г. Набережные Челны 2002 г.

Оглавление

Минеральные удобрения

Фосфорные удобрения

Азотные удобрения

Калиевые удобрения

Борные, магниевые и марганцевые удобрения

Усвоение растениями удобрений

Производство минеральных удобрений

Минеральные удобрения

Минеральные удобрения — источник различных питательных элементов для растений и свойств почвы, в первую очередь азота, фосфора и калия, а затем кальция, магния, серы, железа. Все эти элементы относятся к группе макроэлементов („Макрос” по-гречески -большой), так как они поглощаются растениями в значительных количествах. Кроме того, растениям необходимы другие элементы, хотя и в очень небольших количествах. Их называют микроэлементами („Микрос” по-гречески — маленький). К микроэлементам относятся марганец, бор, медь, цинк, молибден, йод, кобальт и некоторые другие. Все элементы в равной степени необходимы растениям. При полном отсутствии любого элемента в почве растение не может расти и развиваться нормально. Все минеральные элементы участвуют в сложных преобразованиях органических веществ, образующихся в процессе фотосинтеза. Растения для образования своих органов — стеблей, листьев, цветков, плодов, клубней — используют минеральные питательные элементы в разных соотношениях.

В почвах обычно имеются все необходимые растению питательные элементы. Но часто отдельных элементов бывает недостаточно для удовлетворительного роста растений. На песчаных почвах растения нередко испытывают недостаток магния, на торфяных почвах — молибдена, на черноземах — марганца и т. д. Недостаток элементов восполняется при помощи удобрений. Почвенную кислотность устраняют при помощи углекислых солей кальция и магния.

Применение минеральных удобрений — один из основных приемов интенсивного земледелия. С помощью удобрений можно резко повысить урожаи любых культур на уже освоенных площадях без дополнительных затрат на обработку новых земель. При помощи минеральных удобрений можно использовать даже самые бедные, так называемые бросовые земли.

Всем живым организмам необходимы вещества, регулирующие скорость биохимических реакций. Микроэлементы и входят в состав таких веществ, например ферментов. Действие их многообразно. Например, железо, марганец и цинк входят в состав некоторых ферментов — катализаторов окислительно-восстановительных реакций. Железо способствует образованию хлорофилла. При внесение ничтожных количеств молибдена урожайность бобовых резко возрастает. Соединения молибдена повышают каталитическую активность ферментов, участвующих в реакциях связывания атмосферного азота бактериями.

Вырабатываемые химической промышленностью минеральные удобрения подразделяются на:

а) фосфорные (главным образом простой и двойной суперфосфаты и преципитат);

б) азотные (сульфат аммония, аммиачная селитра, кальциевая и натриевая селитры);

в) калийные (хлористый калий и смешанные калийные соли);

г) борные, магниевые и марганцевые (соединения и соли, содержащие эти элементы).

Природные соединения фосфора — фосфориты и апатиты — содержат фосфор в виде нерастворимого третичного фосфата Ca₃(PO₄)₂, который плохо усваивается растениями. Для получения легко усваиваемых удобрений фосфориты подвергают химической переработке, заключающейся в превращении нормальной соли в кислую. Таким путем приготовляют наиболее важные фосфорные удобрения — суперфосфат, двойной суперфосфат и преципитат.

Для получения суперфосфата мелко размолотый природный фосфорит смешивают с таким количеством серной кислоты, чтобы на одну молекулу третичного фосфата кальция приходилось две молекулы серной кислоты. Смесь энергично перемешивают и загружают в особые непрерывно действующие камеры, где реакция заканчивается:

В результате реакции получается смесь гипса с первичным фосфатом Ca(H₂PO₄)₂, сравнительно легко растворимым в воде. Эта смесь в измельченном или гранулированном виде и называется суперфосфатом.

Простой суперфосфат — удобрение со сравнительно невысоким содержанием питательных веществ (14 — 20% усвояемой P₂O₅). Более эффективным и транспортабельным является двойной суперфосфат, представляющий собой продукт разложения природного фосфата не серной, а фосфорной кислотой. Количество усвояемой P₂O₅ в двойном суперфосфате составляет 40 — 50%.

