Минеральные удобрения (азот, фосфор, калий, микроэлементы)
Азотные удобрения
Создатель советской агрохимической школы - Академик Дмитрий Николаевич Прянишников, на основе анализа истории земледелия в странах западной Европы, убедительно показал, что главным условием определяющим среднюю величину в разные эпохи была степень обеспеченности сельскохозяйственных растений азотом
Громадное значение азотных удобрений в повышении урожайности, обусловлено исключительной ролью азота в жизни растений.
Азот входит в состав:
Белков - являющихся основой жизни;
Нуклеиновых кислот - обеспечивающих передачу наследственных свойств организмов;
Хлорофилла - осуществляющего аккумуляцию солнечной энергии в процессе фотосинтеза;
Ферментов - биологических катализаторов всех биохимических процессов;
Фосфатидов, витаминов, алкалоидов и других органических соединений - играющих важную роль в обмене веществ.
Нормальный уровень азотного питания стимулирует синтез белка других органических соединений и обеспечивает интенсивность ростовых процессов. При недостатке азота, наблюдаются слабое развитие вегетативных органов, что ограничивает плодоношение, ведет к снижению урожая и содержания белка в продукции.
Производство азотных удобрений основано на синтезе аммиака. Источником азота является атмосфера, а водорода природный газ или сопутствующие нефтяные газы. Из аммиака производят жидкие аммиачные, твердые аммонийные удобрения и мочевину.
При окислении аммиака получают азотную кислоту. Она используется для получения селитр, а также комплексных удобрений при азотно-кислотной переработке фосфатов
Основными формами азотных удобрений в нашей стране являются аммиачная селитра и мочевина. На их долю приходится почти две трети валового производства.
Содержит 34% азота.
Её получают путем нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком с последующим упариванием и кристаллизацией.
Кристаллическая аммиачная селитра очень гигроскопична при увлажнении она расплывается, а при подсыхании уплотняется и затвердевает, поэтому аммиачную селитру гранулируют с добавлением кондиционирующих веществ. Готовый продукт упаковывается в битумированные или полиэтиленовые мешки.
Аммиачная селитра горюча и взрывоопасна. При ее хранении и транспортировке необходимо соблюдать правила противопожарной безопасности.
В аммиачной селитре весь азот водорастворим и хорошо доступен растениям, при этом половина находится в нитратной, а другая в аммонийной форме.
Нитраты обладают высокой подвижностью в почвенном растворе, а аммонийный азот обменно поглощается почвенными коллоидами.
При обильных осадках и орошении особенно на легких почвах нитратный азот может теряться за счет вымывания.
Опасность вымывания аммонийного азота меньше и возрастает по мере его нитрификации через нитриты до нитратов.
Аммиачная селитра обладает подкисляющим действием на почву это связано со слабой физиологической кислотностью удобрения и нитрификации его аммонийного азота.
Сочетание быстродействующего легкоподвижного нитратного и менее подвижного аммонийного азота определяет универсальность этого удобрения.
Аммиачная селитра пригодна для внесения под все культуры и всеми способами в основное удобрение.
При большом количестве осадков в осенне-зимний период аммиачную селитру лучше вносить не осенью, а весной под предпосевную обработку.
Аммиачную селитру при посеве или посадке применяют в небольших дозах в сочетании с суперфосфатом, используя комбинированные сеялки. Она с успехом используется для поверхностного внесения при подкормке озимых, трав, а также в качественной корневой подкормки пропашных культур.
На почвах насыщенных основаниями, подкисляющее действие аммиачной селитры выражено слабо. На этих почвах аммиачная селитра одна из лучших форм азотных удобрений.
Мочевина или карбамид
Самое концентрированное твердое азотное удобрение. Оно содержит 46% азота.
Мочевину получают из аммиака и углекислого газа при высоком давлении и температуре.
Для сельского хозяйства мочевину выпускают в виде гранул с покрытием из маслянистых веществ.
Гранулированная мочевина не слеживается при хранении и хорошо рассевается.
Мочевина хорошо растворяется в воде, она менее гигроскопична, чем аммиачная селитра.
