Добрива і біологічна якість сільськогосподарської продукції

Під якістю врожаю розуміють вміст основних органічних речовин у продукції, що зумовлюють мету та доцільність вирощування культури (наприклад, білка в зерні пшениці, цукру в коренеплодах цукрових буряків, крохмалю у бульбах картоплі). Комплексну оцінку одержаної продукції проводять на основі визначення показників біологічної, гігієнічної якості, а також технологічних властивостей, тобто за наявністю та дією показників хімічного й біологічного складу, що зумовлюють оптимальний обмін речовин і функціонування організму. До показників біологічної якості належать вміст нітратів, вітамінів, амінокислотний склад тощо.

На показники якості продукції рослинництва впливає ряд факторів:

1. ґрунтово-кліматичні умови вирощування культур;

2. сортові особливості;

3. строки сівби;

4. загальна культура землеробства;

5. використання засобів хімізації (з урахуванням оптимальних співвідношень між макро-, мікро- та ультрамікроелементами);

6. біологічні особливості культур.

Під технологічними властивостями розуміють комплекс біологічних, хімічних і фізичних показників, які визначають спрямованість та інтенсивність виробничих процесів при переробці сировини й якість готової продукції. Технологічні властивості визначають у процесі переробки сировини і від них залежить кількість одержаного готового продукту.

Гігієнічна якість продукції передбачає виявлення в продукції небажаних і шкідливих речовин, що можуть спричиняти розлади та захворювання організму людей і тварин.

Управління якістю продукції — комплексне завдання. Воно потребує детального аналізу рівня того чи іншого показника якості, вивчення причин, які впливають на його формування й усунення факторів негативної дії.

На якості продукції позначається вміст у рослині мінеральних елементів, основних органічних сполук (білки, вуглеводи, вітаміни, гормони, ферменти) та інші компоненти, що в свою чергу залежить від раціональності застосування добрив. Останні, впливаючи на ці процеси, також визначають цінність продукції тваринництва для харчування людини. Наприклад, зелена маса, в якій міститься недостатня кількість каротину, викликає нестачу вітаміну А в молоці корів, що призводить до неповноцінності продуктів харчування людини. Для оцінки біологічної якості рослинних продуктів за поживністю необхідно враховувати їхній вплив на обмін речовин у тварин через забезпечення енергетично цінними продуктами з достатнім вмістом протеїну, вітамінів, мінеральних речовин тощо. Крім того, на неї діють фактори, які порушують метаболізм живих організмів і погіршують їхнє здоров’я. Отже, добрива значною мірою впливають на склад рослин та здоров’я людей чи тварин, що їх споживають.

Наслідками, які шкідливо позначаються на здоров’ї живих організмів через застосування добрив, є:

1. Надлишок нітратів у рослинах внаслідок внесення підвищених доз азотних добрив (120 кг і більше азоту на 1 га). Їхній вміст у сухій речовині може зростати від 23 до 601 мг/кг і більше.

2. Порушення рівноваги мінеральних елементів у рослині, наприклад, високий вміст калію за низького магнію і натрію — одна із причин пасовищної титанії.

3. Нестача в рослині будь-якого мінерального елемента, що може викликати тяжкі захворювання. Так, нестача фосфору призводить до стерильності тварин, а надлишок заліза — до зменшення його кількості.

4. Низький вміст у рослинах вітамінів. Тварини, яким згодовують бідну на вітаміни зелену масу, хворіють на гіповітаміноз та інші захворювання.

На зв’язок між біологічною якістю продукції й здоров’ям живих організмів впливають також антиметаболіти, які є в рослинах (або у продуктах тваринництва). Вони можуть діяти повільно чи миттєво. Відомо, що нестача фосфатів у ґрунті викликає утворення деякими рослинами (наприклад, конюшиною) надлишкової кількості ізофлавіну — статевого гормону, який дуже шкідливий для тварин.

За підрахунками вчених, за останні сто років у складі продуктів харчування відбулися істотні зміни. Так, у чотири рази підвищився вміст калію, більш як у два рази — фосфорної кислоти, знизився вдвоє — магнію, в шість разів — натрію.

Специфічною властивістю біологічно цінної продукції є її захисний ефект. Добрива можуть змінювати рівень деяких речовин, які виконують захисну функцію в організмі людини від речовин, що спричинюють захворювання.

