Общая характеристика минеральных удобрений
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, так как они поглощаются растениями в значительных количествах. Кроме того, растениям необходимы другие элементы, хотя и в очень небольших количествах. Их называют микроэлементами. 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 [16].
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.
Использование минеральных и органических удобрений составляет основу химизации земледелия. Эффективность минеральных и органических удобрений во многом зависит от внедрения индустриальной технологии возделывания сельскохозяйственных культур, комплексной механизации, мелиорации земель, использования достижений науки, осуществления межхозяйственной кооперации и агропромышленной интеграции [17].
Питание - это основа жизни любого живого организма, в том числе и растений. Вне питания нельзя понять сущность процессов роста и развития.
С точки зрения практического растениеводства важнейшим средством улучшения питания сельскохозяйственных культур является прежде всего применение органических и минеральных удобрений. Рост растительной продукции определяется множеством факторов, среди которых ведущая роль все же принадлежит удобрениям и особенно минеральным, производство которых наращивает высокие темпы.
Почва является основным источником обеспечения сельскохозяйственных культур питательными веществами. Однако в современных условиях непрерывной интенсификации сельскохозяйственного производства для ежегодного выращивания высоких урожаев с продукцией хорошего качества довольно часто оказывается недостаточным то количество питательных веществ, которое поступает в растения из органического вещества и трудно-растворимых минеральных соединений почвы в результате деятельности микроорганизмов и корневой системы растений. Особенно это относится к Нечерноземной зоне, где дерново-подзолистые почвы с низким уровнем окультуренности занимают около 51% площади. Для почв этой зоны характерно, как правило, временное или длительное избыточное увлажнение. Преобладающими неблагоприятными признаками дерново-подзолистых почв являются плохие физически свойства, повышенная кислотность (рН в КС1 меньше 5) и низкое содержание органического вещества - от 1 до 2,5%. Для них характерна также слабая обеспеченность элементами минерального питания для растений - азоты, фосфора и калия, многих микроэлементов; нередко (в разновидностях легкого механического состава) невелико содержание также магния и кальция [18].
Почвы Нечерноземной зоны, особенно подзолистые, остро нуждаются в известковании и систематическом внесении минеральных удобрений. В связи с этим для сельского хозяйства зоны предусмотрено поставить 120 млн. Т минеральных удобрений в стандартных туках. Таким образом, на гектар пашни придется 126 кг питательных веществ.
Минеральные удобрения подразделяют на простые (одинарные, односторонние, однокомпонентные) и комплексные. Простые минеральные удобрения содержат только одни из главных элементов питания. К ним относятся азотные, фосфорные, калийные удобрения и микроудобрения. Комплексные удобрения содержат не менее двух главных питательных элементов. В свою очередь, комплексные минеральные удобрения делят на сложные, сложно-смешанные и смешанные [19].
Удобрениями называются вещества органического и неорганического происхождения, используемые для улучшения питания растений.
Их подразделяют по составу: двойные (азотно-фосфорные, азотно-калийные, фосфорно-калийные) и тройные (азотно-фосфорно-калийные); по способу производства: сложные, сложно-смешанные (комбинированные) и смешанные удобрения. К сложным удобрениям промышленного производства относят (калиевая селитра, аммофос, диаммофос). Их получают при химическом взаимодействии исходных компонентов, сложно-смешанные (нитрофос, нитрофоска, нитроаммофос, нитроаммофоска, фосфорно-калийные, жидкие комплексные и др.) - в едином технологическом процессе из простых или сложных удобрений. Смешанные удобрения получают путем смешивания простых [21].
Сложные и сложно-смешанные удобрения характеризуются высокой концентрацией питательных веществ, поэтому применение таких удобрений обеспечивает значительное сокращение расходов хозяйства на их транспортировку, смешивание, хранение и внесение. Азот относится к основным элементам, необходимым для жизнедеятельности растений-хозяев, так и вредных организмов. Он входит в состав четырех элементов (водорода, кислорода, азота и углерода), из которых на 99% состоят ткани всех живых организмов. Поэтому применение азотных удобрений служит мощным фактором как стабилизации фитосанитарного состояния почвы, так и его дестабилизации. Азот лежит в основе всех ростовых процессов [22].
