Программа элективного курса по химии Химия в сельском хозяйстве (9 класс)

Программа

элективного курса

для учащихся 9 классов

«Химия в сельском хозяйстве»

Содержание

I. Введение стр. 3

II. Программа элективного курса по химии для учащихся 9 классов

«Химия в сельском хозяйстве» стр. 5 - 10

1. Пояснительная записка стр. 5

2. Тематический план стр. 6

3. Содержание программы стр. 7

4. Темы проектных работ и сообщений учащихся стр. 9

5. Список литературы для учащихся стр. 10

6. Список литературы для учителя стр. 10

III. Заключение стр. 11

IV. Список используемой литературы стр. 12

V. Приложение стр. 13 - 41

I. Введение

В настоящее время в нашей стране происходит модернизация всей системы образования. В соответствии с Концепцией модернизации российского образования на период до 2010 г. на старшей ступени общеобразовательной школы предусматривается профильное обучение.

Элективные курсы (курсы по выбору) играют важную роль в системе профильного обучения на старшей ступени школы. В отличие от факультативных курсов, существующих ныне в школе, элективные курсы обязательны для старшеклассников.

В соответствии с одобренной Минобразованием России "Концепцией профильного обучения на старшей ступени общего образования" дифференциация содержания обучения в старших классах осуществляется на основе различных сочетаний курсов трех типов: базовых, профильных, элективных. Каждый из курсов этих трех типов вносит свой вклад в решение задач профильного обучения. Однако можно выделить круг задач, приоритетных для курсов каждого типа.

Базовые общеобразовательные курсы отражают обязательную для всех школьников инвариативную часть образования и направлены на завершение общеобразовательной подготовки обучающихся. Профильные курсы обеспечивают углубленное изучение отдельных предметов и ориентированы, в первую очередь, на подготовку выпускников школы к последующему профессиональному образованию. Элективные же курсы связаны, прежде всего, с удовлетворением индивидуальных образовательных интересов, потребностей и склонностей каждого школьника. Именно они по существу и являются важнейшим средством построения индивидуальных образовательных программ, т.к. в наибольшей степени связаны с выбором каждым школьником содержания образования в зависимости от его интересов, способностей, последующих жизненных планов. Элективные курсы как бы «компенсируют» во многом достаточно ограниченные возможности базовых и профильных курсов в удовлетворении разнообразных образовательных потребностей старшеклассников. Эта роль элективных курсов в системе профильного обучения определяет широкий спектр их функций и задач.

По назначению можно выделить несколько типов элективных курсов. Одни из них могут являться как бы «надстройкой» профильных курсов и обеспечить для наиболее способных школьников повышенный уровень изучения того или иного учебного предмета. Другие элективы должны обеспечить межпредметные связи и дать возможность изучать смежные учебные предметы на профильном уровне. Третий тип элективных курсов поможет школьнику, обучающемуся в профильном классе, где один из учебных предметов изучается на базовом уровне, подготовится к сдаче ЕГЭ по этому предмету на повышенном уровне. Еще один тип элективных курсов может быть ориентирован на приобретение школьниками образовательных результатов для успешного продвижения на рынке труда. Наконец, познавательные интересы многих старшеклассников часто могут выходить за рамки традиционных школьных предметов, распространяться на области деятельности человека вне круга выбранного ими профиля обучения. Это определяет появление в старших классах элективных курсов, носящих «внепредметный» или «надпредметный» характер.

Оценивая возможность и педагогическую целесообразность введения тех или иных элективных курсов следует помнить и о таких важных их задачах, как формирование при их изучении умений и способов деятельности для решения практически важных задач, продолжение профориентационной работы, осознание возможностей и способов реализации выбранного жизненного пути и т.д.

Элективные курсы как наиболее дифференцированная, вариативная часть школьного образования потребует новых решений в их организации. Особую роль в успешном внедрении элективных курсов сыграет подготовка учебной литературы по этим курсам. Министерство образования проводит в настоящее время работу в этом направлении. По заданию Министерства Национальный фонд подготовки кадров провел конкурс учебно-методических пособий по элективным курсам. В результате конкурса подготовлены программы, учебные и методические материалы по 8-10 элективным курсам по каждому учебному предмету.

Опыт ряда регионов, участвующих в эксперименте по профильному обучению, показывает, что в институтах повышения квалификации, педагогических вузах, в школах на местах создаются собственные варианты элективных курсов. Многие из них представляют интерес и заслуживают поддержки. В этой связи можно рекомендовать региональным и муниципальным органам управления образованием создавать банки данных по элективным курсам, организовать информационную поддержку и обмен опытом введения элективных курсов.

Создание элективных курсов - важнейшая часть обеспечения введения профильного обучения. Поэтому, относя себя к тем учителям, кому небезразлична судьба отечественного естественно-научного образования, в данной работе я использую возможность принять активное участие в процессе модернизации российского образования.

Цель работы:

Представить программу элективного курса по химии для учащихся 9 классов как один из вариантов программ, отражающих прикладную направленность химии.

Задача работы:

Разработать основные структурные компоненты программы элективного курса «Химия в сельском хозяйстве».

II. «Химия в сельском хозяйстве»

Программа элективного курса по химии для учащихся 9 классов.

Аннотация

Элективный курс для учащихся 9 классов средних общеобразовательных школ.

Данная программа предусматривает расширение и углубление знаний учащихся по химии, развитие их познавательных интересов, целенаправленную профессиональную ориентацию старшеклассников. При изучении курса учащиеся приобретают теоретические знания о химических веществах и химических процессах, применяемых в сельском хозяйстве, и практические умения применять полученные знания во время работы на пришкольном участке или на своем приусадебном участке.

1. Пояснительная записка

Программа элективного курса «Химия в сельском хозяйстве» предназначена для учащихся 9 классов.

Основная цель разработки курса - приблизить содержание обучения химии к повседневным потребностям работников сельского хозяйства и всех сельских жителей, способствовать формированию у учащихся интереса не только к химии как к учебному предмету, но и к научным основам сельского хозяйства, развитию у них творческого отношения к любому виду деятельности, умения анализировать явления и процессы окружающей действительности с точки зрения естественных наук.

