Сельскохозяйственная химия — это химия, особенно органическая химия и биохимия, поскольку они связаны с сельским хозяйством. Сельскохозяйственная химия 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.
Сельскохозяйственная и экологическая химия
Этот аспект агрохимии рассматривает роль молекулярной химии в сельском хозяйстве, а также ее негативные последствия.
Биохимия растений
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.
Пестициды
Химические материалы, разработанные для содействия производству продуктов питания, кормов и волокон, включают гербициды, инсектициды, фунгициды и другие пестициды. Пестициды — это химикаты, которые играют важную роль в повышении урожайности и сокращении потерь урожая. 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, опылителей, а также самих сельскохозяйственных рабочих.
Химия почвы
Агрохимия часто направлена на сохранение или повышение плодородия почвы с целью поддержания или улучшения урожайности сельскохозяйственных культур и улучшения качества урожая. При анализе почв обращают внимание на неорганические вещества (минералы), составляющие большую часть массы сухой почвы, и органические вещества, состоящие из живых организмов, продуктов их распада, гуминовых и фульвокислот.
Удобрения являются важным фактором. Хотя органические удобрения проверены временем, их использование в значительной степени было вытеснено химикатами, получаемыми в процессе добычи (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.
Биотопливо и биоматериалы
Агрохимия охватывает науку и технологию производства не только съедобных культур, но и сырья для топлива («биотоплива») и материалов. Топливо этанол, получаемое путем ферментации сахаров. Биодизельное топливо получают из жиров как животного, так и растительного происхождения. Метан можно извлечь из навоза и других отходов сельского хозяйства с помощью микробиологического воздействия. Лигноцеллюлоза является перспективным предшественником новых материалов.
Биотехнология
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.
Разнообразие потенциально полезных химикатов получают с помощью модифицированных растений. Биоремедиация — это зеленый путь к биодеградации.
ГМО
Генетически модифицированные организмы (ГМО) — это растения или живые существа, которые были изменены учеными на геномном уровне для улучшения характеристик организмов. Эти характеристики включают в себя создание новых вакцин для людей, увеличение запасов питательных веществ и создание уникальных пластмасс. Они также могут расти в климате, который обычно не подходит для роста исходного организма. Примеры ГМО включают устойчивый к вирусам табак и тыкву, томаты замедленного созревания и соевые бобы, устойчивые к гербицидам.
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, снизилась стоимость и произошел 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.
При этом опасения по поводу ГМО включают потенциальную устойчивость к антибиотикам при употреблении ГМО. Также существуют опасения по поводу долгосрочных эффектов на организм человека, поскольку многие ГМО были разработаны недавно.
Вокруг ГМО много споров. В Соединенных Штатах все продукты, содержащие ГМО, должны быть маркированы как таковые.
Омики
Особое значение имеет протеомика, поскольку белок (питание) во многом определяет сельское хозяйство.
