Химия и сельское хозяйство

Реферат

16

1.1 Органические удобрения

Важнейшим органическим удобрением является навоз. В навозе в среднем содержится 0,5% связанного в химические соединения азота, 0,25% фосфора и 0,6% калия. Кроме азота, фосфора и калия навоз содержит все элементы, включая и микроэлементы, необходимые для жизни растений.

Ценным и быстродействующим средством является навозная жижа . Она содержит до 0,8% азота и до 1% калия, но сравнительно небольшое количество фосфора. Ее применяют для подкормки растений в весенне-летний сезон и для приготовления компостов. Компосты — смеси двух или нескольких удобрений. Для их приготовления используют главным образом торф. В результате получают торфо-навозные, торфо-жижевые, торфо-фекальные, торфо-фосфоритные и другие компосты.

Концентрированным и весьма эффективным удобрением является птичий помет . Он содержит в среднем 6% азота, 4,3% калия и 2,6% фосфора. Для избежания потерь питательных веществ птичий помет хранят в смеси с торфом.

Для обогащения почвы азотом применяют так называемое зеленое удобрение — специально выращенная и запаханная растительная масса. Для этой цели используют главным образом бобовые растения, которые способны связывать в химические соединения азот воздуха. Обычно молекулярный азот недоступен для растений в качестве питания. Однако он способен усваиваться некоторыми микроорганизмами. Давно установлено, что на корневой системе бобовых растений размножаются клубеньковые бактерии, которые обладают способностью переводить молекулярный азот в химические соединения. В процессе своей жизнедеятельности клубеньковые бактерии и обогащают почву соединениями азота. Кроме того, некоторые бобовые растения имеют корневую систему, уходящую глубоко в землю. Благодаря этому они переносят в пахотный слой извлеченные из глубоких горизонтов питательные вещества и таким путем также способствуют повышению урожайности.

1.2 Минеральные удобрения

В мире минеральные удобрения начали применять сравнительно недавно. Инициатором и активным поборником их использования в земледелии был немецкий химик Юстус Либих. В 1840 г. он выпустил в свет книгу «Химия в приложении к земледелию». В 1841 г. в Англии была построена первая суперфосфатная установка. Калийные удобрения начали производить в 70-х годах прошлого века. Спрос на минеральные удобрения быстро увеличивается так, что их мировое потребление с начала текущего столетия удваивается за каждые десять лет. Запасы главных элементов удобрений на Земле достаточно велики, и их истощения пока не предвидится. Рассмотрим различные виды минеральных удобрений.

11 стр., 5356 слов

Удобрения и их применение

... также слабая обеспеченность элементами минерального питания для растений - азоты, фосфора и калия, многих микроэлементов; нередко (в разновидностях легкого механического ... или химические), органические и бактериальные (искусственное внесение микроорганизмов с целью повышения плодородия почв). Минеральные удобрения, Простые минеральные удобрения, Азотные удобрения. По выпуску и использованию ...

1.3 Азотные удобрения

Для синтеза белков растениям необходим азот. Азотсодержащие минеральные удобрения подразделяются на аммиачные, нитратные и амидные. К первой группе относится аммиак NH 4 и его соли — прежде всего, сульфат (NН4 )2 SO4 и хлорид аммония NH4 C1. Ко второй группе — селитры: натриевая NaNO3 , калиевая KNO3 и кальциевая Ca(NO3 )2 . Cуществуют также аммиачно-нитратные удобрения, например, аммиачная селитра NH4 N03 . К амидным удобрениям относятся цианамид кальция CaCN2 и мочевина (карбамид) NH2 CONH2 .. Цианамид кальция при гидролизе дает аммиак и карбонат кальция:

СаСN 2 + ЗН2 O = СаСО3 +2NН3

При взаимодействии с водой мочевины помимо аммиака образуется ещё одно питательное вещество — диоксид углерода:

NH 2 CONH22 О = 2NН3 +СO2

Отметим ряд существенных недостатков этих удобрений. Цианамид и мочевина взаимодействуют с водой постепенно, поэтому и питательные вещества поступают из них к растениям также постепенно. Кроме того, аммиак, хотя и не очень сильно, но токсичен.

В почве происходит биологическое превращение восстановленных форм азота в окисленные под действием целого ряда бактерий — нитрификация. Она протекает в две стадии:

3 + 3О2 = 2NО2 + 2Н+ + 2Н2 О

20 22 = 2О3

Энергия, выделяющаяся при окислении аммиачного азота до нитратного, используется бактериями для ассимиляции углекислого газа и для других эндотермических процессов.

