Азо́тные удобре́ния, минеральные вещества с высоким содержанием доступного растениям азота, позволяющие быстро и точно регулировать азотное питание растений. Относятся к группе минеральных удобрений.

Историческая справка

В 18 в. И. Р. Глаубер установил, что растения способны усваивать азот из его солей, при этом урожайность сельскохозяйственных культур увеличивается. Таким образом, он впервые обосновал необходимость внесения азота в почву. На необходимость возвращать в почву минеральные вещества указал и немецкий химик Ю. Либих (1840). Когда естественные источники перестают справляться с пополнением запасов азота в почве, возникает потребность изыскать источники «связанного» азота. Результатом пристального внимания к проблеме дефицита азота для питания растений было введение в сельское хозяйство со 2-й половины 19 в. химических удобрений и строительство заводов по их производству.

В течение многих веков практически единственным источником азота была селитра. С 1830 г. началась разработка залежей чилийской селитры (Чили, Южная Америка) – богатейшего природного источника азота, содержащего большое количество нитрата натрия. В 19 в. чилийскую селитру стали ввозить в Европу. Возникла конкуренция с производителями пороха. Стоимость селитры для широкого применения в сельском хозяйстве была слишком завышенной. Цианамидный способ был запатентован в 1895 г. немецкими исследователями А. Франком и Н. Каро. В начале 20 в. сформировался запрос общества на недорогие синтетические соединения азота, которые в больших количествах можно было бы вносить на поля, восполняя потери азота. Наладить синтез аммиака из водорода и азота в промышленных масштабах впервые удалось в Германии благодаря работам химика Ф. Габера. В 1913 г. был запущен первый промышленный реактор по производству аммиака в компании BASF, технологические задачи масштабирования производства были осуществлены инженером-химиком К. Бошем. Наряду с этим продолжает развиваться теория биологической фиксации атмосферного азота, что позволяет в дальнейшем активировать процесс производства аммиака. Так, мировое производство азотных удобрений в 1913 г. достигало почти 700 тыс. т (в пересчёте на азот), из них в России производили 3 тыс. т. В СССР первая установка по производству аммиака была построена в 1928 г. на Чернореченском химическом заводе. К 1939 г. в СССР было построено 7 заводов по производству аммиака суммарной мощностью 400 тыс. т/год. К 2000 г. мировое производство аммиака достигло 120 млн т/год и продолжает непрерывно увеличиваться.

Классификация азотных удобрений

Азотные удобрения на мировом сырьевом рынке представлены растворимыми минеральными солями с высоким содержанием азота как основного действующего вещества (д. в.).

Азотные удобрения делятся на следующие 4 основные группы:

• нитратные – селитры [KNO₃, Ca(NO₃)₂, NaNO₃] – 15–16 % д. в.;

• аммиачные – сульфат аммония [(NH₄)₂SO₄] – 21 % д. в., хлористый аммоний (NH₄Cl) – 24 % д. в.;

• аммиачно-нитратные – аммиачная селитра (NH₄NO₃) – 34,5 % д. в., известково-аммиачная селитра (NH₄NO₃∙CaCO₃) – 18 % д. в.;

• амидные – мочевина [CO(NH₂)₂] – 46 % д. в., цианамид кальция (CaCN₂) – 21 % д. в.

В особую группу выделены жидкие азотные удобрения:

• безводный (жидкий) аммиак (NH₃) – самое концентрированное безбалластное удобрение с содержанием азота 82,3 %;

• водный аммиак (аммиачная вода – NH₄OH);

• аммиакаты.

К медленнодействующим удобрениям (отличаются высокой мобильностью соединений азота в почве) относятся:

• соединения с ограниченной растворимостью в воде (карбамидформы, уреаформы) и мочевиноформальдегидные удобрения (МФУ), содержащие 38–40 % азота, из которого 8–10 % находится в водорастворимой форме, остальная часть не растворяется в воде, но доступна для растений;

• капсулированные удобрения;

• удобрения с добавлением ингибиторов нитрификации (от 0,5–3 %).

