Свойства удобрений и их применение

a. Агрохимические свойства удобрений.

Наиболее эффективно внесение под сою 1−2 раза за ротацию севооборота 30−40 т навоза на 1 га под предшествующую культуру или в паровом поле. Минеральные удобрения в зависимости от почвенного плодородия и условий зоны применяют в нормах N30−40, P60−90, K40−60. Наибольшая эффективность удобрений обеспечивается при дробном их внесении. Фосфорные и калийные удобрения следует вносить под основную вспашку и при посеве в рядки. Азотные — в предпосевную культивацию и в подкормки — в фазу всходов и в период формирования бобов. На почвах, богатых калием, калийные удобрения исключают.

О необходимости применения азотных удобрений под сою существуют противоречивые мнения.

Однако в большинстве опытов азот дает прибавку урожая от 360 до 640 кг/га, так как способствует хорошему первоначальному росту растений, когда азотфиксирующие бактерии слабо развиты. При обработке семян высокопродуктивными штаммами бактерий реакция растений сои на азотные удобрения незначительна.

При внесении их необходимо учитывать биологические особенности сорта, а также почвенные запасы элементов питания.

Мочевина (карбамид) — CO (NH₂) ₂. Содержит 46% азота. Это самое концентрированное из твердых азотное удобрение. Азот в мочевине находится в органической форме в виде амида карбаминовой кислоты. Исходными продуктами для производства синтетической мочевины служат аммиак и диоксид углерода.

Получают ее в результате взаимодействия аммиака и диоксида углерода при высоких давлениях (от 30,3 10⁵ до 202 10⁵ Па) и температуре 150−220 ⁰С. При этом вначале образуется карбомат аммония:

2NH₃ + СО, = NH₄COONH_2,

а затем при дегидратации карбомата аммония — мочевина:

NH₄COONH₂ = CO (NH₂) ₂ + Н₂0.

Мочевина — белое или желтоватое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде: при 20 в 100 см³ воды растворяется 51,8 г мочевины. Гигроскопичность ее сравнительно небольшая; при температурах до 20 ⁰С по степени гигроскопичности она близка к сульфату аммония, но при более высоких температурах мочевина поглощает влагу из воздуха сильнее, чем сульфат аммония. При хранении кристаллическая мочевина может слеживаться и рассеваемость ее ухудшается. Поэтому промышленность выпускает мочевину для удобрения в гранулированном виде с размером гранул 13 мм. В процессе грануляции гранулы покрывают небольшим количеством гидрофобных добавок. Гранулированная мочевина обладает значительно лучшими физическими свойствами, практически не слеживается, сохраняет хорошую рассеваемость.

Однако в процессе грануляции под влиянием повышенной температуры в мочевине образуется биурет:

2CO (NH₂) ₂ = (CONH₂) ₂HN + NH₃.

При высоком содержании (более 3%) биурет становится токсичным для растений и при внесении мочевины, содержащей более 3% биурета, непосредственно перед посевом угнетает растения.

В почве биурет разлагается в течение 10−15 дней. Поэтому при внесении мочевины заблаговременно за 1 месяц до посева, даже при высоком содержании в ней биурета, отрицательного действия его на молодые растения не наблюдается. В настоящее время гранулированную мочевину выпускают с содержанием биурета не более 1%. При таком содержании биурет не оказывает угнетающего действия на развитие проростков растений независимо от срока внесения мочевины.

При внесении в почву мочевина полностью растворяется почвенной влагой и под действием уреазы растительных остатков и микрофлоры быстро аммонифицируется, превращаясь в карбонат аммония:

CO (NH₂) ₂ + 2Н₂0 = (NH₄) ₂C0₃.

При благоприятных условиях на окультуренных почвах превращение мочевины в карбонат аммония происходит за 1−3 дня. На малоплодородных песчаных и переувлажненных почвах процесс аммонификации идет медленнее (до трех недель). Растворенная в почвенном растворе мочевина, пока она не подвергалась аммонификации, может вымываться из почвы.

Мочевину применяют в качестве основного удобрения на всех почвах под различные сельскохозяйственные культуры.

