Лабораторный практикум по агрономической химии


ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ серия основана в 1 996 г.






Е.Н. БЕЛОУСОВА
ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО АГРОНОМИЧЕСКОЙ
ХИМИИ



УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ



Рекомендовано
                   Учебно-методическим советом федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Красноярский государственный аграрный университет» для межвузовского использования в качестве учебного пособия для студентов, обучающихся по направлению 44.03.04 «Профессиональное обучение (по отраслям)», направленность «Агрономия»



            znanium.com


электронно-библиотечная система


        Москва ИНФРА-М 2024

УДК 631(075.8)
ББК 40.4я73
     Б43



      Рецензенты:
         Шпедт А.А., доктор сельскохозяйственных наук, директор Федерального исследовательского центра «Красноярский научный центр Сибирского отделения Российской академии наук»;
         Бабиченко Ю.В., кандидат биологических наук, ведущий специалист-эксперт отдела государственного земельного надзора управления Россельхознадзора по Красноярскому краю

      Белоусова Е.Н.

Б43 Лабораторный практикум по агрономической химии : учебное пособие / Е.Н. Белоусова. — Москва : ИНФРА-М, 2024. — 259 с. — (Высшее образование).
         ISBN 978-5-16-019397-7 (print)
         ISBN 978-5-16-112048-4 (online)
         Учебное пособие предназначено для проведения лабораторно-практических занятий по дисциплине «Агрохимия». Включает теоретическую часть, задачи и упражнения, вопросы к семинару, тестовые задания, вопросы к коллоквиуму, литературу, приложения.
         Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 44.03.04 «Профессиональное обучение (по отраслям)» (направленность «Агрономия»).

        УДК 631(075.8)
        ББК 40.4я73


ISBN 978-5-16-019397-7 (print)
ISBN 978-5-16-112048-4 (online)

© Белоусова Е.Н., 2023
© Красноярский государственный аграрный университет, 2023

    ОГЛАВЛЕНИЕ


Введение................................................... 6
1  Организация лабораторного практикума.................... 8
1.1 Техника безопасности при работе с химическими реактивами... 10
2  Отбор и подготовка образцов к химическому анализу....        15
2.1 Подготовка растительных образцов к лабораторным исследованиям.................................................. 15
2.2  Взятие почвенных образцов в поле и подготовка почвенных образцов к анализу........................................ 19
3  Химический состав и питание растений................... 25
3.1 Сухое вещество, его состав и количественное определение (основные теоретические положения)........................ 25
3.2 Расчет выноса минеральных питательных веществ растениями из почвы............................................ 27
3.3 Использование растениями питательных веществ из почвы...    28
3.4 Использование растениями питательных элементов из удобрений..................................................... 30
3.5 Определение содержания влаги и сухого вещества в растительном материале (лабораторная работа)................... 31
Задачи и упражнения....................................... 33
4  Анализ почвы и диагностика потребности в проведении агрохимических мероприятий (основные теоретические положения). 36
4.1 Гипсование солонцовых почв (практическое занятие) (основные теоретические положения)........................... 38
Задачи и упражнения....................................... 45
4.2  Известкование кислых почв (основные теоретические положения).................................................... 47
Задачи и упражнения....................................... 58
Вопросы к семинару........................................ 60
Тестовые задания.......................................... 62
4.3 Пищевой режим почвы................................... 65
4.3.1 Оценка обеспеченности почв азотом и определение потребности растений в азотных удобрениях (основные теоретические положения)........................................... 65
Задания................................................... 75
4.3.2 Оценка обеспеченности почв подвижным фосфором и потребность растений в фосфорных удобрениях (основные теоретические положения)....................................... 76