Под влиянием фермента уреазы, выделяемого почвенными микроорганизмами, мочевина быстро в течение нескольких суток превращается в углекислый аммоний.
Углекислый аммоний соединение очень непрочное на воздухе быстро разлагается с образованием бикарбоната аммония и газообразного аммиака. Чтобы не допустить потери азота при поверхностном внесении мочевины её сразу надо заделывать в почву.
На стадии гидролиза углекислого аммония происходит местное подщелачивание почвы, а образующиеся ионы аммония обменно поглощаются.
При последующей их нитрификации наблюдается сдвиг реакции в кислую сторону. По способности подкисления почвы и агрономической эффективности, мочевина равноценна аммиачной селитре.
Мочевина лучшая форма азотных удобрений для некорневых подкормок плодовых и овощных культур. Она используется также и для поздних подкормок пшеницы, с целью повышения белковости зерна.
Сульфат аммония или сернокислый аммоний
Его получают путем улавливания серной кислотой аммиака из коксохимических газов.
Сульфат аммония имеет слабую гигроскопичность, не слеживается при хранении и может транспортироваться без упаковки.
Недостатком этого удобрения является низкое содержание азота - 21% и высокая физиологическая кислотность.
Она связана с тем, что из сульфата аммония растения быстрее и в больших количествах потребляют азот в виде аммония, чем серу в виде аниона серной кислоты.
Наибольший сдвиг реакции происходит в мало буферных почвах не насыщенных основаниями. На этих почвах сульфат аммония по эффективности уступает другим азотным удобрениям особенно при возделывания культур чувствительных к кислотности.
Аммонийный азот удобрения обменно поглощается почвенными коллоидами, медленнее нитрифицируется и не вымывается, поэтому сульфат аммония целесообразно применять в условиях орошаемого земледелия под рис и хлопчатник, а также в субтропической зоне для удобрения чая и других культур
Чисто нитратные формы азотных удобрений применяются у нас в ограниченном количестве они имеют низкое содержание азота, а кальциевая селитра вследствие высокой гигроскопичности обладает плохими физико- механическими свойствами это осложняет и и хранение, перевозку и применение.
Из натриевой и кальциевой селитр анионы NO3- усваиваются растениями интенсивнее, чем катионы натрия или кальция.
Эти удобрения физиологически щелочные, особенно эффективны на кислых почвах.
Нитратные удобрения легкоподвижные и быстродействующие источники азота, их целесообразно использовать для внесения в рядки и при подкормках.
В основное удобрение селитры должны вноситься под предпосевную обработку из-за опасности вымывания нитратов.
Особенно благоприятно натриевая селитра действует на сахарную свеклу и другие корнеплоды, отзывчивые на внесение натрия.
Безводный аммиак и водный аммиак
Безводный аммиак самое концентрированное без балластное удобрение.
Его получают путем сжижения газообразного аммиака под давлением.
На всех этапах хранения, транспортировки и внесения безводный аммиак содержит в емкостях рассчитанных на высокое давление.
Безводный аммиак бесцветная жидкость, она в один и семь десятых раза легче воздуха, температура кипения плюс 34 градуса цельсия. На воздухе безводный аммиак быстро испаряется. Переход в газообразное состояние сопровождается охлаждением.
В высоких концентрациях, аммиак обладает сильным токсическим действием на организм человека. К работе с безводным аммиаком допускается только специально обученный персонал при этом необходимо строго соблюдать правила техники безопасности и охраны труда.
Перевозка безводного аммиака от завода-изготовителя до прирельсовых складов производится в специальных железнодорожных цистернах. На склады расположенные в глубине обслуживаемого района, удобрение перевозят в автоцистернах заправщиках.
Внесение безводного аммиака производят с помощью специального агрегата, позволяющего равномерно распределять удобрения в почве с одновременной заделкой на нужную глубину.
На тяжелых почвах безводный аммиак заделывают на глубину 12 -14 см, на легких несколько глубже. Это позволяет избежать потерь за счет улетучивания аммиака в почве.
Безводный аммиак из жидкости превращается в газ, который абсорбируются коллоидами и поглощается влагой с образованием гидроокиси аммония. Это вызывает временное местное подщелачивание почвы, которое затем по мере нитрификации аммония меняется на слабое подкисление.