Азотные удобрения. Производство азотных удобрений базируется не синтезе аммиака из молекулярного азота и водорода. Азот получают из воздуха, а водород из природного газа, нефтяных и коксовых газов [23]. Азотные удобрения представляют собой белый или желтоватый кристаллический порошок (кроме цианамида калия и жидких удобрений), хорошо растворимы в воде, не поглощаются или слабо поглощаются почвой. Поэтому азотные удобрения легко вымываются, что ограничивает их применение осенью в качестве основного удобрения. Большинство из них обладает высокой гигроскопичностью и требует особой упаковки и хранение. По выпуску и использованию в сельском хозяйстве главнейшие из этой группы - аммиачная селитра и мочевина, составляющие около 60% всех азотных удобрений [24].
Азотные удобрения используют под все сельскохозяйственные культуры.
Внесение азотных удобрений усиливает рост вегетативных органов растений, накопление в них небелкового азота (аминокислот), увеличивает обводненность тканей, клетки увеличиваются в объеме, оболочка их становится тоньше, уменьшается толщина кутикулы. Это облегчает проникновение возбудителей болезней в ткани растений-хозяев, увеличивает их восприимчивость к болезням. Избыток азотного питания приводит к дисбалансу питания растений и повышенному развитию болезней [25].
Потребности растений и вредных организмов в азоте как элементе питания совпадают. Это приводит как к росту урожайности, при внесении азотных удобрений, так и размножению вредных организмов [26]. Многие почвенные организмы, в том числе вредные, например возбудители корневых гнилей, прямо используют минеральный азот для своего размножения. В отличие от минерального азота, действие органики на возбудителей болезней происходит через микробное разложение органического вещества. Поэтому увеличение органического азота в почве сопровождается увеличением количества почвенной микрофлоры, среди которой много антогонистов вредных организмов [27].
Дробные внесения азотных удобрений с фосфорными, еще лучше в комплексе полных минеральных удобрений плюс замена нитратной формы азотных удобрений на аммонийную стабилизует фитосанитарное состояние почв [28].
Под влиянием азотных удобрений (в сочетании с фосфорными, или при использовании полных минеральных удобрений,) ускоряется минерализация внесенных в почву органических добавок, активизируется почвенная микрофлора и активно вытесняются вредные организмы. Улучшается соотношение C:N почвы [29].
Энергично растущие растения, получающие хорошее азотное питание обладают повышенными компенсаторными способностями в ответ на повреждения, наносимые им возбудителями болезней и вредителями [30].
Поражаемость растений болезнями и вредителями слабее при оптимальном питании растений. Азот лежит в основе всех ростовых процессов. Энергично растущие растения, получающие хорошее азотное питание обладают повышенными компенсаторными способностями в ответ на повреждения, наносимые им возбудителями болезней и вредителями [31].
Фосфор - один из важнейших элементов питания растений, так как входит в состав белков. Если азот в почве может пополняться путем фиксации его из воздуха, то фосфаты - только внесением в почву в виде удобрений. Главные источники фосфора - фосфориты, апатиты, вивианит и отходы металлургической промышленности - томасшлак, фосфатшлак. Все фосфорные удобрения - аморфные вещества, беловато-серого или желтоватого цвета. По степени растворимости эти удобрения подразделяют на следующие группы:1) Растворимые в воде, легкодоступные для растений - суперфосфаты простой и двойной, аммонизированный, обогащенный;
2) Труднорастворяемые (не растворимы в воде и почти не растворимые в слабых кислотах), они не могут непосредственно использоваться растениями - это фосфоритная и костная мука [32].Фосфоритная мука - тонко размолотый природный фосфорит, соединения которого труднодоступны растениям. Это удобрение применяют на кислых подзолистых, торфяных, серых лесных почвах, а также на деградированных и выщелоченных черноземах и красноземах [33].
Ассортимент фосфорных удобрений представлен двойным суперфосфатом, аммофосом, диаммофосом, нитрофоской, АФК и другими [34]. Фосфор играет важную роль в жизни различных трав. Он входит в состав сложных белков, участвующих в процессе деления клеточного ядра и в образовании новых органов растения, способствует накоплению крахмала, сахара, жира. Фосфор значительно повышает зимостойкость растений.При нормальном фосфорном питании урожай трав повышается и ускоряется благодаря тому, что усиливается отток питательных веществ из листьев в другие органы растения. Улучшаются также их химический состав [35].