Содержание курса раскрывает основные направления использования химических веществ в сельском хозяйстве в целом и на личном приусадебном участке в частности. Значительное место в программе отводится ознакомлению с основами агрохимии. Программа предусматривает раскрытие сущности химических процессов, связанных с питанием растений, получением сельхозпродукции, ее хранением и переработкой, контролем качества и другими технологическими процессами сельскохозяйственного производства. Данный курс формирует понятие о различных видах удобрений и их рациональном использовании, химических средствах защиты растений, актуализирует экологические аспекты изучаемого курса.

Практическая часть программы предусматривает применение учащимися знаний, полученных при изучении химии, биологии, экологии, в работе на пришкольном участке или на своем приусадебном участке (что особенно актуально для сельских школ).

Содержание элективного курса предполагает разнообразные виды деятельности учащихся: лекции, семинары, практические работы, лабораторные опыты, а также самостоятельные проектные работы с использованием различных источников информации.

Учащиеся должны знать:

• химический состав растений и закономерности их питания;

• классификацию удобрений, их химический состав и свойства, экологические и медицинские проблемы, связанные с их применением;

• классификацию и свойства наиболее распространенных пестицидов;

• химические процессы, протекающие при дыхании растений и прорастании семян, созревании и хранении продуктивных органов растений;

• показатели качества урожая и методы их определения.

Учащиеся должны уметь:

• рассчитывать необходимые дозы внесения извести и удобрений;

• распознавать минеральные удобрения по внешнему виду и простым химическим реакциям;

• проводить химический эксперимент по обнаружению нитратов в продуктах питания.

2. Тематический план

Кол-во

часов

Виды деятельности

1

Понятие об агрохимии.

1

Лекция. Выбор тем исследовательских проектов.

2

Состав и свойства почвы.

Определение процентного содержания гумуса в почве.

2

Лекция. Лабораторный опыт. Сообщения учащихся.

Практическая работа.

3

Мелиорация почв.

Определение потребности почв в известковании и вычисление доз извести.

1

Лекция. Практическая работа. Решение расчетных задач.

4

Гидропонное выращивание растений.

1

Лекция. Лабораторный опыт. Решение расчетных задач.

5

Химический состав растений.

1

Лекция. Беседа. Лабораторный опыт.

6

Питание растений.

2

Лекция. Семинар.

7

Удобрения и их классификация.

Качественное распознавание минеральных удобрений.

3

Лекция. Сообщения учащихся. Лабораторный опыт. Практическая работа.

8

Качество урожая.

1

Лекция. Беседа.

9

Химические средства защиты растений.

1

Сообщения учащихся. Викторина.

10

Химические процессы при хранении и переработке сельскохозяйственного сырья.

1

Лекция.

11

Химические основы получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции и охраны окружающей среды. Определение количества нитратов в овощах.

2

Сообщения учащихся. Беседа. Тест. Практическая работа.

12

Итоговое занятие.

1

Защита проектных работ.

Итого:

17 часов

3. Содержание программы

№ 1. Понятие об агрохимии (1 час)

Агрохимия как наука, ее развитие в России. Выбор тем исследовательских проектов.

№ 2. Состав и свойства почвы (2 часа)

Состав почвы и ее поглотительная способность. Понятие о почвенном растворе. Состав и концентрация почвенного раствора. Реакция почвенного раствора и буферная способность почвы. Ионные и окислительно-восстановительные процессы в почве и их роль в питании растений. Механический состав почвы.

Лабораторный опыт «Изменение окраски индикаторов в кислой и щелочной средах».

Практическая работа «Определение процентного содержания гумуса в почве».

№ 3. Мелиорация почв (1 час)

Понятие о химической мелиорации почв. Известкование кислых почв, гипсование солонцеватых почв.

Практическая работа «Определение потребности почв в известковании и вычисление доз извести».

№ 4. Гидропонное выращивание растений (1 час)

Гидропоника. Состав питательных растворов и их концентрация при выращивании растений гидропонным способом.

Лабораторный опыт, доказывающий незаменимость необходимых для растений минеральных солей любыми другими солями (выращивание растений в растворе, в котором вместо фосфатов или нитратов используется поваренная соль).

№ 5. Химический состав растений (1 час)

Элементный состав растений. Понятие о зольных элементах. Вода как вещество и как среда. Углеводы, белки, жиры, нуклеиновые кислоты, витамины, минеральные вещества.

№ 6. Питание растений (2 часа)

Особенности корневого питания растений. Механизм поглощения питательных веществ через корни, их передвижение по растению, закономерности накопления в отдельных органах. Влияние условий внешней среды и почвенных микроорганизмов на поглощение питательных веществ растениями. Отношение растений к условиям питания в различные периоды роста. Триада плодородия. Вынос элементов питания с урожаем.

Химия воздушного питания растений. Фотохимические реакции, протекающие в процессе фотосинтеза. Связь интенсивности фотосинтеза с условиями жизни растений. Пигменты растений: хлорофилл, каротиноиды.

Демонстрации: 1. Схемы биогеохимических круговоротов углерода, кислорода, азота и фосфора. 2. Гербарий бобовых растений (клубеньки на корнях - результат деятельности клубеньковых бактерий, фиксирующих атмосферный азот). 3. Фотосинтез как пример окислительно-восстановительного процесса в природе (опыт с водными растениями, например с элодеей).

№ 7. Удобрения и их классификация (3 часа)

Минеральные удобрения, их классификация. Азотные удобрения и их основные группы. Фосфорные и калийные удобрения. Комплексные удобрения: сложные, смешанные и комбинированные. Микроудобрения. Получение в промышленности и нахождение в природе основных видов минеральных удобрений. Развитие производства и применения минеральных удобрений в России.

Органические удобрения. Их химический состав. Химические процессы, протекающие при хранении и разложении различных видов органических удобрений, потери питательных веществ. Значение компостирования.

Зеленые удобрения. Химические процессы, лежащие в основе их применения.

Лабораторные опыты: сравнение растворимости удобрений в воде, изучение смешиваемости удобрений.

Практическая работа «Качественное распознавание минеральных удобрений».

№ 8. Качество урожая (1 час)

Средний химический состав урожая сельскохозяйственных растений. Показатели качества урожая и методы их определения.