Преципитат представляет собой фосфорное удобрение, в состав которого входит вторичный фосфат кальция Ca₂(HPO₄)₃ или CaHPO₄, нерастворимый в воде, но растворяющийся в кислотах находящихся в почве.

Для приготовления преципитата с начало выделяют из фосфорита свободную фосфорную кислоту, действуя на фосфорит серной кислотой в количестве большем, чем это надо для получения суперфосфата:

Затем раствор фосфорной кислоты сливают с осадка, содержащего гипс и другие нерастворимые примеси, и прибавляют к нему известкового молока, т.е. извести, разболтанной в воде, в таком количестве, чтобы образовался вторичный фосфат:

Кристаллический осадок отделяют от жидкости и осторожно, чтобы не удалить входящую в состав кристаллов воду, высушивают. Полученная соль, если она не потеряла кристаллизационной воды, хорошо усваивается растениями.

Описанные выше фосфорные удобрения называются простыми, так как содержат только один из необходимых растению элементов. Более перспективными являются сложные минеральные удобрения, содержащие несколько питательных веществ. К удобрениям такого типа относятся: аммофос, калийная селитра и нитрофоска.

Первое из этих веществ получается путем взаимодействия фосфорной кислоты с аммиаком. В зависимости от степени нейтрализации образуется моноаммонийфосфат NH₄H₂PO₄ и диаммонийфосфат (NH₄)₂HPO₄. Калийная селитра представляет собой двойное удобрение, содержащее азот и калий. Получается она в результате обменного разложения хлористого калия и натронной или аммиачной селитры. Нитрофоска — тройное удобрение, содержащее азот, фосфор и калий. Получают нитрофоску сплавлением фосфата аммония (NH₄)₂HPO₄, азотнокислого аммония NH₄NO₃ и хлористого или сернокислотного калия.

минеральный удобрение азот калий

Аммиачные и аммонийные удобрения: жидкий NH₃, аммиачная вода, сульфаты аммония и аммония-натрия и др. Превращается в почве в малоподвижную форму, которая под действием присутствующих в почве нитрифицирующих бактерий постепенно переходит в более подвижную форму, хорошо усваиваемую растениями. Эти удобрения пригодны для всех сельскохозяйственных культур и применяются на кислых и некислых почвах при их известковании.

Нитратные удобрения: натриевая и кальциевая селитры. Длительное применение нитратных удобрений может иногда приводить к подщелачиванию почвы. Их используют на всех почвах для предпосевного внесения и подкормки всех видов растений в период вегетации.

Аммонийно-нитратные удобрения: аммиачная селитра и аммиакаты на ее основе, известково-аммиачная селитра-смесь CaCo₃ и NH₄NO₃. Эти удобрения можно использовать в различных климатических зонах под разные почвы и все виды культур.

Амидные удобрения: различают хорошо растворимые и плохо растворимые. К хорошо растворимым относится карбамид, к плохо растворимым — уреформ и изобутиленкарбамид, получаемый конденсацией изомасляного альдегида с карбамидом. Области применения и масштабы производства медленно действующих удобрений из-за их высокой стоимости пока ограничены.

Аммонийно-нитратно-амидные удобрения: концентрированные водные растворы карбамида и нитрата аммония и растворы их в аммиачной воде. Эффективны как для внесения в почву, так и для подкормки растений.

Калиевые удобрения — минеральные вещества содержащие калий; применяются в качестве источника калийного питания с/х растений для повышения их урожайности.

В дореволюционной России калийные удобрения не производились. В СССР за годы довоенных пятилеток на базе открытых советскими учёными месторождений калия создана мощная калийная промышленность, обеспечивающая возрастающую потребность социалистического с/х в калийных удобрениях. В качестве калийных удобрений используются сырые калийные соли (сильвинит каинит) представляющие собой раздроблённые и размолотые соли; концентрированные удобрения (хлористый калий сернокислый калий) получаемые химической переработкой сырых калийных солей; смешанные (30%-ные и 40%-ные калийные соли) представляющие механическую смесь хлористого калия сильвинитом или каинитом; сульфат калия-магния или кали-магнезия; древесная торфяная и другая зола.