При промывном водном режиме почв (на легких почвах и при орошении) мочевина более эффективна, чем аммонийная селитра, так как амидный азот мочевины, быстро превращаясь в аммиачный, поглощается почвой и меньше вымывается из корнеобитаемого слоя.

Мочевина — лучшая среди азотных удобрений форма для некорневых подкормок растений, так как в отличие от других удобрений она даже в повышенной концентрации (1% -ный раствор) не обжигает листья и хорошо используется растениями. Карбамид может поглощаться клетками листьев в виде целой молекулы и усваиваться растениями не только в виде аммиака после аммонификации, но и путем прямого вовлечения его в цикл превращений азотистых веществ.

Мочевина — ценное азотное удобрение. Высокая концентрация азота и хорошие физические свойства позволяют считать ее наиболее перспективным видом твердого азотного удобрения.

Сульфат аммония (сернокислый аммоний) — (NH₄) ₂S0₄. Химически чистая соль содержит 21,2% азота, а в техническом продукте, идущем на удобрение, его содержание 20,5%. В мировом производстве азотных удобрений на долю сульфата аммония приходится около 25%, а в нашей стране менее 6%. Значительный удельный вес сульфата аммония в мировом производстве азотных удобрений объясняется широким применением его в орошаемом земледелии (под рис, хлопчатник) и в районах избыточного увлажнения (тропики).

В России производство сульфата аммония впервые было начато в Донбассе на Щербинском руднике в 1899 г. путем улавливания и нейтрализации серной кислотой аммиака, образующегося в процессе коксования каменного угля (в каменном угле содержится от 0,5 до 1,5% азота). Принципиальную схему этого способа получения сульфата аммония успешно используют и в настоящее время. Это удобрение можно получать и путем поглощения серной кислотой газообразного синтетического аммиака (синтетический сульфат аммония):

H₂S0₄ + 2NH₃ = (NH₄) ₂S0₄.

Вследствие экзотермичности этой реакции раствор упаривается, сульфат аммония выпадает из насыщенного раствора в осадок в виде кристаллов, которые отделяют центрифугированием и высушивают. Для производства сульфата аммония серную кислоту можно заменить более дешевыми продуктами — природными минералами: гипсом, мирабилитом (глауберовой солью) или отходом фосфатно-тукового производства фосфогипсом.

Благодаря низкой стоимости аммиака, получаемого из отходящих коксовых газов, коксохимический сульфат аммония дешевле синтетического. В нашей стране производят в основном коксохимический сульфат аммония.

Сульфат аммония хорошо растворяется в воде. При 20 ⁰С в 100 см³ воды растворяется 76,3 г (NH₄) ₂S0₄. В сухом состоянии удобрение обладает хорошими физическими свойствами: гигроскопичность его невелика, оно мало слеживается при хранении, не расплывается на воздухе, сохраняет рассыпчатость и хорошо рассеивается туковой сеялкой.

Сульфат аммония — кристаллическое вещество разной окраски (в зависимости от способа производства). Синтетический сульфат аммония белого цвета, содержит 0,2−0,3% влаги, а также 0,025 — 0,05% свободной серной кислоты, которая придает удобрению слабокислую реакцию. Коксохимический сульфат аммония содержит также небольшое количество органических примесей — смоляных кислот, фенола и немного (не более 0,1 %) роданистого аммония (NH₄CNS). Эти примеси придают коксохимическому сульфату аммония серую, иногда синеватую и красноватую окраски.

Роданистый аммоний токсичен для растений и при повышенном содержании (более 0,1%) может оказывать на них вредное воздействие, особенно на почвах с малым количеством гумуса и кальция. Сульфат аммония содержит 23−24% серы, поэтому является важным источником этого элемента для питания растений.

Суперфосфат простой. Это фосфорное удобрение, содержащее фосфор главным образом в виде водорастворимого монокальцийфосфата, частично в виде свободной фосфорной кислоты и цитраторастворимого двузамещенного фосфата кальция. Принцип получения суперфосфата предложен Ю. Либихом. Первый завод по его производству был построен в Англии в 1843 г. Лоозом, основателем Ротамстедской сельскохозяйственной опытной станции.