№ 9. Химические средства защиты растений (1 час)

Понятие о пестицидах, их классификация. Химические свойства основных ядохимикатов. Сроки и продукты разложения, превращения в почве, водоемах, возможности накопления в продуктивных органах растений.

№ 10. Химические процессы при хранении и переработке сельскохозяйственного сырья (1 час)

Способы консервирования плодов и овощей, химическая сущность процессов, протекающих при этом. Выбор способа консервирования в зависимости от химического состава консервируемого продукта. Влияние кислотности. Химические соединения-консерванты.

№ 11. Химические основы получения экологически чистой сельскохозяйственной продукции и охраны окружающей среды (2 часа)

Природные токсиканты и загрязнители, попадающие в сельхозпродукцию из окружающей среды. Их физиологическое действие, предельно допустимое содержание в пищевых продуктах, предотвращение попадания этих веществ в организм человека. Пути получения экологически чистой сельхозпродукции. Понятие о пищевой аллергии.

Сельское хозяйство и перерабатывающая промышленность как источники загрязнения окружающей среды. Основные источники загрязнений: удобрения, ядохимикаты, стоки животноводческих ферм.

Охрана труда и охрана природы при использовании удобрений. Влияние избытка азотных удобрений на качество сельскохозяйственной продукции. Химические процессы, протекающие при попадании минеральных и органических удобрений в водоемы, их влияние на флору и фауну.

Влияние пестицидов на организм человека, ПДК. Правила пользования с учетом требований охраны окружающей среды и здоровья человека.

Основные мероприятия по охране окружающей среды.

Практическая работа «Определение количества нитратов в овощах».

№ 12. Итоговое занятие (1 час)

Защита проектных работ.

4. Темы проектных работ и сообщений учащихся:

1. Выращивание растений на питательных растворах.

2. Использование химических веществ в кормовом рационе животных.

3. Перспективы туковой промышленности России.

4. Проблемы выращивания экологически чистой сельскохозяйственной продукции.

5. Химическая мелиорация почв.

6. Химия на моем приусадебном участке.

7. Если бы я стал фермером…

8. Генная инженерия и продукты питания.

5. Список литературы для учащихся

1. Замяткин Г.А., Колесников Е.В. Юному агрохимику. - М.: Просвещение, 1983.

2. Габриелян О.С. Химия. 9 класс. - М.: Дрофа, 2003.

3. Кулюкин А.Н. Школьнику об агрохимии закрытого грунта. - М.: Просвещение, 1979.

4. Шульпин Г.Б. Эта удивительная химия. - М.: Просвещение, 1984.

5. Семенов И.Н., Максимов А.С., Макареня А.А. Химия и научно-технический прогресс. - М.: Просвещение, 1988.

6. Пичугина Г.В. Повторяем химию на примерах из повседневной жизни. - М.: Просвещение, 1999.

6. Список литературы для учителя

1. Петербургский А.В. Основы агрохимии: Пособие для учителей. - М.: Просвещение, 1979.

2. Петербургский А.В. Агрохимия и система удобрений. - М.: Колос, 1976.

3. Артюшин Н.А. Удобрения в интенсивных технологиях возделывания сельскохозяйственных культур. - М.: Агропромиздат,1991.

4. Глинка Н.А. Общая химия. - Ленинград: Химия, 1988.

5. Алексинский В.Н. Занимательные опыты по химии: Книга для учителя. - М.: Просвещение, 1995.

6. Заиков Г.Е. Роль химии в сельском хозяйстве. - М.: Знание, 1986.

7. Пичугин Г.В. Химия в технологии сельского хозяйства: 8-11 кл.: Метод. пособие. - М.: ВЛАДОС, 2003.

8. Сударкина А.А., Евсеева И.И., Орлова А.Н. Химия в сельском хозяйстве: Основы агрохимии: Учеб. пособие по фак. курсу для учащихся 9-х кл. - М.: Просвещение, 1981

III. Заключение

В результате работы над составлением программы элективного курса «Химия в сельском хозяйстве» были созданы его основные структурные элементы.

Данный элективный курс можно рассматривать как вариант, учитывающий особенности региона, имеющий прикладную направленность и способствующий профессиональной ориентации школьников. Такой подход к составлению программы может быть использован педагогами и в других регионах. Сохраняя структурные элементы программы, можно изменять содержание с учетом особенностей региона.

Подводя итог данной работы необходимо отметить, что вопросы по проведению элективных курсов по данной теме не исчерпаны полностью. Дальнейшая апробация элективного курса будет способствовать его корректировке, внесению изменений. Также предстоит работа по составлению текстов лекций, методики постановки опытов, контрольно-измерительных материалов.

IV. Список используемой литературы

1. Элективные курсы в системе предпрофильной подготовки: Учебно-методическое пособие / Отв. ред. Т.Б. Качкиной. - Ульяновск: УИПКПРО, 2004.

2. Смирнов П.М., Муравин Э.А. Агрохимия. - М.:Колос, 1991.

3. Практикум по почвоведению / Под ред. И.С. Кауричева. - М.: Просвещение, 1986.

4. Андросова В,Г. и др. Внеклассная работа по химии в сельской школе. - М.: Просвещение, 1983.

5. Решение Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы развития химического образования» // Химия в школе, № 1, 2004.

6. Суматохин С.В. О модернизации общего естественно-научного образования // Химия в школе, № 8, 2003.

7. Научно-методический журнал «Химия в школе».

8. Учебно-методическая газета «Химия».

9. Электронная энциклопедия «Кругосвет», 2003.

10. Интернет-ресурсы:

www.ed.gov.ru

www.profile-edu.ru

www.1september.ru

www.ed.apkro.ru

www.ege.edu.ru

www.edu.ru

V. Приложение

№ 1. Понятие об агрохимии

Агрохимия - агрономическая химия, наука, изучающая приёмы воздействия на химические и биохимические процессы, протекающие в почве и в растениях, минеральное питание растений, применение удобрений и средств химической мелиорации почв с целью улучшения плодородия почв и повышения урожайности. А. изучает также и некоторые др. средства повышения урожайности - гербициды, ростовые вещества. А. является научной основой химизации сельского хозяйства. По объектам, методам и задачам исследования А. относится одновременно к химическим и биологическим наукам. А. тесно связана с почвоведением, земледелием, метеорологией, физиологией и биохимией растений, с.-х. микробиологией, физикой, химией. Важнейшие разделы А.: питание растений, взаимодействие удобрений с почвой, изучение эффективности отдельных видов и форм удобрений, способов их внесения, химическая мелиорация почв (известкование, гипсование), исследование и применение химических средств борьбы с сорняками.