Сильвинит (mKCL — nNACL) содержат в среднем 14% K₂O (принято пересчитывать содержание калия в калийных удобрениях на окись калия K₂O даже в том случае если удобрение не заключает в себе кислорода); обладает значительной гигроскопичностью при хранении слёживается.

Каинит употребляемый на удобрение не всегда отвечает формуле минерала каинита MgSO₄ · KCL ·3HO а может представлять собой или соль близкую по составу к сильвиниту или механическую смесь KCL MgSO₄ NaCL каинита карналлита и других солей. В каините из прикарпатских месторождений СССР — около 10% K₂O 20% Na₂O 3-4% MgO 40% CL.

Сырые калийные соли составляют небольшую долю в общей продукции калийных удобрений. Общие недостатки сырых калийных солей низкий процент калия и большое количество балластных компонентов не всегда безвредных для растений. Зерновые злаки (пшеница рожь овёс ячмень) сахарная свёкла и другие корнеплоды не чувствительны к избытку хлора в сырых калийных солях и хорошо их используют. Особенно эффективно внесение сильвинита под свёклу, которая положительно реагирует на примесь натрия. Для многих культур (табак виноград чай цитрусовые плодово-ягодные культуры картофель лён гречиха) избыток хлора вреден он снижает урожай и ухудшает его качество. Поэтому под указанные культуры сырые калийные соли не применяют.

Хлористый калий KCL — основной вид калийных удобрений в России. Получается из сильвинита который для этого растворяют в горячей воде до состояния насыщения и затем охлаждают раствор; при этом осаждается главным образом KCL а NaCL остаётся в растворе. Химически чистый хлористый калий содержит 632% K₂O а сорта идущие на удобрение — от 50 до 60% K₂O. Это белый мелкокристаллический продукт слабо гигроскопичный при хранении слёживается. Вносится почти под все культуры, в том числе и под некоторые с/х растения чувствительные к хлору (в хлористом калии на единицу действующего вещества приходится в пять раз меньше хлора чем в сильвините или в каините).

Сернокислый калий сульфат калия K₂SO₄ получают обменным разложением KCL и MgSO₄ а также разложением KCL серной кислотой. Чистая соль содержит 541% K₂O. В технических сортах соли идущих на удобрение 48 — 52% K₂O. Это мелкокристаллический порошок сероватого цвета негигроскопичен и не слёживается. Сернокислый калий — хорошее калийное удобрение для всех культур и лучшее для растений чувствительных к хлору. Внесение сульфата калия под табак виноград чай цитрусовые плодово-ягодные даёт большой прирост урожая и улучшает его качество.

Смешанные 30%-ые и 40%-ые калийные соли по своей удобрительной ценности занимают промежуточное положение между хлористым калием и сильвинитом. Особенно эффективны при внесении под сахарную и кормовую свёклу. Все применяемые на удобрения калийные соли растворимы в воде. В почве калий, взаимодействуя с почвенным поглощающим комплексом переходит в поглощенную обменную форму. Доступность калия для растений при этом не теряется но способность к передвижению в почве (а, следовательно к вымыванию из неё) крайне ограничена. Поэтому калийные удобрения целесообразно заделывать на глубину пахотного слоя. Содержащие хлор сырые калийные соли вносят с осени под зяблевую вспашку. При этом значительная часть хлора вымывается из верхних слоёв почвы а калий остаётся в пахотном слое. В России потребность в калийных удобрениях проявляется на большей части почв но в них особенно нуждаются с\х культуры при возделывании на деградированных и выщелоченных чернозёмах и на дерново-подзолистых почвах на лёгких песчаных и супесчаных почвах на трофянисто-болотных и луговых. Для большинства культур калийные удобрения вносят из расчёта около 45 — 60 кг. K₂O на 1га. Для культур повышенной потребностью в калии (свёкла картофель табак и др.) дозы калийных удобрений увеличивают до 90 — 100кг. K₂O на 1га. Отличным калийным удобрением является зола особенно на кислых почвах где она кроме того нейтрализует вредную почвенную кислотность. Навоз также служит источником калия для растений т. к. содержит в среднем около 06% K₂O.