Життя людини — постійний обмін речовин. У водному, мінеральному, пластичному обмінах важлива роль належить продукції рослинництва. Близько 50% поживних речовин витрачається на одержання енергії в організмі, решта —для росту і розвитку.

1.7.1 Біологічна роль основних поживних речовин у раціоні людини

Організм людини містить близько 20% білка, 65 — води, 10 — жирів і жироподібних речовин, 4 — мінеральних сполук, 1% вуглеводів. Кількість жиру може зростати вдвічі. Оптимальне співвідношення поживних елементів у раціоні людини таке: вуглеводи — 55, жири — 30, білки — 15%. Норма білка на добу становить 100 г, при підвищенні інтенсивності праці вона зростає до 130—160 г. Потреба в жирах — 70—100 г на добу, в умовах холодного клімату — 150—160 г. Добова потреба в кальції — 0,7—0,8 г (для організму, що росте і розвивається, — 1 г), у фосфорі >1,5г. Солі необхідно 10—15 г, при важкій фізичній праці й занятті спортом — 20—25 г. Харчування має такі функції: формування організму; вироблення тепла; виконання механічної роботи.

Продукти харчування поділяють на:

• будівельні матеріали (білки, вода, жири, мінеральні речовини);
• енергоносії (вуглеводи, жири);
• біологічно активні речовини (вітаміни, мікроелементи, мінеральні солі );
• супровідні речовини (клітковина);
• смакові, ароматичні, барвні речовини.

Функції білків:

• структурна (білки становлять 18—21 % загальної “сирої” й 45—50 % сухої маси організму людини. Найбільша кількість білків у легенях, селезінці, нирках, м’язах. Вони беруть участь в утворенні мембранних структур, мітохондрій, рибосом, цитоплазми);
• каталітична (всі ферменти як біологічні каталізатори, що зумовлюють хімічні реакції в організмі, мають білкову природу. Нині відомо близько 2000 ферментативно активних білків);
• гормональна (значна кількість гормонів є білками або продуктами білкового обміну. Зокрема, це інсулін, тетелін, адренокортикотропний гормон, окситоцин). Гормони беруть участь у регуляції активності ферментів, діють на процеси трансляції й транскрипції;
• транспортна (необхідні для життєдіяльності речовини транспортуються з потоком крові сполуками білкової природи, зокрема, це білок хромопротеїдного типу гемоглобін. Транспорт ліпідів і жиророзчинних вітамінів здійснюється ліпопротеїдами);
• захисна (відбувається в основному за участю білків ?-глобулінів, з якими пов’язані імунні реакції організму. Антитіла, що утворюються в організмі при несприятливій дії на нього різних факторів, мають білкову природу;
• механічна (білки беруть участь у різних формах механічного руху — скороченні й розслабленні м’язів, роботі серця, легень, шлунка. Ці процеси здійснюються за рахунок таких білків, як актин, міозин, тропоміозин);
• енергетична (білки є важливим джерелом енергії; при розщепленні 1 г виділяється 17,7 кДж енергії).

Залежно від розчинності протеїни поділяються на такі групи: Альбуміни ? група білків, які розчиняються у воді. Відомі лейкозини зерна пшениці, жита та ячменю, легумеліни насіння гороху і сої, рицин насіння рицини. Глобуліни ? дуже поширена група білків, що не розчиняються у воді, а розчинні в слабких розчинах нейтральних солей (у 4?10%-му розчині NaCl або KCl). Прикладами глобулінів є фазеолін насіння квасолі, гліцидин насіння сої, віцилін гороху, едестин насіння конопель, туберин бульб картоплі. Проламіни ? група простих білків з характерним складом амінокислот. Вони відзначаються високим вмістом діаміномонокарбонових кислот (50?80%). Їхні розчини мають лужні властивості (лужність вища, ніж у гістонів). Гістони ? лужні білки, які містять 20?35% лужних амінокислот (26% аргініну, 8?10 лізину). Гліадини ? не розчинні у воді, але розчинні в 70%-му етиловому спирті. Їх виявлено тільки в зерні злаків. Відомі гліадини зерна озимої пшениці (становлять основну частку "сирої" клейковини) та жита, зеїн ? кукурудзи, авенін ? вівса, орозеїн ? рису та гордеїн ? ячменю. Глютеліни ? група білків рослинного походження, що не розчиняються у воді та розчинах нейтральних солей, але розчиняються в слабких лужних розчинах. До їхнього складу входить значна кількість глутамінової кислоти. Глютелін озимої пшениці називають глютеніном. Жири (ліпіди), жироподібні речовини (ліпоїди) — це органічні сполуки тваринного і рослинного походження, різні за хімічним складом, будовою, фізіологічною та біохімічною функціями. Спільною їх властивістю є нерозчинність у воді й здатність розчинятись в органічних розчинниках (спирт, ефір, хлороформ, ацетон). За хімічним складом жири — складні ефіри гліцерину і вищих жирних кислот (пальмітинова, стеаринова, олеїнова, лінолева, ліноленова та ін).