Травостой очень чувствителен к недостатку этого элемента. Если не хватает фосфора, то плохо растут корни, задерживаются рост растения, окраска и, главное, плохо закладываются цветочные почки, а следовательно, снижается урожай. Листья становятся мелкими, приобретают серо-зеленую окраску, постепенно отмирают и опадают. Снижаются продуктивность растений. Однако до ряду причин вредным является и избыток фосфора [36].Калий - необходимый элемент для растений. В основном он находится в молодых растущих органах, клеточном соке растений и способствует быстрому накоплению углеводов.
Многие калийные удобрения представляют собой природные калийные соли, используемые в сельском хозяйстве в размолотом виде. Большие разработки их находятся в Соликамске, на Западной Украине, в Туркмении. Открыты залежи калийных руд в Казахстане, Сибири [37].
Значительное количество хлора во многих калийных удобрениях отрицательно влияет на рост и развитие растений, а содержание натрия (в калийной соли и сильвините) ухудшает физико-химические свойства многих почв, особенно черноземных, каштановых и солонцовых.
На бедных калием легких почвах и торфяниках все без исключения сельскохозяйственные культуры нуждаются в калийных удобрениях. Недостаток калия в почве восполняется главным образом внесением навоза. Калий не применяют на солоннах и солонцеватых почвах, так как он ухудшает их свойства. Калий легко растворяется в воде и при внесении поглощается коллоидами почвы, поэтому он малоподвижен, однако на легких почвах легко вымывается [38].
Калийные удобрения подразделяются на три группы:
1) Концентрированные, являющиеся продуктами заводской переработки калийных руд - хлористый калий, сернокислый калий, калийно-магниевый концентрат, сульфат калия-магния (калимагнезия);
2) Сырые калийные соли, представляющие собой размолотые природные калийные руды - каинит, сильвинит;
3) Калийные соли, получаемые путем смешения сырых калийных солей с концентрированными, обычно с хлористым калием - 30-ти и 40%-ные калийные соли [39].
Как калийные удобрения используют также печную золу и цементную пыль.
Калий играет огромную роль в жизни растений, а его потребление на единицу формируемого урожая значительно больше, чем других элементов минерального питания. Особенно это касается сельскохозяйственных культур, образующих большое количество сахаров, крахмала, жира, в которых содержание калия достигает 6-8%.
Органические соединения, в структуру которых входил бы калий, в растениях неизвестны. Он является исключительно функциональным элементом, участвующим в основных физиологических процессах. Калий повышает скорость усвоения азота, образования белка, снижает содержание нитратов, уменьшает поступление радионуклидов в растения, способствует формированию клубеньков на корнях бобовых, повышает прочность тканей, активизирует функционирование большинство ферментов и ферментных систем растений и т.д.[40]
Кроме того, повышается устойчивость растений к экстремальным условиям - повышенным и пониженным температурам, изменению влажности почвы. Значительно повышается иммунитет к болезням и вредителям - ржавчине, корневым гнилям, фитофторозу, тле.
Следует отметить также, что калийное питание служит мощным фактором роста корневой системы.
Калийные удобрения. Обычно растворимые в воде соли соляной, серной и угольной кислот, нередко с примесью других соединений, содержащие калий в доступной для растений форме. Основным источником калийных удобрений являются залежи природных калийных солей [41].
Калийные удобрения подразделяют на сырые калийные соли, получаемые механической переработкой (сортировкой, дроблением и размолом) природных калийных солей, и концентрированные. Калийные удобрения — хлористый калий, сульфат калия, 30%-ные и 40%-ные калийные соли (смесь тонкоразмолотых природных каинита или сильвинита с хлористым калием), а также поташ, калимагнезия, калий-электролит, зола и другие.
Обычно калийные удобрения применяют на фоне фосфорных или азотных и фосфорных удобрений. Наиболее высокие прибавки урожая на бедных подвижным калием почвах: пойменных, супесчаных и легкосуглинистых дерново-подзолистых [42].
Калий положительно влияет на качество продукции, содержание протеина (особенно на фоне азотных аммиачных удобрений). Кроме того, калийные удобрения усиливают стойкость растений к некоторым грибным заболеваниям, повышают морозостойкость и засухоустойчивость.
Калийные удобрения применяют обычно как основное удобрение осенью или весной под вспашку или культивацию. При этом лучше калийные удобрения использовать вместе с азотными и фосфорными, внося их в междурядья на глубину не менее 10—12 см (из расчёта 20—30 кг/га K2O). Применение калийных удобрений (лучше одновременно с фосфорными) повышает продуктивность лугов и улучшает качество сена [43].
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)