Аммонийный азот обменно поглощается и химически связывается органическими и гуминовыми кислотами.
При высокой концентрации аммиака в зоне внесения, временно подавляется жизнедеятельность почвенной микрофлоры в том числе нитрифицирующих бактерий, поэтому в первое время азот удобрения локализуется вблизи места внесения, преимущественно в аммонийной форме.
Безводный аммиак можно вносить осенью под основную обработку почвы не опасаясь потерь азота за счет вымывания и денитрификации. При подкормках пропашных культур безводный аммиак вносят в середину междурядий чтобы избежать угнетение растений при высокой концентрации аммиака.
В отличие от безводного аммиака использование аммиачной воды проще и безопаснее.
Ее можно хранить и перевозить в обычных герметизированных цистернах, рассчитанных на невысокое давление.
Водный аммиак выпускается двух сортов.
Как и безводный аммиак, аммиачную воду вносят в почву с одновременной заделкой на необходимую глубину. Опыты с различными культурами показывают, что безводный аммиак и аммиачная вода по эффективности не уступают твердым формам азотных удобрений, а на легких почвах в условиях орошения и в увлажненных районах превосходят их.
Следует также отметить, что стоимость единицы азота при производстве жидких удобрений значительно ниже, чем твердых.
Применение жидких удобрений позволяет осуществлять полную механизацию всех процессов, связанных с транспортировкой, заправкой и внесением. Это одно из основных преимуществ жидких удобрений.
Растения используют лишь 50-60 % внесенного в почву азота, а 20-30% теряется преимущественно в виде молекулярного азота и газообразных его окислов на легких почвах, в регионах с большим количеством осадков.
В условиях орошаемого земледелия, также происходят значительные потери азота вследствие вымывания нитратов.
Можно ли снизить эти потери?
В настоящее время уже производятся и испытываются опытные партии медленно действующих азотных удобрений на основе слабо растворимых соединений, прежде всего продуктов конденсации мочевины с алифатическими альдегидами.
Изучается также гранулированное азотное удобрение с покрытием из полимерных пленок.
В состав мочевины твердых и жидких аммонийных удобрений вводят ингибиторы нитрификации, химические соединения, которые способны селективно подавлять нитрификацию до момента интенсивного потребления азота растениями.
Заканчивая рассказ об азоте, уместно привести замечательные слова из книги Дмитрия Николаевича Прянишникова: "Не считая воды, именно азот является самым могущественным двигателем в процессах развития и творчества природы. Его уловить, им овладеть, вот в чем задача, его сберечь вот в чем ключ к экономике, подчинить себе его источник, вот в чем тайна благосостояния"
Фосфорные удобрения
Фосфору принадлежит исключительная роль в энергетическом обмене растений, в виде богатых энергией макроэргических фосфатных связей аденозинтрифосфатной кислоты.
Растения аккумулируют солнечную энергию в процессе фотосинтеза, и энергию выделяемую при дыхании, окислении органических веществ. Энергия АТФ расходуется на синтез углеводов, белков, жиров и других органических веществ. Энергия необходима в процессе роста и развития растений для поглощения питательных элементов и для нормального течения других жизненных процессов.
Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот фосфолипидов, регулирующих проницаемость клеточных мембран, а также в состав других структурных и запасных веществ клетки.
Недостаток фосфора вызывает:
- нарушение обмена энергии и веществ у растений;
- угнетает рост и развитие;
- образование репродуктивных органов;
- тормозит созревание;
- приводит к снижению урожая.
Особенно чувствительны к недостатку фосфора растения в раннем возрасте, когда они имеют слабо развитую корневую систему.
Агрохимическое обследование показало, что значительная часть почв нашей страны имеет недостаточную обеспеченность подвижным фосфором. Бедны не только азотом, но и доступным фосфором кислые почвы нечерноземной зоны, а также все почвы легкого механического состава на более гумусированных почвах лесостепной и степной зон.
Именно недостаток фосфора лимитирует рост урожайности.
Если запас азота в почве может пополняться за счет фиксации азота атмосферы бобовыми растениями в симбиозе с клубеньками бактериями, а также свободно живущими азотофиксирующими почвенными микроорганизмами, то для пополнения запаса фосфора в почве подобного источника в природе нет.
