Что касается экологических аспектов применения топинамбура, то он является ценным растением. В Лимнологическом институте СО АН России возможность создания экологически замкнутых производств на промышленных предприятиях. Была поставлена задача подобрать такую сельхоз культуру в данной экологической цепи, которая могла бы, в частности, произрастать на техногенно нарушенных территориях. Среди множества апробированных культур топинамбур оказался наиболее приемлемым.
В первых экспериментах изучали воздействия внесения в почву значительных доз сухой золы (отходы теплоэнергетики). И если другие растения страдали от фитотоксичности, то топинамбур оказался наиболее устойчивым.
Дальнейшие исследования по созданию экологически замкнутых производств показали, что можно, получать агротехэкологичные многокомпонентные компосты на основе отходов предприятий.
Ещё К.А. Тимирязев относил топинамбур к одной из самых интенсивных полевых культур, способных поглощать из воздуха углерод и выделят кислород. А это путь к созданию эффективных зеленых поясов вокруг промышленных центров. Один гектар топинамбура может поглощать за год 6 т углекислого газа, а 1 г леса- 3-4т.
Важно отметить, что топинамбур почти не накапливает нитраты, тяжелые металлы и радионуклиды.
Таким образом, он может быть одним из активных фитомелиорантов с одновременным использованием его продукции-клубни и зелёная масса - для кормовых, пищевых и технологических целей.
1.2 Минеральные удобрения
Под удобрениями понимают вещества, предназначенные для улучшения питания растений и повышения плодородия почв в целях увеличения урожая сельскохозяйственных растений и улучшения качества получаемой продукции. Минеральные удобрения подразделяют на 2 группы, в зависимости от того, какие элементы питания в них находятся и в каком количестве. К простым или односторонним, удобрениям относятся азотные, фосфорные, калийные и отдельные микроудобрения (борные, молибденовые и др.) Комплексные, или многосторонние, удобрения содержат два или несколько основных элементов питания. К промышленным относятся почти все минеральные удобрения, получаемые на химических заводах, к местным - получаемые непосредственно в хозяйствах или вблизи них.
1.2.1 Азотные удобрения
Азот – обязательный компонент белков. Все ферменты, катализирующие многочисленные биохимические процессы в растениях, - белковые вещества. Азот входит также в состав ДНК, РНК, хлорофилла, алкалоидов, ряда витаминов и других органических соединений. Растения используют аммиачный и нитратный азот, а бобовые и другие растения в симбиозе с микроорганизмами - и молекулярный азот.
Растения синтезируют все аминокислоты, входящие в белок. Аммиак ядовит для растений и не накапливается в них, а нитраты могут накапливаться в значительных количествах. В растениях нитраты восстанавливаются до аммиака через цепь промежуточных превращений. Аммиак, вступая в реакции с кетокислотами, образует аминокислоты. Наиболее интенсивный азотный обмен у растений наблюдается в период их максимального роста. В молодых органах преобладает синтез веществ, а в старых – распад белков и отток образовавшихся продуктов в другие части растения.
При нейтральной реакции среды лучше усваиваются ионы аммония, при кислой – нитратные ионы. Кальций, магний и калий улучшают усвоение аммония, а фосфор и молибден – нитратов. Ухудшение фотосинтеза и связанное с этим увеличение содержания углеводов оказывает положительное действие на поступление аммония. Избыток аммиачного азота во время прорастания семян, бедных углеводами, или при слабом фотосинтезе оказывает отрицательное действие на растения. В подобных случаях рекомендуется вносить в подкормку нитратные азотные удобрения. Аммиак более экономичный источник азота: через 5 – 10 мин после внесения в почву он уже используется растением для синтеза аминокислот и поступает в листья. Регулируя азотное питание, можно в значительной степени корректировать уровень урожая сельскохозяйственных культур.
Общие запасы азота в земной коре составляют десятки миллиардов тонн. В основном он присутствует в виде органических соединений.
Большое значение имеет скорость минерализации азота. Разложение органических азотистых веществ происходит следующим образом: белки, гуминовые вещества, аминокислоты, амиды, аммиак, нитриты, нитраты. В результате процесса нитрификации образуются органические кислоты, спирты, угольная кислота и аммиак. Органические кислоты и спирты разлагаются до CO2, H2, H2O, метана. Аммиак с кислотами образует соли, аммоний поглощается почвенными коллоидами и глинистыми минералами. Процесс аммонификации идет в аэробных и анаэробных условиях при сильно кислой и сильнощелочных реакциях он замедляется. В аэробных условиях соли аммония окисляются до нитратов, образуется азотная кислота, которая нейтрализуется бикарбонатом кальция и поглощенными основаниями почвы. Содержание нитратов зависит от использования почвы. Под паром и какой – либо культурой содержание нитратов различно.