3

4.3.3 Оценка обеспеченности почв калием и определение потребности полевых культур в калии (основные теоретические положения).................................................. 83
Тестовые задания.......................................... 88
4.3.4 Методика агрохимического картографирования (основные теоретические положения)........................... 92
Вопросы к семинару........................................ 102
Агрохимическая оценка почвы (практическая работа)......... 103
Вопросы к коллоквиуму..................................... 104
5  Характеристика и качественный анализ удобрений......   106
5.1 Распознавание минеральных удобрений по качественным реакциям (лабораторная работа)............................ 106
5.2 Свойства основных удобрений, особенности их применения (практическое занятие)................................... 108
5.2.1 Свойства основных азотных удобрений, особенности их применения (практическое занятие)........................ 109
5.2.2 Свойства основных фосфорных удобрений, особенности их применения (практическое занятие)..................... 118
5.2.3 Свойства основных калийных удобрений, особенности их применения (практическое занятие)........................ 122
5.2.4 . Свойства основных комплексных удобрений, особенности их применения (практическое занятие)..................... 126
Вопросы к семинару....................................... 130
5.3 Правила смешивания удобрений (практическая работа) (основные теоретические положения).......................... 132
Задачи и упражнения...................................... 137
5.4 Арбитражные анализы удобрений........................ 137
Задачи и упражнения...................................... 140
5.5 Хранение минеральных удобрений....................... 142
Тестовые задания......................................... 148
6  Анализ органических удобрений (основные теоретические положения)............................................... 155
6.1 Качество органических удобрений...................... 158
6.2 Использование соломы на удобрение и оценка ее качества (лабораторная работа).................................... 160
6.3 Выбор места для удобрений в севообороте.............. 162
Тестовые задания......................................... 165
7  Теоретические и практические основы системы применения удобрений................................................ 167

4

7.1 Расчет доз минеральных удобрений (основные теоретические положения)................................................. 167
Задачи и упражнения........................................ 171
7.2 Рациональное распределение удобрений в севообороте (основные теоретические положения)............................ 173
Задачи и упражнения........................................ 183
Вопросы к коллоквиуму...................................... 184
7.3 Приемы внесения удобрений (основные теоретические положения)..................................................... 186
7.4 Способы внесения удобрений............................. 188
7.5 Технология внесения удобрений.......................... 195
Тестовые задания........................................... 202
8   Анализ растений и его значение в регулировании питания. 205
8.1 Растительная диагностика (основные теоретические положения)....................................................... 205
8.2 Визуальная диагностика................................. 206
8.3 Листовая диагностика................................... 214
8.4 Методика проведения тканевой диагностики. Экспресс-анализ нитратов, фосфатов и калия по В.В. Церлинг (лабораторная рабо-
та)........................................................ 222
8.5 Организация контроля за содержанием нитратов и нитритов в овощной продукции (лабораторная работа).................. 228
8.5.1 Организация контроля и отбор проб продукции (основные теоретические положения)................................... 228
8.5.2 Определение нитратов в овощах различными методами.... 231
8.5.3 Определение нитритов в овощах........................ 236
8.5.4 Способы снижения содержания нитратов в продукции..... 237
Тестовые задания........................................... 239
Заключение................................................. 244
Литература................................................. 245
Приложения................................................. 250

5

    Введение


     В настоящем учебном пособии для проведения лабораторно-практических занятий со студентами, изучающими агрохимию, представлены методические разработки по всем модулям данного курса. Во все темы и разделы включены теоретические положения и вопросы научного обоснования разработанных практических занятий, что помогает достичь главной цели обучения по агрохимии, заключающейся не только в ознакомлении с предметом, но и его теоретическом и практическом освоении.
     Принцип «знать - уметь - предсказать» - главный принцип агрохимика-почвоведа, способного по готовым или самостоятельно добытым данным агрохимического анализа почв, растений, удобрений увидеть пути решения проблемы повышения плодородия почв, увеличения урожая, улучшения его качества, биологической полноценности, а также научно предсказать результаты и выводы проделанной работы. Необходимо помнить, что научное предсказание (прогноз) - венец любой науки. Научное всегда светит и греет, а учебное только блестит (Н.Н. Пирогов).
     Применять удобрения рационально и экономно нельзя, не опираясь на агротехнические, организационно-экономические и хозяйственные приемы возделывания высших растений, для которых предназначена система удобрений. Поэтому агрономическая химия тесно связана с растениеводством, экономикой, земледелием, физиологией растений и другими науками.
     Как справедливо отмечал агрохимик А.В. Соколов: «Агрохимия изучает питание растений при наличии неравномерного, динамического распределения питательных веществ среди физически, химически и биологически неоднородного и непрерывно изменяющегося субстрата - почвы»; постоянно изменяются и сами развивающиеся культурные растения. Не остаются без превращений и вносимые в почву удобрения, взаимодействующие как с почвой, так и с растением. На первый взгляд, кажется, что невозможно разобраться в этом переплетении явлений и процессов. Между тем это далеко не так. Руководствуясь законами диалектики, необходимо стремиться изучать эти явления и процессы во взаимной связи и в движении, ибо только такой путь ведет к прогрессу. Диалектическая сущность агрохимии -

