Агрохимия — это химия , особенно органическая химия и биохимия , поскольку они связаны с сельским хозяйством . Агрохимия охватывает структуры и химические реакции, имеющие отношение к производству, защите и использованию сельскохозяйственных культур и скота . Ее прикладные научные и технологические аспекты направлены на повышение урожайности и улучшение качества, что имеет множество преимуществ и недостатков. [1]
Этот аспект агрохимии рассматривает роль молекулярной химии в сельском хозяйстве, а также ее негативные последствия.
Биохимия растений охватывает химические реакции, происходящие в растениях. В принципе, знания на молекулярном уровне определяют технологии обеспечения продовольствием. Особое внимание уделяется биохимическим различиям между растениями и другими организмами, а также различиям внутри царства растений, таким как двудольные и однодольные , голосеменные и покрытосеменные , C2- и C4-фиксаторы и т. д.
Химические материалы, разработанные для содействия производству продуктов питания, кормов и волокон, включают гербициды , инсектициды , фунгициды [2] и другие пестициды . Пестициды — это химикаты, которые играют важную роль в повышении урожайности и сокращении потерь урожая. [3] Они работают, чтобы держать насекомых и других животных подальше от сельскохозяйственных культур , позволяя им расти без помех, эффективно регулируя вредителей и болезни.
Недостатки пестицидов включают загрязнение почвы и воды (см. стойкие органические загрязнители ). Они могут быть токсичны для нецелевых видов, включая птиц, рыб, [4] опылителей, [5] а также самих сельскохозяйственных рабочих.
Агрохимия часто направлена на сохранение или увеличение плодородия почвы с целью поддержания или улучшения сельскохозяйственного урожая и улучшения качества урожая. Почвы анализируются с вниманием к неорганическому веществу (минералам), которые составляют большую часть массы сухой почвы, и органическому веществу, которое состоит из живых организмов, продуктов их распада, гуминовых кислот и фульвокислот . [8]
Удобрения являются важным фактором. Хотя органические удобрения проверены временем , их использование в значительной степени было вытеснено химикатами, получаемыми из горнодобывающей промышленности ( фосфатная руда ) и процесса Габера-Боша . Использование этих материалов резко увеличило скорость производства сельскохозяйственных культур, что позволяет поддерживать растущее население. Распространенные удобрения включают мочевину , сульфат аммония , диаммонийфосфат и фосфат кальция и аммония. [9] [10]
Агрохимия охватывает науку и технологию производства не только съедобных культур, но и сырья для топлива (« биотоплива ») и материалов. Топливо этанол, получаемое путем ферментации сахаров. Биодизель получают из жиров , как животного, так и растительного происхождения. Метан можно извлечь из навоза и других отходов сельского хозяйства с помощью микробиологического воздействия. [11] [12] Лигноцеллюлоза является перспективным предшественником новых материалов. [13]
Биокатализ используется для производства ряда пищевых продуктов. Более пяти миллиардов тонн кукурузного сиропа с высоким содержанием фруктозы производится ежегодно с помощью иммобилизованного фермента глюкозоизомеразы из глюкозы, полученной из кукурузы. Возникают многочисленные технологии, включая ферменты для осветления или удаления горечи из фруктовых соков . [14]
Разнообразие потенциально полезных химикатов получают с помощью модифицированных растений. Биоремедиация — это зеленый путь к биодеградации .
Генетически модифицированные организмы (ГМО) — это растения или живые существа, которые были изменены на геномном уровне учеными для улучшения характеристик организмов. Эти характеристики включают в себя предоставление новых вакцин для людей, увеличение запасов питательных веществ и создание уникальных пластиков. [15] Они также могут расти в климате, который обычно не подходит для роста исходного организма. [15] Примерами ГМО являются устойчивые к вирусам табак и тыква, томаты с задержкой созревания и устойчивые к гербицидам соевые бобы. [15]
ГМО пришли с возросшим интересом к использованию биотехнологии для производства удобрений и пестицидов. Из-за возросшего интереса рынка к биотехнологии в 1970-х годах, было разработано больше технологий и инфраструктуры, снижена стоимость и достигнут прогресс в исследованиях. С начала 1980-х годов были включены генетически модифицированные культуры. Расширение биотехнологической работы требует объединения биологии и химии для производства улучшенных культур, основной причиной этого является увеличение количества продовольствия, необходимого для пропитания растущего населения. [16]
При этом опасения по поводу ГМО включают потенциальную устойчивость к антибиотикам при употреблении ГМО. [15] Также существуют опасения по поводу долгосрочных последствий для организма человека, поскольку многие ГМО были разработаны недавно. [15]
Много споров вокруг ГМО. В Соединенных Штатах все продукты, содержащие ГМО, должны быть маркированы как таковые. [17]
Особое значение имеет протеомика , поскольку белок (питание) во многом определяет сельское хозяйство.