К тому же большая часть фосфора отчуждается из почвы с товарной частью урожая, поэтому единственный способ восполнения фосфора в почве, внесение соответствующих удобрений.
Фосфорное удобрение получают путем кислотной переработки агроруд, апатитов и фосфоритов, содержащих фосфор в виде трех замещенных солей ортофосфорной кислоты. Основным сырьем для производства фосфорных удобрений в нашей стране являются апатито-нефелиновые руды, богатейшие залежи которых находятся в Хибинах на Кольском полуострове. Эти руды содержат 18-19 процентов фосфора в расчете на P2O5. Из них после обогащения получают апатитовый концентрат, содержащий до сорока процентов фосфора.
Большая часть отечественных фосфоритов содержит фосфора мало от 6 до 14 процентов и имеет повышенное количество полуторных окислов. Богаче фосфором залежи в Каратау, но они содержат много магния, что затрудняет переработку сырья.
Среди односторонних фосфорных удобрений наиболее распространен в нашей стране суперфосфат, содержащий фосфор в водорастворимой форме. Простой суперфосфат получают при разложении фосфатного сырья серной кислотой.
Целевой продукт водорастворимый монокальцийфосфат, выделяющийся при его производстве фтористый водород улетучивается. Другие образующиеся соединения остаются в продукте до сорока процентов его массы приходится на сульфат кальция.
Суперфосфат имеет кислую реакцию из-за небольшого содержания свободный серной и фосфорной кислот и обладает гигроскопичностью. Чтобы улучшить физико-механические свойства, простой суперфосфат гранулируют, при этом часть свободной кислотности нейтрализуется известковыми материалами или фосфоритной мукой.
Готовый продукт имеет размер гранул от одного до трех миллиметров и содержит около 20 процентов усвояемого фосфора. Чтобы определить общее количество усвояемого фосфора в суперфосфате, делают две вытяжки водную и щелочным раствором лимонной кислого аммония. Сумма фосфора в этих вытяжках характеризует количество усвояемого фосфора удобрений.
Двойной суперфосфат получают при обработке обогащенного сырья фосфорной кислотой, это удобрение также содержит фосфор в виде водорастворимого монокальцийфосфата, но в отличие от простого не содержит сульфата кальция и концентрация фосфора в нем поэтому почти в два раза выше.
Двойной суперфосфат производят в гранулированном виде, он имеет хорошие физико-механические свойства, пригоден для тукосмешения.
В кислых почвах богатых полуторными окислами железа и алюминия происходит образование слабо растворимых и поэтому трудно усвояемых для растений фосфатов.
В карбонатных почвах, насыщенных основаниями, химическое связывание фосфора идет с образованием более замещенных и менее растворимых фосфатов кальция, поэтому фосфор в почвах малоподвижен. Он закрепляется в местах заделки и не вымывается.
Основное количество суперфосфата до посева нужно вносить под глубокую обработку в непересыхающие слои почвы, где будет развиваться корневая система растений. Такой способ заделки особенно важен для засушливых районов.
Эффективность суперфосфата повышается при локальном внесении в борозду лентами для обеспечения растений фосфором с начала вегетации.
Хорошо если в рядки вместе с семенами или с посадочным материалом вносят небольшое количество суперфосфата. Такой метод дает высокую окупаемость единицы действующего вещества удобрения.
Термофосфаты, плавленые и обесфторенные фосфаты получают путем термической обработки сырья. Эти формы удобрений не содержат водорастворимого фосфора, применяются только в качестве основного удобрения и обладают подщелачивающим действием на почву.
Фосфоритную муку получают путем тонкого размола природных низкопроцентных фосфоритов. Она является наиболее дешевым, но сравнительно мало эффективным удобрением, так как фосфор в ней содержится в виде трикальцийфосфата не растворимого в воде и слабых кислотах.
Поэтому фосфоритная мука применяется только на кислых почвах под основную обработку. Обычно в полуторных, двойных нормах по сравнению суперфосфатом.
