Удобрения
Материал из Documentation.
Удобрения — органические и минеральные вещества, содержащие элементы питания растений или мобилизующие питательные вещества почвы. Применяют для восполнения недостатка в одном или нескольких элементах питания.[1]
Содержание |
[править] История
Органические удобрения (навоз, сидераты, компосты) использовались для повышения урожая сельскохозяйственных культур около 3 тыс. лет назад. Д. Н. Прянишников отмечал, что странам Западной Европы потребовалось около 100 лет для увеличения урожайности пшеницы с 0,7 до 1,6 т с 1 га за счёт применения плодосмена и улучшения обработки почвы (1780—1890), и затем около 25 лет для повышения урожайности с 1,6 до 3 т с помощью удобрений.[2]
Первыми на рынке минеральных удобрений появились простые удобрения. Натриевая (чилийская) селитра и сульфат аммония применялись с 1830-х гг., суперфосфат — с 1842 г. В 19 в. распространённым фосфорным удобрением являлась фосфоритная мука, калийным — хлористый калий. До открытия процесса Габера — Боша в 1910 г., позволившего вести синтез аммиака из водорода и атмосферного азота, основную долю на мировом рынке составляли фосфорные и калийные удобрения, затем потребление азотных удобрений возросло в 3 раза в период между 1940 и 1960 гг., утроилось к 1970 г. и снова удвоилось к 1980 г. В 1961—2000 гг. наблюдалась практически прямая зависимость между использованием удобрений в мире и глобальным производством зерна. Во 2-й половине 20 в., после «зелёной революции», произошедшей во многом благодаря беспрецедентному росту применения минеральных макроудобрений, содержащих N, P, K, значительно возросло число почв с недостатком микроэлементов, необходимых для развития растений (Zn, B, Fe, Co, Cu, Mn, Ni, Cl). В связи с этим увеличилось производство и использование удобрений, содержащих микроэлементы (микроудобрения), поскольку их игнорирование может серьёзно ограничить преимущества дорогостоящих макроэлементных удобрений. К концу 20 в. появились комплексные, или многосторонние, удобрения.[3]
Ассортимент удобрений в 21 в. существенно изменился: расширилось производство комплексных удобрений с введением в их состав разнообразных макро- и микроэлементов, активно развивается производство бактериальных удобрений, появляются специальные удобрения с добавлением регуляторов роста, ингибиторов нитрификации аминокислот, полезных микроорганизмов. Эти изменения отразились на развитии технологий производства удобрений, Внесение комплексного удобренияВнесение комплексного удобрения.использующих достижения в области физиологии растений и химии, а также сочетающих технологии получения удобрений с заданными свойствами. По способу применения такие удобрения могут быть поделены на удобрения для фертигации, обработки семян, удобрения для фолиарной обработки и почвенного внесения.[4]
[править] Классификация
Традиционная классификация удобрений, сложившаяся в 20 в., разделяет их в зависимости от химического состава:[5]
- на органические удобрения (навоз, компост, зелёное удобрение и др.);
- минеральные удобрения (азотные, фосфорные, калийные, комплексные, известковые, микроудобрения).
В зависимости от воздействия на питание растений удобрения разделяются:[6]
- На удобрения прямого действия — содержат биогенные элементы и оказывают положительное влияние на питание растений. Таковы, например, азотные, фосфорные, калийные и микроудобрения.
- Косвенные удобрения — применяются для улучшения физических, химических, физико-химических, микробиологических свойств почвы, а также для усиления мобилизации запасов питательных веществ в почве. Таким образом, они оказывают косвенное воздействие на условия питания растений. К косвенным удобрениям относятся, например, известковые и гипс.
Подобное деление условно, так как применение удобрений может оказать как прямое, так и косвенное действие. Например, применение физиологически кислых аммиачных удобрений оказывает прямое положительное влияние на питание растений азотом и косвенное отрицательное на почву, увеличивая её кислотность. Применение известковых удобрений оказывает прямое положительное влияние на содержание кальция в почве и косвенное положительное, снижая почвенную кислотность.[7]
В зависимости от происхождения, способа и места получения удобрения делят на: промышленные, местные и нетрадиционные.[8]
К промышленным относятся почти все минеральные удобрения, которые получаются размолом или химической переработкой агроруд на химических заводах по производству удобрений, а также продукты синтетической азотной промышленности. Таковы, например, аммиачная селитра, мочевина, суперфосфаты, фосфоритная мука, калийная соль и т. д.[9]
Местные удобрения получаются на местах их использования, в самих хозяйствах или вблизи от них (торф, сапропель, зола, известковые удобрения). Они могут быть природными минеральными или органическими отложениями, либо образовываться в результате естественных процессов (компост).[10]
К нетрадиционным удобрениям относятся отходы различных отраслей промышленности и коммунального хозяйства. Например, гидролизный лигнин, органические промышленные отходы, древесная кора и опилки, бытовые отходы, осадки сточных вод.[11]
Отдельную группу составляют бактериальные удобрения — препараты, содержащие культуру микроорганизмов, способствующих улучшению состава и повышению активности почвенной микробиоты, благодаря чему создаются благоприятные условия для минерального питания растений.[12]
В 2020-е гг. производители удобрений всё чаще вводят термин «функциональные удобрения» обозначающий удобрения, которые содержат не только элементы питания в определённой форме и соотношении, но и другие компоненты.[13]
По агрегатному состоянию удобрения подразделяются на твёрдые и жидкие.[14]
Твёрдые могут быть:[15]
- порошковидными (размер частиц менее 1 мм);
- кристаллическими (размер кристаллов более 0,5 мм);
- гранулированными (размер гранул более 1 мм).