В дерново – подзолистой почве при кислой реакции, избыточной влажности, плохой аэрации и низкой температуре процесс минерализации останавливается на стадии образования аммиака.
Нитрификация подавляется осенью и ранней весной, а летом этот процесс протекает интенсивно. Улучшение аэрации в результате обработки почвы, а также известкование усиливают нитрификацию. Внесение минеральных и органических удобрений обогащает почву элементами питания, усиливая минерализацию.
Большие потери азота происходят в результате денитрификации, особенно в анаэробных условиях, щелочной среде и при большом количестве органического вещества. Внутри агрегатов почвы также могут создаваться анаэробные условия. Бактерии – денитрификаторы наиболее быстро окисляют органическое вещество при температуре +28 – 30 ˚С и pH 7,0 – 7,5. часть азота почвы и внесенных удобрений теряется в виде аммиака. Происходит это при внесении аммонийных солей в карбонатные почвы или мочевины поверхностно. При внесении аммиака обязательна глубокая заделка удобрений. Известкование усиливает потери из мочевины и солей аммония.
Без применения удобрений запасы гумуса и азота в почве снижаются. Например в дерново-подзолистой почве они за 30 – 50 лет убывают на25 – 50 %. В круговороте веществ в земледелии велика роль биологического азота и азота минеральных удобрений.
Коэффициент использования минеральных удобрений обычно составляет 60 – 70 % и в значительной степени зависит от особенностей растений, поглотительной деятельности корневой системы, форм удобрений, погодных условий, кислотности, окультуренности почвы и т.д. Внесение удобрений улучшает использование азота почвы. Под влиянием удобрений происходит дополнительная мобилизация почвенного азота зависит от температуры и влажности почвы. При увеличении температуры на 10˚С темп мобилизации увеличивается вдвое. При повышенной влажности мобилизация снижается. Образующиеся при нитрификации кислотные продукты усиливают разложение органического вещества почвы.
При внесении высоких доз азотных удобрений нитраты вымываются значительно больше. При неправильном применении мочевины азот дополнительно теряется в виде аммиака, однако при ее своевременной заделке в почву – это одно из наиболее эффективных удобрений.
На кислых почвах физиологическая активность аммиачных удобрений снижается. Известкование почв не только повышает коэффициент использования азота удобрений, но и улучшает использование азота почвы. Недостаток и избыток влаги резко снижают использование азота удобрений. Весьма важно правильно сочетать дозы удобрений и поливов. При недостатке поливной воды нормы удобрений следует снижать. Удобрения хорошо вносить с поливной водой. Коэффициент использования азота удобрений зависит от доз и сроков внесения. Культуры с более длительным вегетационным периодом используют азота больше, но внесение азота следует приурочить к периоду его максимального потребления.
Для снижения потерь азота применяют ингибиторы нитрификации (препараты, замедляющие процесс нитрификации, а вслед за ним и денитрификации), что дает возможность растениям полностью использовать азотные удобрения. Весьма эффективно применение медленнодействующих удобрений: мочевино-формальде-гидных, магнийаммонийфосфата и др. Для сведения к минимуму потерь азота необходим высокий уровень агротехники, применение высокопродуктивных сортов сельскохозяйственных культур, оптимальное соотношение элементов питания в почве, устранение избыточной кислотности. Для прогнозирования возможного урожая сумму аммиачного и нитратного азота в слое толщиной 0 — 60 см определяют ранней весной.
Повысить эффективность азотных удобрений можно следующими способами:
· расширением посевов бобовых культур;
· увеличением производства и применением медленнодействующих, гранулированных удобрений и удобрений с защитной оболочкой;
· дробным внесением удобрений;
· ингибированием нежелательных микробиологических процессов;
· использованием сбалансированного питания растений всеми
· элементами;
· повышением агротехники и общей культуры земледелия.
Важнейшим источником азотного питания растения является гумус. Он удерживает от миграции многие катионы, поглощает токсические вещества и металлы. На легких почвах высокий урожай культур можно получить при содержании гумуса 1,8 —2,1, на суглинистых — 2,0 — 2,5 %) Ежегодно содержание гумуса уменьшается на 0,5— 1 т/га. Органические удобрения компенсируют неизбежные потери гумуса при минерализации. Если вносить на 1 га пашни 8 — 20 т органических удобрений в год, баланс по гумусу будет положительным. Применение только минеральных удобрений в большинстве случаев приводит к снижению содержания гумуса в почве и в лучшем случае стабилизирует его уровень, следует сочетать минеральные и органические удобрения.