Внесение высоких норм фосфоритной муки 200-300 килограммов действующего вещества на гектар позволяет повысить содержание фосфора в почве и создать запас на ряд лет, при этом понижается также кислотность почвы.
Один из приемов повышения эффективности фосфоритной муки компостирование ее с навозом и кислым торфом.
Усвоение фосфора удобрений и остаточных фосфатов повышается при сбалансированном обеспечении растений всеми необходимыми элементами питания.
Калийные удобрения
Физиологические функции калия в жизни растения весьма разнообразны.
Калий:
- Стабилизирует структуру хлоропластов и митохондрий;
- Активизирует ферменты, участвующие в фотосинтезе и образование макроэргических соединений;
- Усиливает водоудерживающую способность клеток и тканей;
- Повышает устойчивость растений к кратковременной засухе, болезням и вредителям,
- Участвует в процессе синтеза и накопления углеводов;
- Повышает морозостойкость растений;
- Стимулирует усвоение аммонийного азота.
От недостатка калия в большей степени страдают калиелюбивые растения сахарная и кормовая свекла, картофель, подсолнечник, овощные и силосные культуры, многолетние травы.
В отличие от азота и фосфора, содержание калия в вегетативных органах растений всегда больше чем в репродуктивных, поэтому большая часть калия возвращается в почву с послеуборочными остатками и с навозом.
Калийные удобрения наиболее эффективны на песчаных и супесчаных почвах, на осушенных торфяниках и пойменных землях.
Потребность в калийных удобрениях возрастают при систематическом внесении повышенных норм азота и фосфора, а также при известковании кислых почв.
Наша страна обладает значительными запасами калийных руд ,служащих сырьем для производства удобрений. Крупнейшее верхнекамское месторождение сложено из пластов сильвинита и карналлита, они содержат калий в хлоридной форме. В месторождениях Белоруссии преобладают сильвинитовые породы. Прикарпатское месторождение содержит в основном каинит и лангбейнит, они служат сырьем для производства сульфатных форм калийных удобрений.
Основной формой калийных удобрений в нашей стране являются хлористый калий. Его получают из сильвинита, состоящего из смеси сильвина и галита, флотационным и галургическим способами.
При флотационном способе измельченный сильвинит взмучивают в воде в присутствии специальных реагентов и через полученную пульпу пропускают воздух. Гидрофобные кристаллы хлористого калия с пузырьками воздуха выносятся на поверхность в виде пены, которая собирается и фильтруется. При крупнозернистой флотации получают удобрение, которое не слеживается при хранении и сохраняет сыпучесть.
Галургический способ производства хлористого калия основан на выщелачивании его из сильвинита горячим насыщенным раствором хлористого натрия. После охлаждения щелока хлористый калий отделяется в виде мелких кристаллов и гранулируется методом прессования. Сорока процентную калийную соль получают механическим смешиванием шестидесяти процентного хлористого калия с размолотым сильвинитом. Наличие натрия в этом удобрении благотворно влияет на развитие и урожайность кормовой и сахарной свеклы, других корнеплодов и некоторых овощных культур. В то же время большое содержание хлора в хлоридных удобрениях может отрицательно сказываться на урожайности и качестве табака, винограда, цитрусовых, а также льна и картофеля.
Бесхлорные формы калийных удобрений производят в нашей стране в ограниченном количестве.
Сульфат калия или сернокислый калий выделяют из лангбейнита прикарпатского месторождения.
Эта форма удобрения содержит не менее 46 процентов действующего вещества и обладает хорошими физическими свойствами. Однако его производство обходится дорого.
В качестве калийных удобрений используют также сырые калийные соли, цементную пыль, нефелиновые хвосты и другие отходы промышленности.
К калийным удобрениям относится и калимагнезия. Гранулированный полупродукт получаемый, при производстве сульфата калия из каинита.
Все калийные удобрения растворимы в воде в почве. Катионы калия и сопутствующие катионы натрия и магния поглощаются почвенными коллоидами, a анионы хлора остаются в почвенном растворе и могут вымываться.