[править] Свойства
К химическим свойствам относятся:[16]
- содержание действующего вещества, отражающее массовую долю соответствующего питательного элемента или его оксида (Р2О5, К2О, MgO, CaO);
- кислотность;
- массовая доля примесей.
К физико-химическим свойствам относятся:[17]
- растворимость;
- величина рН;
- гигроскопичность (10-балльная шкала).
К физико-механическим свойствам относятся:[18]
- гранулометрический состав (размер частиц, для порошковидных удобрений — тонина помола);
- объёмная масса (насыпная плотность);
- плотность гранул;
- влажность;
- слёживаемость (7-балльная шкала);
- механическая прочность гранул на раздавливание и истирание;
- сыпучесть;
- способность к рассеиванию (12-балльная шкала).
[править] Влияние на почву и растения
[править] Положительный эффект
В состав растений входит более 70 химических элементов, из них 17 признаны необходимыми для нормального прохождения жизненного цикла. Углерод, водород и кислород доступны растениям в достаточном количестве из воды и воздуха (кислород также выделяется при трансформации других органических соединений), источником других питательных элементов является почва. Чаще всего в почвах проявляется дефицит макроэлементов — азота (N), фосфора (P) и калия (K) — 83, 77 и 55 % от площади возделываемых почв мира, соответственно.[19]
В связи с этим большинство систем удобрений контролируют три элемента — N, P, K.[20]
В свете современных представлений о многофункциональной роли удобрений в агроценозе: они являются источником питательных веществ, обеспечивая рост и развитие растений, восполняя их недостаток в почве, сложившийся из-за отчуждения биомассы возделываемых культур. Также удобрения мобилизуют имеющиеся в почве элементы (оптимизируется содержание и соотношение элементов питания в почве), повышая интенсивность биологического круговорота и использования элементов питания (то есть в результате увеличиваются запасы органического углерода почвы). Другими словами, роль удобрений заключается:[21]
- в комплексном влиянии на почву;
- управлении химическим составом и питательной ценностью получаемой продукции;
- повышении устойчивости сельскохозяйственного производства к действию неблагоприятных факторов окружающей среды и в условиях техногенной нагрузки.
Эффективность удобрений в повышении урожая сельскохозяйственных культур зависит от почвенно-климатических условий зоны возделывания, отражая географические закономерности действия удобрений. Положительное действие удобрений снижается с ростом континентальности климата. Пример влияния различных макроудобрений на урожай озимой пшеницы приведён в таблице.[22]
Эффективность удобрений значительно возрастает при оптимизации всех факторов, влияющих на рост и развитие растений (влажность, температура, кислотно-основные свойства почвы и т. д.).[23]
Например, эффективность удобрений в зависимости от почв обусловлена следующими закономерностями:[24]
- Наиболее эффективны удобрения на дерново-подзолистых, серых почвах и глинисто-иллювиальных чернозёмах.
- Калийные удобрения обеспечивают наибольший прирост урожая на осушённых торфяниках и лёгких песчаных почвах.
- Минеральные удобрения (кроме фосфорных) — наиболее эффективны на чернозёмах и каштановых почвах.
- В севообороте эффективность минеральных и органических удобрений при одинаковом содержании питательных веществ равнозначна.
- На лёгких почвах наибольшую прибавку урожая получают при совместном внесении органических и минеральных удобрений.
Эффективное использование питательных элементов удобрений, оптимизация потоков питательных веществ, предотвращение их потерь и загрязнения окружающей среды достигаются при применении т. н. концепции «4-х правил» применения удобрений: внесение наилучшей формы удобрений в оптимальной дозе, в необходимые сроки и наиболее подходящим способом. Данная концепция использует достижения искусственного интеллекта в автоматизации процессов применения удобрений.[25]
[править] Отрицательный эффект
Отрицательное действие удобрений — следствие нарушений научно обоснованного их применения.[26]
Возможное отрицательное действие удобрений может проявляться в виде:[27]
- подкисления почвенного раствора при использовании их физиологически кислых форм;
- загрязнения водных источников нитратами и фосфатами;
- накопления элементов-загрязнителей, в том числе тяжёлых металлов при длительном применении (особенно фосфорных удобрений, сырьё для которых содержит тяжёлые металлы в виде примеси); мышьяка, кадмия, свинца при применении фосфогипса; тяжёлых металлов при применении осадков сточных вод.
- значительного влияния на углеродный след, возникающий при возделывании сельскохозяйственных культур. В основном это касается азотных удобрений, производство которых базируется на использовании ископаемого топлива при пока неконкурентоспособных альтернативах использования возобновляемых источников энергии, а также газообразных потерь оксидов азота в результате процесса денитрификации. При возделывании зерновых азотные удобрения могут создавать от 15 до 75 % всего углеродного следа, в зависимости от почвенно-климатических и агротехнологических факторов. Данная проблема решается накоплением почвенного углерода, минимизацией выбросов в виде углекислого газа, возникающих при растениеводстве (этот подход является частью климатически оптимизированного сельского хозяйства).
[править] Регионы
[править] Европа
[править] Польша
По данным Евростата, производство удобрений в Польше по итогам 2023 года резко сократилось по сравнению с показателем 2021 года: вдвое упало производство азотных удобрений, в 1,6 раза — смешанных, на 40 % — калийных.[28]
[править] Россия
По данным Росстата, производство удобрений в России в 2023 году выросло на 10,3 %, до 26 млн тонн (в пересчёте на 100 % питательных веществ). Это максимальный показатель в российской истории. Наиболее высокую динамику показал сектор калийных удобрений (рост почти на 25 %, до 9,1 млн тонн). Выпуск азотной группы вырос на 5,2 %, до 12,5 млн тонн.[29]