Біологічна роль ліпідів в організмі:

• входять до складу клітин як пластичний матеріал у вигляді ліпопротоїдів і гліколіпідів;
• входять до складу клітинних мембран та мітохондрій; ліпіди мембран беруть участь у процесах транспорту молекул та іонів, у передачі нервових імпульсів;
• виконання енергетичної функції, за рахунок жирів на 25—35 % задовольняється добова потреба людини в енергії;
• субстрат для утворення біологічно активних речовин в організмі (вітаміни А і D, статеві гормони, жовчні кислоти);
• механічна і термоізоляційна функції.

Функцій вуглеводів:

• виступають провідним джерелом енергії та важливим резервним енергетичним фондом (в організмі людини — це глікоген);
• забезпечують 60—70 % добової енергетичної потреби раціону;
• глюкоза — основне енергетичне джерело головного мозку;
• пластична (структурна) функція;
• опорна функція (входять до складу основної речовини кісткової та сполучної тканин);
• забезпечують перебіг осмотичних процесів;
• підтримують сталість внутрішньоклітинного середовища (гомеостаз); знешкоджують токсичні продукти обміну;
• беруть участь у синтезі біополімерів, глікопротеїдів, гліколіпідів, глікопептидів, необхідні для імунних реакцій організму, проникності мембран;
• виступають запасними речовинами (крохмаль).

Для організму потрібні й інші речовини, такі як вітаміни. Нині їх відомо понад 20 і за розчинністю вони поділяються: вітаміни групи В, а також С належать до групи розчинних у воді, а вітаміни А, D, K та Е — до розчинних у жирах (ліповітаміни). За відсутності їх у раціоні (авітаміноз) спостерігаються дуже серйозні розлади функцій як окремих органів, так і організму в цілому. Слід зазначити, що засвоєння чи дія вітаміну залежить від наявності інших. Надлишок чи нестача одного з них порушує використання інших. Для організму дуже важлива збалансована кількість усіх вітамінів. Це стимулює обмінні процеси, функції залоз внутрішньої секреції та продукування гормонів.

Макро- і мікроелементи в житті рослинного організму.Для повноцінного живлення рослини використовують більшість із відомих хімічних елементів. Найважливіші із них 20—25 елементів, такі як азот, фосфор, калій, магній, цинк та ін. Азот, як основа життя, є складовою багатьох органічних сполук ? амінокислот, амідів, білків, нуклеїнових кислот та їхніх похідних, алкалоїдів, хлорофілу, регуляторів росту, ферментів тощо. У складі сухої речовини рослин його міститься від 1,5 до 5%. Як нестача, так і надлишок азоту в ґрунті призводять до зниження продуктивності культури та погіршення якості врожаю. Він може реутилізуватися, відтікати із раніше утворених частин рослини у молоді, активніші органи. Тому нестача його насамперед проявляється на стані листків, які закінчили ріст. При цьому сповільнюється ріст стебла, листків і коренів. Пожовтіння листків (особливо нижніх) через розклад хлорофілу переходить у побуріння тканин та їх засихання, а ознаки передаються на подальший ярус. У злаків укорочується суцвіття (колос зверху, волоть знизу) і зменшується малоозерненість колосу. Формується щупле, невиповнене зерно. Характерне пожовтіння нижніх листків кукурудзи починається з верхнього кінчика листка, продовжується вздовж центральної жилки, причому краї листка деякий час залишаються зеленими. Оптимальне азотне живлення культури дає можливість максимально реалізувати потенціал сорту й одержати високоякісну продукцію.

Фосфор входить до складу нуклеїнових кислот, нуклеопротеїдів, фосфатидів, сахарофосфатів, фітину та лецитину, тобто сполук, що відповідають за спадковість та переносення генетичної інформації, беруть участь у процесах дихання, біосинтезі складних вуглеводів і перебігу фотосинтезу. Цей елемент — складова багатьох макроергічних сполук, таких як АТФ, АДФ та аденозинмонофосфат-АМФ, що є джерелами енергії в рослинному організмі.