Вследствие простоты и относительной дешевизны производства суперфосфат стал основным фосфорным удобрением универсального типа во всем мире.

Получают это удобрение разложением природных фосфатов — апатитового концентрата или фосфоритной муки концентрированной (57% и выше) серной кислотой. В результате образуются в основном однозамещенный водорастворимый фосфат кальция и безводный сульфат кальция (гипс), а фтористый водород улетучивается и улавливается:

[Са₃ (Р0₄) ₂] ₃ * CaF₂ + 7H₂S0₄ + 3H₂0 = 3Са (Н₂Р0₄) ₂ Н₂0 + 7CaS0₄ + 2HF.

Образующийся гипс не отделяется, а остается в составе удобрения и занимает около 40% его массы.

Наряду с основной реакцией между фторапатитом и серной кислотой происходят и другие. Так, в местах, где из-за несовершенства перемешивания накапливается некоторый избыток серной кислоты, фторапатит разлагается полностью с образованием фосфорной кислоты, сульфата кальция и фтористого водорода:

[Са₃ (Р0₄) ₂] ₃ * CaF₂ + 10H₂SO₄ = 6H₃P0₄ + 10CaSO₄ + 2HF.

Вследствие этого в конечном продукте всегда присутствует 5,0−5,5% свободной фосфорной кислоты. Она обусловливает повышенную кислотность суперфосфата и его высокую гигроскопичность.

В некоторых местах реагирующей массы из-за неполного перемешивания получается недостаток серной кислоты, и в результате образуется двузамещенный фосфат кальция (преципитат):

[Са₃ (Р0₄) ₂] ₃ * CaF₂+ 4H₂S0₄ + 12H₂0 = 6СаНР0₄ * 2Н₂О + 4CaS0₄ + 2HF.

Для получения суперфосфата берут почти одинаковые количества фосфатного сырья и серной кислоты, поэтому концентрация фосфора в суперфосфате почти в 2 раза меньше, чем в исходном сырье. По этой причине фосфориты с низким содержанием Р₂0₅ малопригодны для переработки в суперфосфат. Из апатитового концентрата производят суперфосфат с содержанием не менее 19% цитраторастворимого фосфора. В высшем сорте его содержится 19,5%.

Большая часть фосфора (88−98%) в суперфосфате находится в Усвояемых растениями соединениях: водорастворимых — монокальцийфосфат и фосфорная кислота (на их долю приходится 75 — УО % усвояемого фосфора) и цитраторастворимых дикальцийфосфат (на его долю приходится 10−25% усвояемого фосфора).

Кроме указанных соединений в суперфосфате присутствуют небольшая часть неразложившегося трикальцийфосфата и некоторое количество фосфатов железа и алюминия.

Свободная фосфорная кислота в суперфосфате препятствует образованию гипса (CaS0₄ * 2Н₂О). Поэтому сульфат кальция остается безводным или присоединяет лишь одну молекулу воды на две молекулы CaS0₄.

Конечным продуктом производства является порошковидный суперфосфат. Это вещество светло-серого цвета, с характерным запахом фосфорной кислоты. Обладает рядом неблагоприятных физических и химических свойств. Наличие в продукте свободной фосфорной кислоты обусловливает его высокие гигроскопичность и влажность (по стандарту содержание влаги в удобрении не должно превышать 12−15%). При хранении и транспортировке порошковидный суперфосфат слеживается, быстро теряет сыпучесть и рассеиваемость. Все это создает значительные трудности при его внесении в почву, в особенности комбинированными агрегатами — зернотуковыми сеялками. Кроме того, внесенный в почву порошковидный суперфосфат при взаимодействии с почвой быстро подвергается химическому поглощению, т. е. превращению его водорастворимых форм в нерастворимые в воде и менее доступные для растений. Все эти недостатки в значительной мере устраняются при переработке порошковидного суперфосфата в гранулированный. Поэтому в настоящее время промышленность выпускает суперфосфат гранулированный.

Гранулированный суперфосфат в отличие от порошковидного не комкуется и не слеживается, обладает повышенным содержанием Р₂О₅ и пониженной влажностью; его можно вносить в почву с помощью зернотуковых сеялок. В результате медленного растворения гранул в почвенной влаге и значительного уменьшения площади контакта частиц удобрения и почвы существенно снижается химическое связывание водорастворимых соединений удобрения.