Первая книга по основам земледельческой химии опубликована в 1761 шведским химиком И. Валериусом. В 30-х гг. 19 в. французским учёным Ж. Буссенго предпринято изучение круговорота веществ в земледелии. В 1840 немецкому учёному Ю. Либиху в книге "Химия в приложении к земледелию" удалось доказать, что растения питаются не перегноем, как полагали многие учёные до него, а минеральными солями. Ю. Либих предложил перерабатывать костяную муку в суперфосфат, а Дж. Лос - основатель Ротемстедской станции в Англии (1843) - построил первый в мире суперфосфатный завод. Ротемстедская станция и ныне является крупнейшим центром агрохимических исследований в Англии. Начиная с 60-х гг. 19 в. в Германии агрохимические исследования развернулись на с.-х. опытных станциях. В 1859 немецкие учёные Ю. Сакс, В. Кноп предложили питательные смеси для выращивания растений в искусственных условиях. В 1886 немецкий агрохимик Г. Гельригель впервые доказал роль клубеньковых бактерий в усвоении азота воздуха бобовыми растениями. В США развитие агрохимических исследований было связано с организацией сети опытных станций и с.-х. колледжей при университетах (1887). Работы Э. Гилгарда и С. Хопкинса в США дали ценные материалы для изучения А. почв и системы удобрения в севообороте. Во всех капиталистических странах с развитой химической промышленностью имеются государственные агрохимические институты, а также институты, принадлежащие крупным фирмам по производству удобрений. В СССР известны (переведены на русский язык) работы таких современных учёных, как Э. Рассел (Англия), А. Демолон (Франция), А. Митчерлих (ГДР), Ф. Вир (США) и др.

В России первые научные высказывания по А. принадлежат М. В. Ломоносову. Он впервые дал объяснение происхождения гумуса почвы из органических остатков растений. В 1825 профессор Московского университета М. Г. Павлов опубликовал первое русское руководство по А. «Земледельческая химия». В 60-х гг. 19 в. начались исследования А. Н. Энгельгардта, который организовал в Петербургском земледельческом институте агрохимическую лабораторию и предложил использовать на удобрение фосфориты. К этому же времени относится деятельность Д. И. Менделеева в области А.: под его руководством были поставлены географические опыты с минеральными удобрениями. Важное значение для развития А. в России имела научная и общественная деятельность К. А. Тимирязева; он был инициатором постановки первых вегетационных опытов по изучению питания растений. В дореволюционной России А. не уделялось должного внимания, высшие с.-х. учебные заведения не имели самостоятельных кафедр А. Одним из крупных центров агрохимических исследований была кафедра частного земледелия Московского с.-х. института (ныне Московская с.-х. академия им. К. А. Тимирязева), которую возглавлял Д. Н. Прянишников, другим - кафедра почвоведения Лесного института (Петербург), которой руководил П. С. Коссович. Большие заслуги в разработке важнейших теоретических и практических проблем А. принадлежат Д. Н. Прянишникову. Им опубликованы многие работы по вопросам питания растений, действию удобрений, их практическому применению и другим важнейшим вопросам А. Велико также значение работ К. К. Гедройца по изучению поглотительной способности почв, А. Г. Дояренко по разработке серии точных методов исследования динамики почвенных процессов в связи с изменением в ней водно-воздушного режима.

После Великой Октябрьской социалистической революции были созданы крупные научно-исследовательские центры, опытные агрохимические станции, открыты специальные кафедры А. (1928) в с.-х. институтах. В 1919 по инициативе Д. Н. Прянишникова, Э. В. Брицке и Я. В. Самойлова был организован Научный институт по удобрениям, переименованный (1933) в Научно-исследовательский институт по удобрениям и инсектофунгицидам им. Я. В. Самойлова. В 1923 этим институтом под Москвой было организовано Долгопрудное опытное поле (ныне Долгопрудная агрохимическая опытная станция им. Д. Н. Прянишникова), где проводятся многолетние полевые опыты с минеральными удобрениями, по фосфоритованию и известкованию почв, изучаются различные формы удобрений и гербицидов, разрабатываются теоретические вопросы в области А. В 1931 создан Всесоюзный институт удобрений и агропочвоведения. В 1944 организована лаборатория А. в Почвенном институте им. В. В. Докучаева. За годы Советской власти учёные провели комплекс агрохимических исследований по повышению плодородия почв и урожайности. Видную роль в развитии учения о свойствах почв в связи с питанием растений и применением удобрений сыграли советские исследователи Н. С. Авдонин, Д. Л. Аскинази, Е. В. Бобко, М. В. Каталымов, А. Т. Кирсанов, В. М. Клечковский, А. Н. Лебедянцев, П. Г. Найдин, Я. В. Пейве, А. В. Петербургский, И. И. Синягин, Ф. В. Турчин, Ф. В. Чириков и др. Многое сделано по изучению эффективности разных форм удобрений, способов и доз их внесения, по применению микроэлементов под различные культуры. Советские учёные-агрохимики показали, что внесение суперфосфата в гранулированной форме изменяет его взаимодействие с почвой, микрофлорой и растениями; поглощение его почвой резко сокращается, а использование растениями возрастает. Большое внимание уделяется вопросам локального внесения удобрений (в лунки, гнёзда, рядки). Создание в СССР специальных институтов и опытных станций по изучению возделывания хлопчатника, сахарной свёклы, льна, чая, картофеля и др. культур обеспечило проведение большого числа опытов по действию удобрений на величину и качество урожая этих культур. В 1963-65 в Почвенном институте им. В. В. Докучаева разработана почвенно-агрохимическая карта СССР, на которой выделены 7 почвенно-агрохимических зон и внутри каждой зоны районы, различные по эффективности минеральных удобрений. В 1964 в СССР создана агрохимическая служба (с сетью агрохимических лабораторий) по вопросам химизации сельского хозяйства. Современные проблемы А.: дальнейшие теоретические и практические работы в области корневого питания растений, повышение коэффициента использования удобрений, разработка методов повышения степени использования растениями питательных веществ почвы, создание новых наиболее эффективных форм удобрений. Научно-исследовательская работа по А. проводится в центральных научно-исследовательских учреждениях, в многочисленных зональных институтах и с.-х. опытных станциях, на кафедрах с.-х. вузов и биолого-почвенных факультетах университетов. Подготовка кадров по А. проводится на факультетах агрохимии и почвоведения с.-х. вузов, а также на биолого-почвенных факультетах университетов. А. применяет в своих исследованиях химические и биологические методы. Химические методы основаны на химическом анализе образцов почв, растений, удобрений и проводятся в агрохимических лабораториях. К биологическим методам относятся вегетационные, полевые и производственные опыты. Ценность биологических опытов состоит в том, что они вполне определенно отвечают на вопрос, как избранная культура отзывается на внесение удобрений. Вегетационный опыт проводится в специальных сосудах, размещающихся в застеклённых помещениях - вегетационных домиках. С помощью этого метода изучают теоретические вопросы питания растений, взаимосвязь между условиями питания и обменом веществ у растений, влияние условий питания в разные периоды роста на химический состав и качество урожая растений. Разработка методики водных культур позволила обеспечить промышленное производство овощей в беспочвенных культурах (гидропоника). Полевой опыт проводится на делянках при различных видах, дозах и способах внесения удобрений. Он даёт основание к разработке практических приёмов правильного применения удобрений в хозяйстве и используется в научных исследованиях. Производственный опыт отличается от полевого тем, что действие удобрений проверяется на больших полях с использованием тех приёмов агротехники и машин, которые имеются в хозяйстве. Он позволяет выяснить не только повышение урожайности, но и хозяйственную пригодность рекомендуемых приёмов внесения удобрений. В агрохимических исследованиях применяются достижения физики, химии. Большую роль в А. играет метод меченых атомов, который позволяет более точно определить в почве запасы усвояемых веществ, их поступление в растения и т. д. Значение А. огромно для народного хозяйства. Научно обоснованные рекомендации, которые даёт наука практике, позволяют улучшить плодородие почвы и повысить урожайность.