Существуют другие бактерии и грибки, которые проводят нитрификацию не только аммиачного азота, но и азота органических соединений, осуществляя таким образом минерализацию органических соединений, попавших в почву. В результате действия различных нитрифицирующих бактерий аммиак и органические амины, содержащиеся в больших количествах в навозе, превращаются в нитраты. Последние попадают в грунтовые воды, водоёмы и колодцы. Вследствие этого вода колодцев, расположенных вблизи больших ферм, часто содержит недопустимо большое количество нитратов и потому непригодна для питья и приготовления пищи. Поэтому использование аммиачных и амидных удобрений небезопасно в экологическом плане

Рассмотрим действие нитратных азотных удобрений. При их применении происходит подщелачивание почв, поскольку растения связывают азотную кислоту и освобождают щелочь:

аО 3 + Н2 О = [НО3 ] + NaOH

Однако и нитратные удобрения небезопасны. Опасность заключается не в самих нитратах, а в продуктах их восстановления — нитритах. Нитриты образуются из нитратов в желудке как человека, так и животных. Они-то и обладают ядовитым действием на организм. Кроме того, нитриты способны нитрозировать аминные группы в белках и аминокислотах, приводя к образованию нитрозаминов. Существуют указания на то, что некоторые из нитрозаминов обладают канцерогенными свойствами.

35 стр., 17218 слов

Растения в интерьере и принцип озеленения помещений 1.1 История ...

... занимаются селекцией новых сортов декоративных растений, регулярно проводятся выставки цветов, работают цветочные биржи [24] Растения в интерьере Ещё в древности, люди пытались украшать ... факторами помогают именно комнатные растения. Поэтому актуальность темы заключается в том, что декоративные растения способствуют художественно-эстетической организации интерьера, выполняют гигиенико-санитарные и ...

Таким образом, мы показали, что использование азотных удобрений, хотя и эффективно, представляет из себя вопрос дискуссионный из-за экологической небезопасности.

1.4 Фосфорные удобрения

Фосфор необходим растениям для синтеза белков клеточных ядер — нуклеопротеидов, а также многих других биологически активных органических соединений. Он накапливается в растениях в довольно больших количествах. Растения как объекты питания обеспечивают фосфором организмы животных, а также человека.

В природе фосфор присутствует в апатитах и фосфоритах. Апатиты — это группа минералов, основными компонентами которых являются соли: Са 5 (РО4 )3 — фторапатит, Са5 С(РО4 )3 — хлорапатит и Са5 ОН(РО4 )3 — гидроксидапатит. Наиболее распространён фторапатит. Апатиты входят в состав изверженных магматических пород.

Осадочные породы, в которых содержится апатит с включениями частичек посторонних минералов (кварца, кальцита, глины и др.), называют фосфоритами. Они образовались путем минерализации скелетов животных (кости, как известно, состоят в основном из фосфата кальция) или осаждением из воды фосфатных ионов ионами кальция. Известно, что люди применяли кости для удобрения полей с древнейших времен. Теперь мы знаем, что особенно большой эффект костяная мука дает на кислых почвах.

В основе фосфоритов и апатитов — Са 3 (РО4 )2 . Поэтому растениям трудно извлекать из них фосфор. Кислая соль СаНР04 растворима лучше, и ее растворимость увеличивается в присутствии органических кислот, встречающихся в почвах. Однозамещенная соль Ca(H2 P04 )2 растворима в воде относительно хорошо. Таким образом, химики могут помочь растениям в усвоении фосфора переводом средней соли Са3 (РО4 )2 в кислые СаНР04 или Са(Н2 Р04 )2 . С точки зрения различной растворимости среднего и кислых фосфатов понятно, почему фосфоритная мука дает наилучшие результаты на кислых (подзолистых и торфяных) почвах. Понятно и то, что перед употреблением фосфоритной муки не рекомендуется известковать почву, так как это приводит к понижению ее кислотности. Для решения этой задачи проводят следующее химическое преобразование:

2Ca 5 F(PО4 )3 + 7H24 + ЗН2 О = 3Ca(H24 )2 H2 О+7CaSО4 +2HF

Для получения удобрения с более высоким содержанием фосфора проводят процесс в две стадии. Вначале получают фосфорную кислоту:

2Са 5 (РО4 )з+10Н2 О4 = 6Н3 РО4 +10СаО4 +2Н

35 стр., 17004 слов

Микроэлементы (цинк, железо, марганец) в системе "почва-растение" ...

... в почвах и обеспеченность растений цинком, марганцем и железом зависит от уровня фосфатов в почве, от доз внесения фосфорных удобрений. Наиболее часто встречающаяся ситуация (по данным Аристархова) – недостаточное количество цинка, обуславливающее дефицит его в растениях. ...

Получающуюся фосфорную кислоту отделяют от гипса и действуют ею на новую порцию сырья:

Ca 5 F(PО4 )3 + 7Н3 РО4 + 5Н2 О = 5Са(Н2 РО4 )2 * Н2 О + HF

Образующийся продукт называют двойным суперфосфатом потому, что в отличие ‘от простого суперфосфата он содержит примерно вдвое больше питательного вещества.