6

это исследование процесса взаимного влияния трех систем «почва -удобрение - растение», результатом которого является урожай и его качество (Ермохин, 2018).
     Задача лабораторного практикума по агрономической химии -показать пути управления этими условиями, дать соответствующие рекомендации производству с учетом вида культуры, ее физиологических особенностей, свойств данной почвы, определяющих ее плодородие, и природы действия удобрений на эту почву и взятого для возделывания на ней растения.
     Знание этих закономерностей и помогает специалисту разработать правильное решение вопроса в каждом конкретном случае. Только при таком подходе применение удобрений - могучий фактор влияния на почву и растение.

7

Организация лабораторного практикума

Общие требования

     Учебная группа делится на бригады по 2-3 человека, каждая из которых выполняет конкретную лабораторную работу по индивидуальному заданию. В течение лабораторного практикума каждый студент выполняет цикл работ по разработанной преподавателем рей-тинг-карте.
     В приведенных лабораторных работах изложен краткий конспект теории и приведен ход выполнения каждого задания. После описания лабораторной работы даны вопросы и тестовые задания, позволяющие подготовиться студентам к отчету по данному заданию.
     В целях самоподготовки в конце лабораторных работ приведены вопросы. Основной теоретический материал, необходимый для понимания и усвоения изучаемой темы и выполнения лабораторных работ по ней, приведен в начале каждой темы и отражен в сущности лабораторной работы. Более подробно и глубоко теоретический материал излагается в специальных изданиях. Для контроля полученных знаний после выполнения всех лабораторных работ студенты пишут контрольную работу с последующей защитой. В нее включаются теоретические вопросы по изученным методам анализа, вопросы по лабораторным работам и задания по типовым расчетам результатов анализа. Для подготовки к контрольной работе следует использовать список вопросов, который приведен в конце каждого раздела данного пособия. Студенты, выполнившие все необходимые лабораторные, практические и контрольные работы, допускаются к сдаче зачета.

Работа в лаборатории и организация рабочего места

     Перед выполнением лабораторного практикума студенты в обязательном порядке проходят инструктаж по технике безопасности и расписываются в журнале учета инструктажа. Приступая к выполнению работы, студент должен внимательно прочитать описание ее хода и инструкцию к используемым приборам.
     Необходимо подготовить химическую посуду и реактивы. При этом вся используемая посуда должна быть тщательно вымыта. После промывки водопроводной водой она дважды споласкивается дистиллированной. Для удаления капель воды внутри бюреток и пипеток их


8

споласкивают дважды тем раствором, которым они будут наполняться. Нельзя загромождать рабочее место книгами, тетрадями и посторонними предметами. На столе все необходимое для анализа размещается так, чтобы им было удобно пользоваться. Рабочее место должно всегда быть чистым и сухим.

     При работе в лаборатории следует помнить и выполнять следующие общие правила:
     1.     В лаборатории запрещается: приступать к работе, не имея спецодежды (халата); оставлять без присмотра включенные электроприборы; принимать пищу; пить воду из лабораторной посуды; пробовать вещества на вкус; наклоняться над сосудом и нюхать вещества.
     2.     Летучие вещества и концентрированные растворы кислот и оснований должны находиться в вытяжном шкафу; при работе шкаф необходимо включать.
     3.     Работая с концентрированными растворами кислот, щелочей, аммиака, нужно надеть защитные очки.
     4.     Нельзя прикасаться к электрощитам и электроприборам мокрыми или влажными руками. При включении прибора следует браться за вилку, а не за провод.
     5.     При смешивании или разбавлении растворов веществ, сопровождающемся выделением тепла, необходимо применять термостойкую посуду.
     В процессе выполнения большинства работ следует готовить стандартные растворы, которые можно выливать только после проверки результатов работы преподавателем. В начале каждого занятия назначается дежурный. По окончании работы склянки с растворами, которые еще понадобятся, следует поставить на место, посуду помыть, убрать рабочее место и сдать его дежурному. Дежурный сдает лабораторию лаборантам.