№ 2. Состав и свойства почвы

Почва состоит из твердой, жидкой (почвенный раствор) и газовой (почвенный воздух) фаз.

Почвенный воздух отличается от атмосферного повышенным содержанием углекислого газа (в среднем около 1%, иногда до 2-3% и более) и меньшим - кислорода. Состав почвенного воздуха зависит от интенсивности газообмена между почвой и атмосферой. Образование углекислого газа в почве происходит в результате разложения органического вещества микроорганизмами и дыхания корней. Образующийся углекислый газ частично выделяется из почвы в атмосферу, улучшая воздушное питание растений, а частично растворяется в почвенной влаге, образуя угольную кислоту (H₂O + СО₂ = Н₂СО₃). Последняя вызывает подкисление раствора, в результате чего усиливается растворение и перевод в усвояемую для растений форму содержащихся в почве нерастворимых минеральных соединений Р, К, Са, Mg и др. При избыточном увлажнении почвы и плохой аэрации содержание углекислоты в почвенном воздухе повышается, а количество кислорода снижается до 8 - 12% и менее, что отрицательно сказывается на развитии растений и микроорганизмов.

Почвенный раствор - наиболее подвижная и активная часть почвы. Он является непосредственным источником воды и питательных веществ для растений. Состав и концентрация его изменяются в результате разнообразных биологических, химических и физико-химических процессов. Между жидкой, газообразной и твердой фазами почвы постоянно устанавливается подвижное (динамическое) равновесие. Поступление солей в почвенный раствор зависит от хода процессов выветривания и разрушения минералов, разложения органического вещества в почве, внесения органических и минеральных удобрений.

Концентрация почвенного раствора незасоленных почв невелика и колеблется от десятых долей грамма до нескольких граммов веществ на литр. В засоленных почвах содержание растворенных веществ достигает десятков, а иногда и сотен граммов на литр.

Избыток водорастворимых солей в почве (более 0,2%, или 2 г на 1 кг почвы) вредно действует на растения, а при содержании их 0,3-0,5% растения погибают.

В почвенном растворе содержатся не только минеральные, но и органические вещества, органоминеральные соединения, а также растворенные газы (углекислый газ, кислород, аммиак и др.). В составе почвенного раствора могут находиться различные анионы и катионы. Наиболее важное значение для питания растений имеет присутствие в почвенном растворе ионов К⁺, Са²⁺, Mg²⁺, NH₄⁺, NO₃^- SO₄^2- и H₂PO₄^- и постоянное их пополнение. Железо и алюминий содержатся в почвенном растворе в основном в виде устойчивых комплексов с органическими веществами, а в кислых почвах - в виде катионов и гидратов полуторных окислов в коллоидно-растворимой форме.

Огромное значение для питания и роста растений, как уже указывалось ранее, имеет реакция почвенного раствора.

От концентрации и степени диссоциации растворенных веществ зависят осмотическое давление почвенного раствора и поглощение воды корнями растений. Осмотическое давление почвенного раствора в незасоленных почвах значительно ниже, чем в клеточном соке растений. На засоленных почвах с большим осмотическим давлением поглощение воды культурными растениями затрудняется.

Концентрация солей и осмотическое давление почвенного раствора зависят от влажности почвы и являются весьма динамичными величинами.

Твердая фаза почвы состоит из минеральной и органической частей, которые являются основными источниками питательных веществ для растений. Около половины твердой фазы приходится на кислород, одна треть - на кремний, свыше 10% - на алюминий и железо и лишь 7% составляют остальные элементы (табл. 1).

Табл. 1. Средний химический (элементарный) состав твердой фазы почвы

(по Л. П. Виноградову)Азот практически полностью содержится в органической части почвы, углерод, фосфор, сера, кислород и водород - как в минеральной, так и в органической, а все другие из указанных в таблице элементов - в минеральной части почвы.