Еще одно фосфорное удобрение производят нейтрализацией фосфорной кислоты известковым молоком (суспензией гашеной извести):

Н 3 РО4 + Са(ОН)2 = СаНРО4 * 2Н2 О

Полученный таким образом продукт называют преципитатом. Он обладает хорошими физическими свойствами, не слеживается, хорошо рассеивается.

При внесении в почву суперфосфаты взаимодействуют с гидрокарбонатом кальция и в сравнительно короткий срок превращаются в соответствии с уравнением:

Са(Н 2 РО4 )2 + Са(НСО3 )2 = 2СаНРО4 + 2СО2 + 2Н2 О

При большом содержании карбонатов, т. е. при низкой кислотности почв, превращение может пойти дальше:

Са(Н 2 РО4 )2 +2СаСО3 = Са3 (РО4 )2 +2СО2 +2Н2 О

В результате вновь получается малорастворимый фосфат кальция Саз(Р04)2, который малодоступен для питания растений.

Таким образом, для эффективного использования удобрений нужно знать и регулировать кислотность почв. Наличие в почве в больших количествах соединений железа (III) и алюминия (III) также снижает эффективность фосфорных удобрений, так как данные ионы образуют с фосфатными ионами малорастворимые соли.

1.5 Калийные удобрения

В организме растений калий регулирует процесс дыхания, способствует усвоению азота и повышает накопление белков и сахаров в растениях. Для зерновых культур калий увеличивает прочность соломы, а у льна и конопли повышает прочность волокна. Калий повышает стойкость озимых хлебов к морозам и к перезимовке и овощных культур к ранним осенним заморозкам. Недостаток калия у растений проявляется на листьях. Их края приобретают желтую и темно-коричневую окраску с красными крапинками.

В России имеются богатейшие, месторождения карналлита KCMgC 2 H2 O и сильвинита (смесь сильвина КС и галита NaC) (г. Соликамск).

Первый используется в качестве сырья для получения магния, а остаток производства идет на выработку калийного удобрения. Источником калийных удобрений также служат отходы других производств: апатитового, цементного, алюминиевого.

Калийные удобрения обычно применяют в сочетании с азотными и фосфорными. В таких случаях было бы нерационально вносить отдельно каждое из них. Это потребовало бы больших трудовых затрат. Поэтому часто механически или химически готовят смеси различных удобрений. Смешанные в определённых пропорциях различные удобрения называют туками. При подборе смесей не должно быть потерь питательных веществ и перехода удобрений в малоусвояемую форму, что может быть вызвано химическим взаимодействием компонентов. Так, нельзя добавлять к аммонийным удобрениям удобрения щелочного характера, например, поташ. Поэтому к приготовлению многокомпонентных удобрений должны привлекаться химики.

1 стр., 426 слов

Сочинение миниатюра на уроке химии

... время, стол, за которым мы едим и делаем уроки, велосипед, на котором мы ездим, качели на которых качаемся. Все это химия. Химия является частью нашей жизни. Человек зависит от ... раньше, потому что в магазинах продается множество различных удобрений для борьбы с вредителями. Медицина напрямую зависит от химии. Наверное, многие уже знакомы с аспирином, цитрамоном, анальгином ...

1.6 Другие макроэлементы — питательные вещества

Кроме вышеупомянутых элементов растениям необходимы в довольно больших количествах кальций, магний, сера, железо. Их содержание в почвах часто близко к потребностям растений и их вынос с товарной продукцией относительно невысок.

Ионы Са 2+ в растениях входят в плазму клеток и играют в ней активную роль. Они необходимы для развития корневой системы, в частности корневых волосков. В растениях кальций накапливается в основном в листьях и товарной части урожая. Поэтому кальций в значительной мере возвращается в почву в процессе естественного круговорота. Извне кальций обычно вносится в почву при ее известковании.

Известно, что процесс фотосинтеза протекает-с участием хлорофилла, непременной составной частью которого являются ионы Мg 2+ . Магний оказывает большое влияние на образование углеводов в растениях и, следовательно, на плодообразование. При недостатке магния замедляется рост и вегетация растений, а при большом его дефиците в почве — растение вовсе не вступает в фазу плодоношения.

Поскольку сырье для калийных удобрений обычно содержит много магния, то последний переходит в эти удобрения и с ними вносится в почву. Минералы, в состав которых входит магний, весьма распространены в природе. Один из них — доломит MgCO 3 *СаСО3 , измельчённый в виде муки, применяют в качестве магниевого удобрения. Одновременно он проявляет и другую функцию — как средство известкования почвы.

