральных удобрений. При разумном и правильном применении минеральных удобрений не только возрастает урожайность, но и повышается качество сельскохозяйственной продукции. Например, при строгом соблюдении доз и необходимого соотношения питательных элементов, оптимальных сроков внесения и равномерности распределения удобрения по поверхности поля увеличивается содержание белка в зерне, улучшается его аминокислотный состав.
Однако внесение минеральных удобрений — это искусственное вмешательство в экологическую систему, нарушающее ее равновесие. Если такое вмешательство осуществляется с соблюдением норм, сроков и способов применения удобрений, то агроэкосистемы дают высокие урожаи. При нарушении правил внесения неиспользованные выращиваемыми растениями удобрения вымываются из почвы и загрязняют окружающую среду.
Инициатор химизации сельского хозяйства в нашей стране видел обе эти стороны химизации. Он говорил, что применение химических удобрений в сельскохозяйственном производстве равноценно освоению новых материков, но неправильное, неграмотное применение средств химизации означает химическую войну против самих себя.
Для улучшения физических, физико-химических и биологических свойств почв, для повышения их плодородия осуществляют химическую мелиорацию.

Химические мелиоранты — вещества, используемые для проведения мероприятий по коренному улучшению почв с неблагоприятными химическими и физическими свойствами.

Мелиорация обеспечивает повышение плодородия имеющихся угодий и использование земель, бывших ранее непригодными для выращивания сельскохозяйственных культур. Основные способы химической мелиорации почв — это известкование и гипсование.
Большой ущерб сельскохозяйственному производству наносят сорняки, насекомые, грибковые и вирусные заболевания растений, которые уничтожают, если с ними не бороться, около половины урожая.

Пестициды — химические средства борьбы с сорняками, вредителями и болезнями сельскохозяйственных растений.

В зависимости от назначения пестициды подразделяют на инсектициды — средства борьбы с насекомыми, гербициды — с сорными растениями, фунгициды — с грибами, бактерициды — с бактериями, зооциды — с нежелательными позвоночными. К пестицидам относятся также репелленты и анптифиданты, отпугивающие насекомых, птиц и грызунов, гормональные инсектициды и хемостерилизаторы, препятствующие размножению и нормальному развитию сельскохозяйственных вредителей, и аттрактанты, привлекающие насекомых в ловушки для последующего их уничтожения. Перед машинной уборкой хлопчатник обрабатывают дефолиантами, ускоряющими опадание листьев и раскрытие коробочек. Для предуборочного высушивания надземных частей растений подсолнечника, картофеля, льна и других культур применяют десиканты. Регуляторы роста растений используют для предпосевной обработки семян (с целью интенсификации их прорастания) и для обработки растений в различных фазах вегетации с целью ускорения роста, увеличения биомассы, усиления устойчивости растений к неблагоприятным факторам окружающей среды, повышения урожайности и качества продукции.
Большая часть пестицидов используется в сельском хозяйстве. Однако они находят применение и в быту (средства борьбы с тараканами, муравьями, мухами, для отпугивания комаров), и в здравоохранении (для борьбы с насекомыми — переносчиками таких опасных болезней, как малярия и тиф).
При использовании пестицидов в сельском хозяйстве повышается производительность труда и снижаются потери продукции, однако систематическое применение таких сильнодействующих средств химизации невозможно без строжайшего контроля над их ассортиментом и технологией обработки растений, без специальных мер по предотвращению накопления остатков пестицидов в почвах, попаданием их в природные воды и сельскохозяйственную продукцию.
Химизация затронула также и животноводство. Для обеспечения рационального, биологически полноценного питания сельскохозяйственных животных используют кормовые добавки.

Кормовые добавки — химические или биологические препараты, вводимые в небольших количествах в рационы сельскохозяйственных животных для более полного удовлетворения их потребностей в питательных, минеральных и биологически активных веществах.