Минеральная часть составляет 90 - 99% массы твердой фазы почв и имеет сложный минералогический и химический состав. Она представлена кристаллическими кремнекислородными и алюмокремнекислородными (или силикатными и алюмосиликатными) минералами, аморфными и кристаллическими гидроксидами алюминия, железа и кремния, а также различными нерастворимыми минеральными солями. Наиболее распространен в почве первичный силикатный минерал кварц (SiO₂, двуокись кремния). Содержание его во всех почвах превышает 60%, а в легких песчаных достигает 90% и более. Кварц характеризуется большой механической прочностью и устойчивостью к химическому выветриванию, он не участвует в химических реакциях в почве. Из первичных алюмосиликатных минералов в почве широко распространены калиевые и натрий-калиевые полевые шпаты, в меньшей степени - калийная и железисто-магнезиальные слюды. Постепенно разрушаясь, эти минералы служат источником калия, кальция, магния и железа для растений. Первичные минералы - кварц, шпаты и слюды - обычно присутствуют в почве в виде частиц песка и пыли. Вторичные, или глинистые, минералы образуются при изменении полевых шпатов и слюд в процессе выветривания и почвообразования. Они находятся в почве главным образом в виде мелкодисперсных илистых и коллоидных частиц и обладают большой суммарной поверхностью и поглотительной способностью. По строению кристаллической решетки, степени дисперсности и другим свойствам глинистые минералы объединяют в три группы:

-каолинитовую;

-монтмориллонитовую;

-гидрослюд.

Они состоят главным образом из кремния, алюминия, кислорода и водорода, а также содержат небольшое количество железа, кальция, магния, калия и могут быть источником этих элементов для растений.

В твердой фазе почвы всегда присутствуют в сравнительно небольшом количестве труднорастворимые соли фосфорной кислоты (фосфаты кальция, магния, железа и алюминия), а в отдельных почвах может быть значительное количество малорастворимых карбонатов кальция, магния и сульфата кальция. В почве постоянно протекают процессы превращения труднорастворимых соединений в легкорастворимые и, следовательно, более доступные растениям. Одновременно происходят и обратные процессы.

Различные механические фракции почвы имеют неодинаковый минералогический и химический состав, отличаются по содержанию элементов питания. Более крупные частицы почвы - песчаные и пылеватые - состоят в основном из кварца, поэтому характеризуются высоким содержанием кремния, но меньшим - алюминия, железа, а также кальция, магния, калия, фосфора и других элементов. В состав мелкодисперсной коллоидной и илистой фракции входят преимущественно первичные и вторичные алюмосиликатные минералы, поэтому в ней больше содержится алюминия и железа, а также кальция, магния, калия, натрия, фосфора и других элементов питания. В связи с этим более тяжелые глинистые и суглинистые почвы богаче элементами питания, чем песчаные и супесчаные. Мелкодисперсные минеральные частицы почвы (глинистые минералы) вместе с органическим веществом обусловливают ее поглотительную способность, которая играет важную роль при взаимодействии удобрений с почвой. Следовательно, механический состав почвы в значительной степени определяет многие важные ее свойства - содержание элементов питания (Са, Mg, К, Р, Fe, микроэлементов), поглотительную способность, а также физические свойства (влагоемкость, водопроницаемость, воздушный и тепловой режим).

Органическое вещество почвы составляет небольшую часть твердой фазы, но имеет важное значение для ее плодородия и питания растений. Содержание органического вещества в почвах колеблется от 1 - 3% (в подзолистых почвах и сероземах) до 8 - 10% и более в мощных черноземах.

Органическое вещество почвы представлено в основном (на 85 - 90%) гуминовыми веществами (гуминовыми и фульвокислотами) и лишь небольшая часть - негумифицированными остатками растительного, микробного и животного происхождения. Общий запас гумуса в пахотном слое почв с относительно невысоким его содержанием - сероземах и дерново-подзолистых - составляет 30 - 50 т, в черноземах - 100 - 200 т, а в метровом слое - соответственно 50 - 120 и 300 - 800 т на 1 га.

В органическом веществе находится основной запас азота, поэтому почвы, содержащие больше органического вещества, отличаются и большим количеством азота. В органическое вещество входят также сера и фосфор. При его минерализации азот, фосфор и сера переходят в усвояемую для растений минеральную форму. Гуминовые кислоты и фульвокислоты, а также образующаяся в почве при разложении органических веществ углекислота оказывают растворяющее действие на труднорастворимые минеральные соединения фосфора, кальция, калия, магния; в результате эти элементы переходят в доступную для растений форму.

Гумусовые вещества наряду с мелкодисперсными минеральными частицами почвы участвуют в адсорбционных процессах, определяют поглотительную способность почвы и ее буферность. Органическое вещество служит источником питания и энергетическим материалом для большинства почвенных микроорганизмов. Гумусовые вещества почвы труднее подвергаются минерализации, чем органические соединения растительных остатков и негумифицированных веществ. Однако при длительном возделывании сельскохозяйственных культур без внесения удобрений может происходить значительное уменьшение общего количества гумуса и азота в почве. Размеры ежегодной минерализации органического вещества в пахотном слое дерново-подзолистых почв 0,6 - 0,7 т, а черноземов - 1,0 т на 1 га, с образованием соответствующего количества (соответственно 30 - 35 и 50 кг/га) доступного растениям минерального азота. При среднем содержании азота в гумусе около 5% на каждую единицу доступного растениям азота (NO₃^- + NH₄^- ) должно минерализоваться двадцатикратное количество гумуса. Наиболее интенсивно разлагается гумус в чистых парах, где в почве может накапливаться до 100 - 120 кг N на 1 га. Одновременно с минерализацией органического вещества в почве постоянно происходит за счет разлагающихся растительных остатков новообразование гумуса, и изменение общего его количества определяется соотношением между этими процессами.

Систематическое применение органических и минеральных удобрений, обеспечивая повышение урожайности сельскохозяйственных культур, способствует сохранению и накоплению запасов гумуса и азота в почве, так как с ростом урожая увеличивается количество поступающих в почву корневых и пожнивных остатков и усиливаются процессы гумусообразования.