Сульфат калия можно получить взаимодействием хлорида калия и сульфата магния

2KCL + 2MgSO4 = K2SO4 * MgSO4 + MgCL2

K2SO4 * MgSO4 + 2KCL = 2K2SO4 + MgCL2

Борные, магниевые и марганцевые удобрения

Как было сказано в начале доклада, некоторые почвы бедны отдельными микроэлементами. В этих случаях вносят микроудобрения. Бор вносят в почву в виде боромагниевого удобрения, содержащего около 6% борной кислоты. Нашей промышленностью выпускается двойной борный суперфосфат, содержащий 36% фосфорной кислоты и около 7% борной кислоты.

Медь вносят в виде пиритных огарков (отходов, получаемых при производстве серной кислоты), которые содержат только около 0,5% меди. Хорошим источником меди служит медный купорос.

Марганцевыми удобрениями служат марганцевые шлаки, содержащие до 15% марганца, а также сернокислый марганец. Но наибольшее распространение получил марганизированный суперфосфат, содержащий около 2-3% марганца.

Микроудобрения применяют также в виде некорневых подкормок, опрыскивая растения соответствующим раствором или замачивая в нем семена перед посевом.

Усвоение растениями удобрений

Как же осуществляется питание растений содержащимися в почве элементами? Обратимся к теории электролитической диссоциации. Растения избирательно извлекают необходимые элементы из водного почвенного раствора в виде ионов (катионов NH4 , К, Mg, Ca, H, анионов NO3, H2PO4, SO4 и другие). По мере извлечения питательных веществ растениями почвенный раствор должен пополняться ими. Как это происходит? Азот почвы почти целиком входит в недоступные растениям органические соединения. Основная масса фосфора входит в состав нерастворимых в воде неорганических соединений (фосфаты алюминия, железа и другие) и органических соединений. В почвах содержится много соединений серы, калия, магния, микроэлементов. Но лишь малая часть их находится в доступных усвоению растениями формах.

Под влиянием разнообразных химических реакций и при участии микроорганизмов происходит постепенный переход питательных элементов из неусвоемого состояния в ионное. Но эти ионы были бы вымыты водой, если бы они не удерживались почвенными ионитами. Удерживаемые ионитами ионы составляют основную массу содержащихся в почве питательных материалов в доступной для растений форме. Между ионитами и растворенными веществами протекают обменные реакции, в результатеорганических веществ, и прежде всего углеводов. Значит, растению прежде всего необходимы фосфорные удобрения. Содержание питательных веществ в удобрении выражают в процентах P2O5, N и K2O.

Производство минеральных удобрений

Применение минеральных удобрений — один из основных приемов интенсивного земледелия. При высоком уровне агротехники и применении удобрений можно управлять урожайностью, повысить ее в несколько раз — такую задачу решают наши химики и сельскохозяйственные работники в настоящее время, с тем, чтобы в достатке обеспечить потребности страны в продуктах питания и промышленности в сырье.

До революции производства минеральных удобрений в России практически не было; вся продукция нескольких мелких заводов составляла в 1913 г. только 89 тыс. т. Строительство новых заводов началось лишь в 1925-1926 гг. и приобрело в дальнейшем большой размах.

Особенно выросло производство минеральных удобрений после окончания второй мировой войны. Если в 1940 г. было произведено всех минеральных удобрений только 3,2 млн. т., то в 1954 г. выработка удобрений составила почти 8 млн. т., а через 10 лет — уже 25,6 млн. т.

Источник