У молодих рослинах фосфор легко переміщується із старих тканин у молодші, а при дозріванні більша частина засвоєного фосфору нагромаджується в насінні та плодах. Свідченням цього може бути наявність фосфору в складі золи насіння зернових і зернобобових культур у межах 40—45 %, соломи — в 3—5 разів менше. Кількість органічних сполук у рослинах різко переважає над мінеральними (в середньому 89% від загального фосфору). Цей елемент мало впливає на нагромадження білка у рослинах. У той же час достатнє фосфорне живлення збільшує частку генеративних органів у загальній біомасі врожаю, підвищує вміст крохмалю у продукції та цукру в коренеплодах, фруктах і овочах. Поліпшується також якість волокна у луб'яних культур. Дефіцит фосфору починає проявлятися з нижніх листків. Вони мають зелений колір із блакитним відтінком (за достатньої кількості азоту), але між жилками появляються бурі плями, які зливаються і листок повністю засихає. Часто на стеблі та листі утворюється фіолетово-червоний відтінок, а краї листкових пластинок загинаються догори. В цілому рослини відстають у рості й сповільнюється онтогенез.

Калій не входить до складу органічних сполук рослин. Він знаходиться в іонній формі. Цей елемент концентрується у цитоплазмі та вакуолях і відсутній в ядрі. До 20% калію утримується у клітинах в обмінно-поглинутому стані колоїдами цитоплазми, до 1% необмінно поглинають мітохондрії, а основна частина (до 80%) знаходиться в клітинному соку і легко вимивається водою. В золі насіння зернових і зернобобових культур його міститься 30—40%, бульб картоплі та коренеплодів буряків до 40—60 %, а у листках більшості культур — 30—50%. Слід зазначити, що в молодих частинах калію значно більше, ніж у старих. Він впливає на гідратацію колоїдів цитоплазми, що допомагає краще утримувати воду і переносити посуху, підвищує зимо? та морозостійкість рослин і стійкість проти грибних та вірусних захворювань.

Калій посилює синтез високомолекулярних вуглеводів (целюлоза, геміцелюлоза, пектинові речовини, ксилани), що зумовлює потовщення клітинних стінок соломини злаків і підвищення стійкості до вилягання, а в коноплі та льону поліпшується якість волокна. Під впливом калію посилюється нагромадження крохмалю у бульбах картоплі, сахарози в коренеплодах буряків і цукрів у плодах та овочах. Дефіцит калію порушує метаболізм у рослинах: ослаблюється діяльність деяких ферментів, погіршується вуглеводнево-білковий обмін, збільшуються втрати цукрів на дихання, що призводить до утворення щуплого зерна, зниження схожості та життєздатності насіння. Недостатнє калійне живлення призводить до збільшення грибкових захворювань і погіршення лежкості, а також може з’являтися “крайовий опік” нижніх листків. При хронічному калійному голодуванні призупиняється ріст стебел та міжвузль, затримується дозрівання зерна і плодів.

Бор посилює ріст пилкових трубочок та проростання пилку, збільшуючи кількість квіток і плодів, поліпшує вуглеводний обмін та бере участь у білковому і нуклеїновому синтезі. Вважається, що основна фізіологічна роль цього елемента — регулювання кількості ауксинів та фенольних сполук. При його дефіциті порушується весь цикл обміну вуглеводів, формування репродуктивних органів, запилення та плодоношення. Особливо чутливі до бору дводольні. У них при його дефіциті нагромаджуються феноли, ауксини й порушуються нуклеїновий обмін і синтез білка.

Середній вміст бору в рослинах досягає 0,0001%. Як надлишок, так і дефіцит його у ґрунті призводить до значних втрат врожаю, погіршення його якості та лежкості продукції, можуть викликати захворювання тварин і людей. За нестачі бору в рослин пшениці формується дрібний колос із сухим “прапорцевим” листком; кукурудза набуває зовнішніх ознак, подібних до тих що проявляються при калійному голодуванні; в овочевих культур на нижніх листках з'являється "крайовий опік", потім листки деформуються і висихають. Дефіцит цього елемента проявляється на підзолистих ґрунтах та тих, на яких проведено вапнування повними нормами. Основними негативними наслідками борного голодування є відмирання точок росту, зниження крохмалистості бульб картоплі та цукристості коренеплодів цукрових буряків, погіршення якості волокна луб'яних культур. Нестача бору стимулює інтенсивний розвиток хвороб: парші картоплі, гнилі сердечка і сухої гнилі у коренеплодів, кореневої гнилі капусти, засихання верхівок тютюну, дуплистості турнепсу, відмирання точки росту соняшника.