Содержание основных элементов питания в почвах и их доступность растениям. Разные типы почв отличаются по содержанию основных элементов питания (табл. 2). Общий запас азота, фосфора и калия в большинстве почв составляет значительные величины, в десятки и сотни раз превышающие вынос их урожаем одной культуры. Однако основная масса питательных веществ находится в почве в виде соединений, недоступных для непосредственного питания растений. Валовой запас питательных веществ в почве характеризует лишь ее потенциальное плодородие. Для оценки эффективного плодородия почвы, действительной способности ее обеспечивать высокую урожайность сельскохозяйственных культур важное значение имеет содержание питательных веществ в доступных для растений формах.

0,05-0,13

1,5-4,0

0,04-0,12

1,2-3,6

1,5-2,5

45-75

Черноземы

0,2-0,5

6-15

0,1-0,3

3-9

2-2,5

60-75

Сероземы

0,05-0,15

1,5-4,5

0,08-0,2

1,6-6

2,5-3

75-90

Для питания растений доступны только те питательные вещества, которые находятся в почве в форме соединений, растворимых в воде и слабых кислотах, а также в обменно-поглощенном состоянии. Мобилизация питательных веществ, переход труднорастворимых соединений в усвояемую форму постоянно происходят в почве под влиянием биологических, физико-химических и химических процессов. В разных почвах процессы мобилизации протекают с неодинаковой интенсивностью в зависимости от характера соединений, которыми представлены питательные вещества, климатических условий, уровня агротехники и т. д. Обычно эти процессы протекают медленно, и тех количеств доступных для растений форм питательных веществ, которые образуются в почве за вегетационный период, бывает недостаточно для удовлетворения потребности растений. Поэтому почти на всех почвах внесение удобрений значительно повышает урожайность сельскохозяйственных культур.

Содержание усвояемых форм питательных веществ зависит от типа почвы, ее окультуренности и предшествующей удобренности. Оно может быть неодинаковым в разных хозяйствах и на отдельных полях хозяйства. Поэтому для правильного применения удобрений важное значение имеют агрохимические анализы почв для определения подвижных форм азота, фосфора и калия, которые проводятся зональными агрохимическими лабораториями.

В зависимости от типа почв и других условий используются разные методы анализа. Методы определения подвижного фосфора и калия отличаются в основном реактивом, применяемым для их извлечения, а также соотношением и временем взаимодействия его с почвой.

Результаты анализов почвы оформляют в виде агрохимических картограмм (рис. 3), на которых различными цветами выделяют площади с разной степенью обеспеченности подвижными формами N, Р и К. По степени обеспеченности почвы подразделяют на шесть классов: очень низкая (I), низкая (II), средняя (III), повышенная (IV), высокая (V) и очень высокая (VI) (табл. 3). Анализы почвы на азот из-за отсутствия надежного и простого метода определения доступных его форм проводятся еще редко. Данные о степени обеспеченности почвы подвижными формами питательных веществ позволяют судить о потребности их в удобрениях, а также корректировать рекомендуемые нормы удобрений под отдельные культуры.

Табл.3 Группировка почв по обеспеченности подвижными формами фосфора,

мг на 100 г почвы

Класс почвы

P₂O₅

по Кирсанову

по Чирикову

по Мачигану

по Аррениусу

I

2.5

2

1

8

II

2.5-5

2-5

1-1.5

8-15

III

5-10

5-10

1.5-3

15-30

IV

10-15

10-15

3-4.5

30-45

V

15-25

15-20

4.5-6

45-60

VI

25

20

6

60

Табл. 4 Группировка почв по обеспеченности подвижными формами калия,

мг на 100 г почвы

Класс почвы

K₂O

по Маслову

по Кирсанову

по Чирикову

по Мичигану

I

5

4

2

10

II

5-10

4-8

2-4

10-20

III

10-15

8-12

5-8

20-30

IV

15-20

12-17

9-12

30-40

V

20-30

17-25

13-18

40-60

VI

30

25

19

60

№ 3. Мелиорация почв

Мелиорация (от лат. мelioratio - улучшение), совокупность организационно-хозяйственных и технических мероприятий, направленных на коренное улучшение земель. Мелиорация даёт возможность изменять комплекс природных условий (почвенных, гидрологических и др.) обширных регионов в нужном для хозяйственной деятельности человека направлении: создавать благоприятные для полезной флоры и фауны водный, воздушный, тепловой и пищевой режимы почвы и режимы влажности, температуры и движения воздуха в приземном слое атмосферы; способствует оздоровлению местности и улучшению природной среды. Наибольшее значение мелиорация имеет для сельского хозяйства, придавая большую устойчивость этой отрасли народного хозяйства и обеспечивая более стабильные валовые сборы с.-х. культур; позволяет производительнее использовать земельный фонд. Мелиорация - важный фактор интенсификации с.-х. производства (совместно с механизацией и химизацией) и научно-технического прогресса в сельском хозяйстве, открывающий широкие возможности для повышения урожайности, создания прочной кормовой базы животноводства, освоения пустынных и заболоченных земель. Технический уровень мелиорации определяется характером производственных отношений, уровнем развития производительных сил страны, а также зональными условиями отдельных территорий и хозяйственными задачами.

Классификация мелиорируемых земель и виды мелиорации. Наиболее распространена мелиорация земель с неблагоприятным водным режимом. Мелиорация болот и избыточно увлажнённых земель направлена на усиление аэрации почвы, улучшение её температурного режима и стимулирование аэробных процессов разложения органического вещества, что достигается удалением избытка воды открытыми каналами и дренами из почвенного слоя в водотоки или водоёмы, т. е. осушением. В засушливых земледельческих районах, где осадков мало, а испаряемость высокая, запасы почвенной влаги пополняют водой, искусственно подаваемой на поля, т. е. применяют орошение, создавая открытые и закрытые оросительные системы. На пустынных, полупустынных и степных территориях, где развито животноводство, проводят обводнение пастбищ, сочетаемое часто с выборочным (в пустынях) оазисным орошением. В маловодных районах для лучшего управления водными ресурсами осуществляют сезонное и многолетнее регулирование стока рек путём устройства водохранилищ, а также переброску его как в пределах одного и того же бассейна, так и из одного бассейна в другой. При недостаточной пропускной способности рек на отдельных участках проводят регулирование их русла, на пониженных местах применяют кольматаж. Комплекс мелиоративных мероприятий, улучшающих неблагоприятный водный режим территорий, называемый гидротехнической мелиорацией, или водной мелиорацией.