В процессе грануляции свободная фосфорная кислота нейтрализуется и суперфосфат высушивается, поэтому количество фосфорной кислоты в нем снижается до 1−2,5%, а влаги — до 1−4%.

В процессе грануляции свободную фосфорную кислоту в значительной мере нейтрализуют, добавляя аммиак, известь или фосфорит. При использовании аммиака получают аммонизированный суперфосфат с содержанием азота 1,5−3,0%. Если для нейтрализации используют фосфоритную муку, то содержание фосфора в удобрении повышается до 20−22%. Одновременно происходит и небольшое уменьшение относительного содержания в удобрении водорастворимого фосфора.

Хлористый калий — КСI. Это основное калийное удобрение. Его производство составляет 80−90% от общего производства калийных удобрений. Получают хлорид калия в основном из сильвинита, который представляет собой смесь (агломерат) сильвина (КСI) и галита (NaCI), содержащую 12−15% К₂О. В химически чистом хлориде содержится 63,1% К₂0. В зависимости от способа производства хлорид калия, поставляемый сельскому хозяйству, содержит от 57 до 60% К₂0. Это мелкокристаллический порошок розового или белого цвета с сероватым оттенком.

Хлористый калий производят несколькими способами.

Первый способ — галургический. Отделение КС1 от NaCl основано здесь на разной растворимости обеих солей при соответствующих температурах. Растворимость КС1 при повышении температуры от 20 до 100 °C увеличивается почти вдвое, а растворимость NaCl почти не меняется. Это свойство солей и положено в основу данного способа производства хлорида калия.

Размолотый сильвинит растворяется при температуре около 100 °C в растворительном щелоке, представляющем собой насыщенный раствор NaCl. В щелоке будет растворяться только КС1 сильвинита, a NaCl остается нерастворенным и отделяется. При охлаждении такого раствора КС1 будет кристаллизоваться, a NaCl останется в растворе.

Полученный белый мелкокристаллический хлорид калия при хранении сильно слеживается.

Отход производства содержит до 95% NaCl и служит материалом для получения соды, технической поваренной соли.

Второй способ — флотационный. Разделение минералов сильвина (КСI) и галита (NaCl) основано на различной способности поверхности частичек этих минералов к смачиванию водой. Предварительно измельченную руду взмучивают в водном растворе с добавлением жирных аминов или алкилсульфатов в качестве реагентасобирателя (на 1 т руды 100−200 г реагента). Реагент адсорбируется только на поверхности зерен хлористого калия. Затем через пульпу пропускают воздух, распределяющийся в виде мелких пузырьков. Частички гидрофобизированного сильвина прилипают к пузырькам воздуха и выносятся на поверхность пульпы в виде пены. Пенный продукт является концентратом КС1, который обезвоживается на центрифуге и поступает на сушку. Частички зерен галита собираются на дне флотационной машины и выводятся через сливное отверстие. Флотационный хлорид калия имеет более крупные естественные кристаллы разового цвета. Гидрофобные добавки (жирные амины), используемые в процессе флотации, существенно уменьшают гигроскопичность и слеживаемость удобрения. Этот способ производства хлористого калия получил в нашей стране наибольшее распространение. Сульфат калия — K₂S0₄. Это высококонцентрированное бесхлорное удобрение. Содержит 46−50% К₂О. Мелкокристаллический порошок белого цвета с желтым оттенком, влажность 1,2%. Не слеживается, транспортируется в мешках или насыпью (без тары). Получают в процессе комплексной переработки полиминеральных калийных руд (лангбейнита, шенита) конверсией (обменным разложением) хлоридом калия, а также как побочный продукт ряда химических производств. По сравнению с хлорсодержащими калийными удобрениями K2S04 обеспечивает достоверные прибавки урожая винограда, гречихи, табака и других хлорофобных культур. Это удобрение широко используют в овощеводстве, особенно в защищенном грунте. Наличие серы в удобрении положительно влияет на продуктивность крестоцветных, бобовых и некоторых других культур. Однако себестоимость сульфата калия гораздо выше, чем всех других калийных удобрений.