Фізіологічна роль міді значною мірою визначається її кількістю в складу білків та ферментів (до 50% загального вмісту міді у листках знаходиться в складі білка пластоціаніну). Вона посилює зв'язування молекулярного азоту з атмосфери, засвоєння азоту із ґрунту та добрив, нагромадження білків, знижує інтенсивність розпаду хлорофілу, дію на ріст високих доз рістактивуючих речовин; підвищує здатність рослин протистояти виляганню, їхню посухо- морозо- та жаростійкість. Наявність міді може погіршувати товарний вигляд картоплі та овочів внаслідок окислення мідьвмісного ферменту тирозінази. Дефіцит міді затримує ріст і цвітіння рослин, викликає хлороз, втрату тургору. У злаків при гострій її нестачі біліють кінчики листків і не розвивається колос (хвороба “біла чума”), а в плодових проявляється суховершинність. Використання мідьвмісних добрив ефективніше на осушених торф’яниках, дерново-глейових, заболочених та легких ґрунтах. Найчутливіші до внесення міді злакові культури, трави, льон, коноплі, коренеплоди, соняшник і буряки. Потреба в міді зростає при застосуванні високих доз азотних добрив.

Марганець як високоактивний метал бере участь у реакціях біологічного окислення, фотосинтезі, відновленні гідроксиламіну до аміаку, перетворенні ди- і трикарбонових кислот при диханні, синтезі вітаміну С, поглинанні іонів із навколишнього середовища. Тому марганець відповідає за нагромадження та відтік цукрів у рослинному організмі, підвищуючи цукристість плодів і овочів, сприяє синтезу глютаміну, прискорює розвиток рослин та їхнє плодоношення. При дефіциті марганцю спостерігаються хлорози і плямистість листків, а при гострій його нестачі — повна відсутність плодоношення у редису, капусти, помідорів, гороху. насамперед марганець слід вносити на сірих опідзолених ґрунтах, слабовилугуваних чорноземах, солонцюватих і каштанових ґрунтах. Особливо чутливі до його нестачі злаки, коренеплоди, картопля, трави. Так, приріст урожаю цукрових буряків при застосуванні марганцевих добрив у середньому становить 100—150 ц/га, а цукристість підвищується на 0,2—0,6%.

Цинк бере участь у фізіологічних процесах. За рахунок стабілізації дихання при зміні температурних умов підвищує жаро- та морозостійкість рослин, впливає на утилізацію фосфору в тканинах, активізує реакції утворення попередників хлорофілу. За його нестачі у рослині знижується вміст ауксинів, сахарози та крохмалю, підвищується ? органічних кислот, порушується синтез білків — у тканинах нагромаджується небілкові розчинні сполуки азоту (аміди та амінокислоти), які можуть порушувати технологічні процеси при переробці сировини ("шкідливий" азот в цукроварінні). Дуже чутливі до нестачі цинку плодові, особливо цитрусові, гречка, буряки, картопля, хміль, конюшина. Для них характерне гальмування росту. Нестача цинку може проявлятися як на кислих дуже опідзолених легких ґрунтах, так і на карбонатних чорноземах, бурих і сіроземах. Ці процеси посилює застосування високих доз фосфорних добрив.

Молібдену рослинам потрібно менше, ніж бору, марганцю, цинку та міді. В основному він локалізується у молодих частинах рослин. Цей елемент входить до складу нітратредуктази і бере участь у відновленні нітратів до нітритів та нітрогенази — ферменту, що відповідає за зв’язування азоту атмосфери при біологічній фіксації. Крім того, цей елемент задіяний у фотосинтезі, процесах дихання, біосинтезі нуклеїнових кислот, вітамінів і пігментів. Тому поряд із підвищенням урожайності він сприяє зростанню вмісту білка в продукції. Зовнішні прояви нестачі молібдену подібні до азотного голодування. Вона найчастіше проявляється на дерново-підзолистих, сірих опідзолених, чорноземних та осушених кислих торф’яниках. Ефективне застосування цього елементу під усі бобові культури, особливо на кислих ґрунтах.