Магний необходим и организму человека. Врачи считают, что одной из причин спазм кровеносных сосудов является недостаток магния. Они установили, что внутривенные и внутримышечные вливания растворов солей магния снимают спазмы и судороги. В организм человека магний поступает с овощами и фруктами. В заметных количествах он содержится в капусте, картофеле и помидорах, но особенно богаты им абрикосы и персики.

Сера входит в некоторые аминокислоты, которые, в свою очередь, входят в состав растительных белков.

1.7 Микроудобрения

Микроудобрениями называют питательные вещества, которые содержат химические элементы, потребляемые растениями в очень малых количествах. В настоящее время выявлена биологическая роль в жизни растительных и животных организмов бора, меди, марганца, молибдена.

Борные удобрения вносят в небольших количествах, но они необходимы. У растений бор содержится больше всего в пыльце. Он участвует в кислородном питании тканей и передвижении углеводов из пластинки листа в другие части растения.

Медные удобрения также вносятся в небольших количествах. Медь входит в состав некоторых окислительных ферментов и, значит, принимает участие в окислительно-восстановительных процессах; она влияет на углеводный обмен и образование хлорофилла. Без меди злаковые растения не синтезируют белок, а значит, и не образуют зерна. Установлено, что кости животных и человека содержат относительно много меди. Её дефицит в организме приводит к искривлению и ломкости костей.

5 стр., 2387 слов

Вклад Михаила Васильевича Ломоносова в химию

... Ломоносова. В 1743 году В 1747 году В 1748 году Ломоносов 21 февраля 1749 года Особенно плодотворными для научной деятельности Ломоносова М. В. в области физики и химии ... и достижения, сделанные в год присуждения. Это положение де-факто не соблюдается. Биография М. В. Ломоносова. ... строения (дискретности) вещества: любое вещество состоит из отдельных частиц. В середине XVIII века в европейской науке ...

Марганцевые удобрения обычно используют на чернозёмных и других нейтральных или слабощелочных почвах. Марганец способствует усвоению растениями азота и накоплению хлорофилла, а также синтезу аскорбиновой кислоты (витамина С).

Молибдена в отличие от марганца мало в кислых почвах, но обычно достаточно в нейтральных и слабощелочных. Установлено, что молибден непременно входит в клубеньковые бактерии, связывающие в соединения атмосферный азот. При недостатке молибдена в почве нарушается синтез в растениях белковых веществ. Он способствует усвоению растениями азотного удобрения — селитры.

Подобные документы

  • Химический взгляд на природу, истоки и современное состояние. Предмет познания химической науки и ее структура. Взаимосвязь химии и физики. Взаимосвязь химии и биологии. Химия изучает качественное многообразие материальных носителей химических явлений.

    реферат [99,4 K], добавлен 15.03.2004

  • Основные классы неорганических соединений. Распространенность химических элементов. Общие закономерности химии s-элементов I, II и III групп периодической системы Д.И. Менделеева: физические, химические свойства, способы получения, биологическая роль.

    учебное пособие [3,8 M], добавлен 03.02.2011

  • Вещества и их взаимные превращения являются предметом изучения химии. Химия – наука о веществах и законах, которым подчиняются их превращения. Задачи современной неорганической химии – изучение строения, свойств и химических реакций веществ и соединений.

    лекция [21,5 K], добавлен 26.02.2009

  • Общая характеристика, краткие сведения об истории открытия элементов и их распространённости в природе. Физико-химические свойства железа, кобальта и никеля. Свойства соединений железа в степенях окисления. Цис-, транс-изомерия соединений платины.

    реферат [36,7 K], добавлен 21.09.2019

  • Краткая история возникновения химии как важнейшей отрасли естествознания и науки, изучающей вещества и их превращения. Алхимия и первые сведения о химических превращениях. Описание вещества, атомная, математическая химия и родоначальники российской химии.

    курсовая работа [25,5 K], добавлен 25.04.2011

  • Пути познания и классификация современных наук, взаимосвязь химии и физики. Строение и свойства вещества как общие вопросы химической науки. Особенности многообразия химических структур и теория квантовой химии. Смеси, эквивалент и количество вещества.

    лекция [759,9 K], добавлен 18.10.2013

  • Происхождение термина «химия». Основные периоды развития химической науки. Типы наивысшего развития алхимии. Период зарождения научной химии. Открытие основных законов химии. Системный подход в химии. Современный период развития химической науки.

    7 стр., 3311 слов

    Ломоносов и его значение в формировании науки

    ... Ломоносов начал большое сочинение "Элементы математической химии"(1741г.), которое осталось незаконченным, как и многие другие работы по физике и химии. В этих работах Ломоносов разработал корпускулярную теорию строения вещества, ... становления химии как науки, хотя с различными химическими превращениями человек имел дело ещё в древние времена. В середине XVIII века в европейской науке господствовала ...

    реферат [30,3 K], добавлен 11.03.2009