Калийные удобрения хорошо растворимы в воде. При внесении в почву они растворяются в почвенном растворе, а затем вступают во взаимодействие с почвенным поглощающим комплексом по типу обменного (физико-химического), а частично и необменного поглощения.

Обменное поглощение катионов калия почвой составляет небольшую часть от всей емкости поглощения. Реакция обменного поглощения катионов калия почвой обратима:

(ППК) + 2КС1 — (ППК) + СаС1₂;

В результате перехода калия в обменно-поглощенное состояние ограничивается его подвижность в почве и предотвращается вымывание за пределы пахотного слоя, за исключением легких почв с низкой емкостью поглощения. Обменно-поглощенный почвой калий удобрений хорошо доступен растениям.

Вторичные процессы взаимодействия почвенного раствора с почвенным поглощающим комплексом постепенно вытесняют из него катионы калия. Активное участие в таком обмене принимает и корневая система растений благодаря корневым выделениям.

Катионы калия, обменно поглощаясь почвой, вытесняют из ППК эквивалентное количество других катионов: кальция, магния, аммония, водорода, алюминия и т. д., в зависимости от типа почвы и состава поглощенных катионов. На слабокислых и нейтральных почвах с высокой емкостью поглощения и буферностью этот процесс мало отражается на реакции почвенного раствора, а следовательно, и на условиях роста растений.

Молибденово-кислый аммоний Наибольшее количество молибдена в растениях отмечено у бобовых.

Содержание молибдена в растениях может колебаться в пределах 0,1−300 мг на 1 кг сухой массы; повышенное содержание бывает при несбалансированном питании. Молибден необходим растениям в меньших количествах, чем бор, марганец, цинк и медь. Он локализуется в молодых растущих органах. Листья содержат его больше, чем стебли и корни. Много молибдена в хлоропластах. Нижним пределом содержания молибдена для большинства растений считается 0,10 мг на 1 кг сухой массы и для бобовых — 40 мг на 1 кг. Ниже этих величин возможна недостаточность молибдена. Со средним урожаем пшеницы с 1 га выносится до 6 г этого элемента, а с урожаем клевера — до 10 г. В растениях молибден входит в состав фермента нитратредуктазы и является необходимым компонентом цепи редукции нитратов, участвуя в восстановлении нитратов до нитритов. Молибден можно назвать микроэлементом азотного обмена растений, так как он входит — куда?.