Оформление лабораторных работ и составление отчета

     Лабораторные работы оформляются в отдельной тетради - рабочем журнале. Можно также использовать заранее подготовленные распечатки электронного рабочего журнала, которые после заполнения следует хранить в специальной папке. Записи в рабочем журнале надо выполнять аккуратно. Недопустимо вести их карандашом, а также на отдельных листочках или черновиках. В отчет о лаборатор

9

ной работе обязательно заносят результаты всех измерений (даже неудачных) и расчеты. Это необходимо для проверки правильности выполнения работы. Также это дает возможность внести необходимые изменения и уточнения в выполнение эксперимента или расчета.
     По каждой выполненной работе отчет составляется студентом индивидуально и представляется преподавателю для проверки. В нем обязательно отражаются:
     1) дата выполнения работы;
     2) название и номер лабораторной работы;
     3) цель лабораторной работы;
     4) используемые реактивы и оборудование;
     5) уравнения протекающих химических реакций;
     6)     экспериментальные данные и расчеты (очень подробно, с соблюдением правил записи результатов и единиц измерений);
     7)     на миллиметровой бумаге или с помощью компьютера строятся градуировочные графики (обязательно вшиваются в лабораторный журнал);
     8)     оценка погрешности определения (после проверки результата преподавателем).
     При ведении рабочего журнала необходимо уделять особое внимание точности измерений и записи их результатов.

    1.1 Техника безопасности при работе с химическими реактивами

     Все химические эксперименты должны проводиться только в тех условиях, которые указаны в методических руководствах. Приготовление и переливание концентрированной щелочи, хранение и переливание концентрированных кислот и аммиака, все работы с летучими, неприятно пахнущими веществами, а также с веществами, образующими при измельчении едкую или ядовитую пыль, необходимо проводить в вытяжном шкафу. Выполнять перечисленные виды работ необходимо в халате, шапочке, защитной маске или защитных очках и в резиновых перчатках. Всю работу с концентрированными кислотами и щелочами разрешается проводить только в присутствии в лаборатории не менее двух человек и при работающей вытяжной системе. Бутыли с агрессивными жидкостями нужно переносить только в обрешетке.
     Из бутылей вместимостью более 10 л концентрированные кислоты и аммиак можно наливать только при помощи сифона. Перели

10

вая концентрированную азотную кислоту, следует помнить, что при попадании на органические материалы она способна вызывать их воспламенение.
     При приготовлении растворов серной кислоты необходимо вливать кислоту в воду, а не наоборот. Нюхать вещество надо с осторожностью, не наклоняясь над сосудом, а направляя к себе пары движением кисти руки. Нельзя низко наклоняться над сосудом, в котором что-либо кипит или в который наливается какая-либо жидкость. Нагревая пробирку с жидкостью, нужно направлять ее отверстием от себя и не в сторону других лиц, работающих в лаборатории. При отгонке азота по методу Кьельдаля нужно убедиться, что используемая посуда из термостойкого стекла не имеет трещин и царапин. Отгонку аммиака необходимо проводить в защитной маске и очках.
     Запрещается:
     -      набирать концентрированные кислоты, щелочи и другие едкие и ядовитые вещества в пипетку ртом;
     -     пользоваться реактивами, находящимися в сосудах без этикеток;
     -     оставлять какие-либо вещества в сосудах без надписей;
     -     производить эксперименты в грязной посуде;
     -     пробовать какие-либо вещества на вкус;
     -      сливать в раковину неразбавленные и не нейтрализованные отходы кислот, щелочей, сильных окислителей (хромовую смесь);
     -      оставлять без присмотра кипящие, выпариваемые или прокаливаемые вещества;
     -      находиться в лаборатории в свободно болтающейся одежде (халат внакидку, шаль на плечах и т. п.), а также с распущенными длинными волосами;
     -      при работах, связанных с опасностью взрыва, пожара, находиться в лаборатории в одиночку;
     -     хранить и принимать пищу в лабораторном помещении;
     -     курить в лаборатории и примыкающих к ней помещениях.