К, кормовым добавкам относятся производящиеся химической промышленностью синтетические аминокислоты, витамины, минеральные добавки, антибиотики, ферментные и гормональные препараты. Минеральные добавки позволяют нормировать содержание в рационах сельскохозяйственных животных как макроэлементов (кальций, фосфор, натрий, хлор, магний, калий, сера), так и микроэлементов (железо, цинк, медь, йод, марганец, кобальт, молибден, селен, фтор).
При заготовке силоса используют химические консерванты, которые не только подавляют нежелательные биохимические и микробиальные процессы, но и обогащают силос жизненно необходимыми макроэлементами: азотом, фосфором, серой. К их числу относятся аммиак, хлорид аммония, карбонат аммония и гидрокарбонат аммония, ортофосфорная кислота, дигидрофосфат натрия, дигидрофосфат и гидрофосфат аммония, серная кислота, сульфат натрия и др.
Несмотря на наметившуюся в постиндустриальных странах с середины 90-х гг. ХХ в. тенденцию к отказу от агрохимика, в качестве альтернативы которым предлагается переход на
трансгенные сорта и гибриды, большая часть товаропроизводителей продолжает совершенствовать традиционные системы сельскохозяйственного производства. Отказ от средств химизации сельского хозяйства в настоящее время невозможен как по экономическим, так и по экологическим причинам. Без применения минеральных удобрений, пестицидов и кормовых добавок резко уменьшатся как продуктивность земледелия и животноводства, так и питательная ценность продукции, что неминуемо приведет к падению качества жизни у подавляющего большинства населения Земли. В результате снижения урожайности сельскохозяйственных культур и роста потерь от болезней и вредителей возникнет необходимость в распашке новых земель, в уничтожении среды обитания диких видов растений и животных.

1.3 Влияние химии на биологические и сельскохозяйственные науки

Методы химического эксперимента, в особенности анализа, используются во многих областях науки. Особенно широко химическими методами исследования пользуются биологи и ученые-аграрники.
Широкое использование достижений химии в сельскохозяйственной науке началось в ХIХ в. Благодаря работам Ж Буссенго (1836) и Ю. Либиха (1840) были сформированы научные основы агрохимии — науки о химических и биохимических процессах в растениях и среде их обитания. В России становление и развитие агрохимии связано с именами таких выдающихся ученых, как , , . Достижения агрохимии внесли существенный вклад в резкое повышение урожайности сельскохозяйственных культур в начале 50-х гг. ХХ в. — так называемую «зеленую революцию». На основании агрохимических исследований по оценке плодородия почв делаются заключения о необходимости применения минеральных удобрений и проведения химической мелиорации. Новая отрасль агрохимии — химия пестицидов — занимается вопросами защиты растений от болезней, вредителей и сорняков, а также применением регуляторов роста растений.

Применение химии в биологии — очень масштабное явление: химия стала краеугольным камнем, который лежит в основе всех наук о жизни. Первой пограничной научной дисциплиной между химией и биологией стала биохимия, основы которой были заложены во второй половине ХУIII в. Изучая химическими методами вещества, входящие в состав живых организмов, биохимия стала родоначальницей новых химических дисциплин, например бионеорганической и биоорганической химий, молекулярной биологии, энзимологии, генной инженерии. Этот комплекс химических наук о живом веществе образует научную основу промышленной и сельскохозяйственной биотехнологии, медицины и экологии. Неорганическая химия является фундаментом этого комплекса.
Химизация сельского хозяйства и сельскохозяйственных наук приводит к тому, что специалисту, работающему в этой отрасли производства, необходимо владеть знаниями не только в области биологии, но и химии, так как в непосредственной работе ему очень часто приходится сталкиваться с химическими понятиями и закономерностями. При изучении неорганической химии создается научная база для понимания и усвоения последующих дисциплин химического цикла — аналитической, органической, физической и коллоидной химии, биохимия, агрохимии и почвоведения. Без освоения неорганической химии невозможно также глубокое изучение биологических дисциплин, составляющих основу подготовки специалиста сельского хозяйства. Неорганическая химия составляет неотъемлемую часть и профессионального, и мировоззренческого багажа любого специалиста сельского хозяйства.