Участие молибдена в фиксации молекулярного азота атмосферы объясняет его особое значение для роста и развития бобовых культур. При недостатке молибдена в питательной среде в растениях нарушается азотный обмен, в тканях накапливается большое количество нитратов. В организме животных и человека при избыточном потреблении нитратов происходит образование канцерогенных соединений — нитрозаминов. По нашим данным, молибден участвует в азотном обмене не только путем вхождения в нитратредуктазу и нитрогеназу. Под влиянием молибдена в клубеньках бобовых культур усиливается активность дегидрогеназ — ферментов, обеспечивающих непрерывный приток водорода, который необходим для связывания азота атмосферы. Молибден участвует в ряде физиологических процессов у растений — биосинтезе нуклеиновых кислот, фотосинтезе, дыхании, синтезе пигментов, витаминов и т. д. Речь идет о его косвенном, хотя и достаточно сильном, влиянии через метаболическую систему на эти процессы. Специфическая роль молибдена в процессе азотфиксации обусловливает улучшение азотного питания бобовых культур при внесении молибденовых удобрений и повышает эффективность применяемых под них фосфорно-калийных удобрений. При этом наряду с ростом урожая повышается содержание белка. Внешние признаки умеренного дефицита молибдена у бобовых растений сходны симптомами азотного голодания. При более резком дефиците молибдена резко тормозится рост растений, не развиваются клубеньки на корнях, растения приобретают бледно-зеленую окраску, листовые пластинки деформируются и листья преждевременно отмирают. Высокие дозы молибдена весьма токсичны для растений. Значительное содержание молибдена — 1 мг на 1 кг сухой массы — в сельскохозяйственной продукции вредно для здоровья животных и человека. В случаях, когда содержание молибдена в растениях достигает 20 мг и более на 1 кг сухой массы, у животных при употреблении свежих растений наблюдаются молибденовые токсикозы, а у человека — эндемическая подагра. Токсичное действие молибдена ослабляется при высушивании или промораживании растений, так как при этом снижается количество растворимых форм Мо, а также при добавлении меди в пищу животных и человека. На внесение молибденовых удобрений отзывчивы люцерна, клевер, соя, кормовые бобы, вика, цветная капуста, корнеплоды, рапс, кормовая капуста, овощные культуры. Содержание валового молибдена в почве колеблется от 0,20 до 2,40 мг, а подвижных форм — от 0,10 до 0,27 мг на 1 кг почвы. Обычно в пахотном горизонте почв количество подвижных форм молибдена от валового содержания составляет 8−17%. Наиболее бедны молибденом почвы легкого гранулометрического состава с низким содержанием гумуса. Наименьшее содержание подвижного молибдена отмечено в дерново-подзолистых, песчаных почвах (0,05 мг/кг). Более высокое содержание валовых и подвижных форм молибдена в черноземных почвах указывает на его биологическую аккумуляцию. Обычно молибден содержится в почве в окисленной форме в виде молибдатов кальция и других металлов. В кислых почвах (рН < 5,5) молибден образует плохо растворимые соединения с алюминием, железом, марганцем, а в щелочных хорошо растворимое соединение молибдата натрия. Количество водорастворимых форм молибдена увеличивается при снижении кислотности почвенного раствора. Поглощение молибдена растениями при известковании повышается, но при рН 7,5−8,0 начинает снижаться вследствие увеличения количества карбонатов в почве. Улучшение азотного питания растений под влиянием молибдена, в свою очередь, способствует большему использованию культурами других элементов минерального питания, в том числе фосфора и калия, из почвы и удобрений. Применение молибдена на почвах с недостаточным его содержанием обеспечивает наряду с ростом урожая более полное включение поступившего в растения азота в состав белка.

Из способов применения молибденовых удобрений наиболее эффективна и экономически выгодна предпосевная обработка семян Молибденовокислый аммоний под сою вносят при посевной период в дозе 25−50 г на 1.5−2 литра воды.

Ризоторфин.

В связи с тем, что в почвах не достаточно содержание симбиотических клубеньковые бактерии Rhizobium japonicum, внесение бактериальных препаратов обязательно. Наиболее эффективными являются препараты на основе торфа (ризоторфин).

В день посева семена обрабатывают (инокулируют) ризоторфином из расчета 400 г на гектарную порцию семян, при этом гектарную порцию ризоторфина разводят в 1 л воды. Не допускается воздействие прямых солнечных лучей на ризоторфин и обработанные им семена, поэтому инокуляцию проводят под навесом или в складе, а транспортируют семена в мешках или закрытых машинах.

Приемы использования удобрений.

Наибольшая эффективность удобрений обеспечивается при дробном их внесении. Основное фосфорно-калийное удобрение, предназначено для удовлетворения растений от всходов до конца вегетации, следует вносить под основную вспашку и при посеве в рядки. Азотные — в предпосевную культивацию и в подкормки — в фазу всходов и в период формирования бобов.

Для определения оптимальных доз и соотношений удобрений необходимо знать биологические особенности возделываемой культуры и предшественника и их урожайность, почвенно-климатические условия, содержание подвижных форм элементов питания в почве, а также необходимо учитывать последействие удобрений вносимых под предшествующую культуру.

Таблица 1. Расчет необходимого количества удобрений, кг/га.

N.	Р2О5	К2О.
	Хозяйственный вынос: Предшественник — озимая пшеница возделываемая культура — соя.	74.5 умн. на ур-ть в тоннах и умн. На 0,3 за счёт азотфиксации.	18.9.	26.9.
	Содержание в почве подвижных элементов питания.
	Коэффициент использования из почвы.
	Используется из почвы Кисп = 2.88.
	Используется из ранее вносимых удобрений.	(10%). 12.0.	(15%). 22.0.	(10%). 6.0.
	Необходимо внести с минеральными удобрениями (хозяйственный вынос — содержание в почве последействие).