Хлористые и сульфатные соли калия обладают физиологической кислотностью, поскольку растения интенсивней усваивают катионы калия, чем анионы из серной и соляной кислот. В кислых почвах калий вытесняет ионы водорода в почвенный раствор, вызывая его дальнейшее подкисление. В почвах, насыщенных основаниями поглощение ионов калия сопровождается образованием нейтральных солей кальция и магния и не вызывает изменение реакции.
При известковании кислых почв, подкисляющее действие калийных солей ослабевает, а эффективность калийных удобрений возрастает. Поэтому на почвах среднего и тяжелого механического состава калийные удобрения следует вносить с осени под вспашку.
Глубокая заделка помещает удобрения в непересыхающий слой почвы и калий лучше используется корневой системой растений, а хлор вымывается с осадками. При глубокой заделке снижается необменная фиксация калия.
На легких почвах в регионах с большим количеством осадков в осенне-зимний период, может вымываться и калий. В этих условиях внесение калийных удобрений следует производить весной под предпосевную обработку почвы при возделывании пропашных культур.
На легких почвах в увлажненных районах и при орошении, до половины нормы калия применяют в подкормки.
Калийные удобрения не только повышают урожайность, но и улучшают качество продукции, увеличивается содержание сахара в корнеплодах, крахмала в клубнях картофеля. Улучшается качество волокна лубяных культур, повышается питательность овощей и фруктов.
Микроэлементы
Для полного и сбалансированного питания помимо азота, фосфора и калия растениям необходимы еще микроэлементы.
Значение их очень велико, ибо каждый элемент выполняет в питании и обмене веществ строго определенные функции.
При недостатке в почве доступных форм этих элементов у растений наблюдаются специфические заболевания, которые отрицательно сказываются на урожае и качестве продукции.
Так, например при недостатке бора у растений нарушается нуклеиновый и белковый обмен, вследствие чего у сахарной свеклы и других корнеплодов происходит отмирание сердечка и загнивание корня, развивается сухая гниль и дуплистость.
При недостатке молибдена ухудшается азотное питание растений у бобовых культур, угнетается развитие клубеньков и снижается симбиотическая фиксация атмосферного азота. Дефицит молибдена тормозит также восстановление нитратов и синтез белка. Кроме бобовых к молибдену особенно требовательны и овощные культуры семейства капустных.
Марганец. Этот микроэлемент участвует в дыхании, фотосинтезе, углеводном и азотном обмене. К его дефициту более чувствительны кормовые и столовые корнеплоды, картофель, злаковые и бобовые культуры. Характерный признак его недостатка точечный межжилковый хлороз.
Являясь компонентом ряда окислительных ферментов медь участвует в процессе фотосинтеза, углеводном и белковом обмене. Недостаток меди чаще проявляется на легких и торфяно-болотистых почвах. Злаковые культуры на этих почвах поражаются белой чумой и болезнью обработки.
Цинк. Этот микроэлемент влияет на обмен энергии и ростовые процессы. Признаком его дефицита является задержка роста междоузлий, появление мелколиственности и розеточности. При сильном цинковом голодании на карбонатных почвах плодовые деревья поражаются суховершинностью. К дефициту цинка также чувствительны кукуруза, хлопчатник, бобовые, картофель, некоторые овощные культуры.
Кобальт. Этот микроэлемент необходим для биологической фиксации азота, является компонентом витамина b12. Его недостаток проявляется чаще всего у бобовых культур на нейтральных и щелочных почвах.
В качестве микроудобрений для предпосевной обработки семян и некорневых подкормок применяют водорастворимые соли соответствующих элементов.
Борная кислота или ее натриевая соль бура, молибдат аммония натрия, сернокислые соли марганца, меди, цинка и кобальта.
Расход этих солей для обработки гектарной нормы семян составляет 25-50 граммов в расчете на элемент, а для подкормок 100-250 граммов.
Очень экономично и эффективно применение в рядки и при посеве суперфосфата, обогащенного различными микроэлементами. Расход микроэлементов при этом значительней и составляет несколько килограммов на гектар.
В перспективе потребности сельского хозяйства в микроудобрениях будут удовлетворяться за счет производства комплексных удобрений.
Обеспечение сбалансированного питания растений макро и микроэлементами необходимые условия для достижения максимальной продуктивности сельскохозяйственных культур и высокого качества урожаев.