Правила обращения со стеклом

     Прежде чем использовать стеклянную посуду для нагревания в ней жидкостей, следует убедиться, что на стеклянном сосуде имеется знак, свидетельствующий о его термостойкости.


11

     Большие химические стаканы с жидкостью следует поднимать только двумя руками, так, чтобы отогнутые края стакана опирались на указательные пальцы.
     Вставляя пробку в горлышко тонкостенного сосуда, держать сосуд нужно как можно ближе к пробке. Вставляя стеклянную трубку в пробку или надевая резиновую трубку, стеклянную трубку нужно держать как можно ближе к вставляемому концу, при этом руку следует обернуть полотенцем.

Правила безопасности при работе с газом и электричеством

     Электронагревательные приборы и газовые горелки должны стоять на керамических подставках. При работе с электронагревательными приборами следует проверить состояние контактов. Последние в процессе работы не должны нагреваться или искрить. Провода, подводимые к контакту, должны иметь запрессованные наконечники. Подводящие провода должны иметь хорошую изоляцию и защиту от внешнего механического и химического воздействия. Сечение проводов должно соответствовать потребляемой мощности и паспортной характеристике прибора.
     Запрещается работа на электронагревательных приборах, не имеющих заземления. Какие-либо переключения или замена деталей в измерительных (фотоэлектроколориметры, потенциометры, электрические весы и др.) и в электронагревательных приборах могут производиться только после их полного отключения от электросети. Пользоваться газовыми горелками можно только в вытяжном шкафу при включенной вентиляции. Пламя газовой горелки должно быть хорошо отрегулировано. Если пламя коптящее или если горение сопровождается сильным шумом, горелку нужно выключить, дать охладиться и отрегулировать подачу газа и воздуха. В случае отключения вентиляции газовые горелки следует выключить. При появлении запаха газа в помещении нельзя зажигать спички, вставлять или вынимать из розеток вилки электроприборов. Помещение нужно проветрить, утечку газа устранить, вызвав при необходимости аварийную службу.


12

Противопожарная безопасность

     Для предупреждения возникновения пожара необходимо строгое соблюдение инструкций по всем видам работ. Каждый работающий в лаборатории должен знать, где размещаются электрические рубильники, газовые краны, средства пожаротушения, запасной выход. Доступы к ним всегда должны быть свободны.
     В случае возникновения пожара нужно обесточить помещение, отключить газ, убрать от огня горючие предметы. О пожаре сообщить администрации и вызвать пожарную команду.
     Мелкие очаги огня следует засыпать песком, хранимым в специальных емкостях, или плотно накрыть их противопожарным одеялом, перекрывая доступ воздуха. Большие очаги огня следует ликвидировать с помощью огнетушителей.
     Необходимо помнить, что газопенные огнетушители типа ОХП нельзя использовать для тушения установок, находящихся под током. Для этих целей применяют порошковые или углекислотные огнетушители. При загорании одежды на человеке необходимо использовать противопожарные одеяла или любую плотную ткань для прекращения доступа воздуха к очагу огня.

Первая помощь при несчастных случаях в химической лаборатории

     Термические ожоги. При ожогах первой степени (покраснение кожи, ощущение жжения) следует сразу же на пораженный участок направить струю холодной воды из водопроводного крана до исчезновения неприятных ощущений. При более сильных ожогах (второй степени и больше, когда поражаются более глубокие слои кожи) рекомендуется наложить на пораженный участок сухую асептическую повязку и направить пострадавшего в медицинский пункт.
     Химические ожоги. Пораженное место промокнуть фильтровальной бумагой или чистой тканью, промыть струей воды в течение не менее 15 минут, затем наложить примочки 2%-го раствора гидрокарбоната натрия (NaHC0₃) в случае ожога концентрированными кислотами или 2%-го раствора уксусной, лимонной или борной кислоты при ожогах щелочами.
     При ожоге плавиковой кислотой (HF) пораженное место промокнуть фильтровальной бумагой или чистой сухой тканью, промыть большим количеством воды, погрузить на 10-15 минут в 3%-й рас

13