Земли с неблагоприятными химическими и физическими свойствами улучшают агротехнической и химической мелиорацией. В степных и пустынных районах заселённые почвы и солонцы, содержащие избыток вредных для большинства с.-х. культур солей, улучшают промывками на фоне дренажа, гипсованием и глубокой обработкой. Некоторые химические мелиоранты (гипс, хлорид кальция, сульфат железа, серная кислота и др.) способствуют удалению из почвы соды - наиболее токсичной для культурных растений соли. Для повышения плодородия кислых почв их известкуют. На песчаных почвах вносят большие дозы органических удобрений, сеют сидераты, проводят глинование; тяжёлые почвы пескуют, на уплотнённых углубляют пахотный горизонт; неровные поверхности планируют.

Мелиорация земель, подверженных вредному механическому действию ветра или воды, включает предупреждение смыва и размыва почв поверхностными водами, выдувания ветром, борьбу с сыпучими песками, оползнями и оврагами. Мелиорация этих земель направлена на уменьшение количества поверхностного стока и его скорости, повышение сопротивляемости почв размыву, развеиванию и сдвигу, создание препятствий перемещению грунта, действию воды и ветра. В этих целях применяют приёмы гидротехнической мелиорации: устраивают искусственные террасы, водозадерживающие валы и водосборные канавы, ликвидирующие смыв почвы на склонах, ловчие каналы по периферии оврагов и гидротехнических сооружений, регулирующие сток и прекращающие рост оврагов, а также применяют приёмы агролесомелиорации.

Мелиорация наиболее эффективна при совместном применении её видов и тесно связана с культуротехническими работами и приёмами земледелия; в совокупности они составляют единый комплекс по улучшению природных условий земель.

Химическая мелиорация - система мер химического воздействия на почву для улучшения её свойств и повышения урожайности с.-х. культур. При химической мелиорации из корнеобитаемого слоя почвы удаляются вредные для с.-х. растений соли, в кислых почвах уменьшается содержание водорода и алюминия, в солонцах - натрия, присутствие которых в почвенном поглощающем комплексе ухудшает химические, физико-химические и биологические свойства почвы и снижает почвенное плодородие.

Способы химической мелиорации: известкование почв (в основном в нечернозёмной зоне) - внесение известковых удобрений для замены в почвенном поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия ионами кальция, что устраняет кислотность почвы; гипсование почв (солонцов и солонцовых почв) - внесение гипса, кальций которого заменяет в почве натрий, для снижения щёлочности; кислование почв (с щелочной и нейтральной реакцией) - подкисление почв, предназначенных для выращивания некоторых растений (например, чая) при внесении серы, дисульфата натрия и др. К химической мелиорации относят также внесение органических и минеральных удобрений в больших дозах, приводящее к коренному улучшению питательного режима мелиорируемых почв, например песчаных.

Отдельные приёмы химической мелиорации были известны в античное время. В 16 - 18 вв. известкование применяли в Великобритании, Германии, Голландии и др. странах Европы.

Первые исследования эффективности внесения извести были проведены в России Д. И. Менделеевым в 1867 - 69 гг.. В последующие годы вопросы известкования изучались А. Н. Энгельгардтом, П. А. Костычевым, П. С. Коссовичем, Д. Н. Прянишниковым. Научные основы химической мелиорации заложены К. К. Гедройцем, разработавшим теорию поглотительной способности почвы.

Известкование почв - внесение в почву извести и других известковых удобрений для устранения избыточной кислотности, вредной для многих с.-х. растений; способ химической мелиорации кислых почв. Известкование почв основано на замене в почвенном поглощающем комплексе ионов водорода и алюминия ионами кальция и магния. При известковании в результате нейтрализации кислотности почвы и увеличения содержания кальция усиливается жизнедеятельность полезных микроорганизмов (например, клубеньковых бактерий, микроорганизмов, минерализующих органические остатки и перегной) и почва обогащается доступными для растений элементами питания, улучшаются её физические свойства (структура, водопроницаемость и др.). Известкование почв повышает эффективность органических и минеральных удобрений.

Известкование почв широко применяют на подзолистых, дерново-подзолистых и некоторых торфяных почвах, реже на серых лесных почвах и краснозёмах. На подзолистых почвах при pH их в солевой вытяжке менее 4,5 необходимо известкование почв под все с.-х. культуры; при pH 4,5 - 5,0 - под все культуры, кроме люпина; при pH 5,1 - 5,5 - под культуры, очень чувствительные к кислотности (свёкла, капуста, лук, чеснок, клевер, люцерна, смородина), нуждающиеся в слабокислой и близкой к нейтральной реакции (брюква, турнепс, вика, фасоль, кукуруза, пшеница, ячмень, огурцы, яблоня, вишня) и переносящие умеренную кислотность, но повышающие урожай при внесении высоких доз извести (овёс, рожь, тимофеевка, гречиха); при pH 5,6 - 6,0 - только под свёклу и люцерну; при pH более 6,0 почву известковать не следует. Дозы известковых удобрений зависят от величины кислотности почвы и её механического состава; они должны быть достаточны для поддержания в течение 10 - 12 лет слабокислой реакции почвы, обеспечивающей нормальные условия для роста и развития большинства с.-х. культур.

Дозы известковых удобрений могут быть снижены при неглубокой заделке их в почву и применении вместе с органическими и минеральными удобрениями. Известковые удобрения обычно вносят 1 раз в ротацию севооборота. В некоторых случаях, например, если в севообороте культуры резко различаются по своей нуждаемости в известковании, целесообразно дробное внесение (в несколько приёмов) полной дозы. Известковые удобрения можно вывозить в поле весной, летом и осенью; на выровненных массивах - по мёрзлой земле и мелкому снегу. Эффективность известкования почв в значительной степени зависит от равномерности распределения удобрений по поверхности и хорошей заделке их в почву. Известкование почв даёт значительную прибавку урожая. Для планового известкования почв проводят специальные почвенные обследования и полевые опыты, составляют картограммы кислотности почв и известкования. Полные (нормальные) дозы извести (по Н. И. Алямовскому), т на 1 га