Производство азотных удобрений

Промышленное производство азотных удобрений практически полностью базируется на синтезе аммиака. В результате его окисления также получают азотную кислоту для производства нитратных удобрений. В ассортименте азотных удобрений значительное место занимают аммиачные и амидные формы, в частности мочевина (56 % всех производимых азотных удобрений) и аммиачная селитра.

Технология производства азотных удобрений в химической промышленности не считается сложной. Детали процесса привязаны к конкретному виду удобрения:

• изготовление нитрата аммония (аммиачной селитры) основано на нейтрализации азотной кислоты аммиаком;

• производство карбамида (мочевины) подразумевает взаимодействие аммиака с углекислым газом при определённой температуре и давлении;

• сульфат аммония образуется при пропускании аммиачного газа через раствор серной кислоты.

Влияние азотных удобрений на качество сельскохозяйственной продукции

Азот – самый дефицитный элемент питания для растений из-за высокой мобильности своей минеральной формы, даже с учётом постоянного пополнения его запасов в почве с атмосферными осадками и за счёт азотофиксирующих бактерий. Все формы азота, представленные в минеральных азотных удобрениях, служат источником питания растений, однако в синтез аминокислот, белков и других азотсодержащих органических веществ он вовлекается только в восстановленной форме (аммоний). Поступающий в растения азот в нитратной форме может до определённого времени накапливаться без вреда, при этом переход нитратов в аммиак совершается по мере его использования на синтез аминокислот.

Нитратная форма питания лучше для молодых растений, т. к. в них ещё слабо проходит фотосинтез и не образуются в достаточном количестве углеводы, органические кислоты. С увеличением листовой поверхности усиливается фотосинтез углеводов, при окислении которых образуются органические кислоты, что способствует связыванию аммиака дикарбоновыми кислотами с последующим образованием аминокислот и белков. Для культур, в которых содержится достаточное количество углеводов (например, картофель), аммиачные и нитратные формы азота в начале роста растений практически равноценны. Для культур, в семенах которых содержится мало углеводов, нитратные формы азота имеют преимущество перед аммиачными.

Применение азотных удобрений влияет на рост и развитие растений. Как дефицит, так и избыток питания негативно влияют на урожай и его качество. Избыток азота сопровождается увеличением вегетационного периода растений и пониженной их устойчивостью к различным болезням и вредителям. При недостатке азота рост растений замедляется, урожай снижается.

С помощью растительной диагностики, которая прогнозирует количество и качество урожая по химическому составу вегетативных органов, можно корректировать обеспеченность возделываемых культур в ходе вегетации путём внесения азотных удобрений.

Источники азота по-разному влияют на направленность физиолого-биохимических процессов в растениях, что отражается на качественных показателях:

• при аммиачном питании увеличивается восстановительная способность растительной клетки, что приводит к образованию восстановленных органических соединений (масло, жир);

• при нитратном источнике азота преобладает окислительная способность клеточного сока, ведущая к усилению процессов образования органических кислот. Для нитратного питания важно обеспечить растение фосфором и молибденом. Недостаток молибдена задерживает восстановление нитратного азота до аммиака, что приводит к накоплению нитратов в растениях в свободном состоянии.

Влияние нитрат-ионов на качество сельскохозяйственной продукции

Нитрат-ионы (нитраты) – естественные компоненты растений. Однако накопление их в растительной продукции, особенно в условиях интенсивной химизации земледелия, определило необходимость систематического контроля содержания этих веществ как токсикантов в овощах, картофеле, бахчевых, плодовых и кормовых культурах.

Причинами избыточного содержания нитрат-ионов в растительной продукции наряду с высокими дозами азотных удобрений могут быть слабая освещённость, несбалансированность минерального питания, уборка недозревшей продукции, видовые и сортовые особенности растений и др. Повышенное содержание нитрат-ионов ухудшает качество продукции (уменьшается содержание витамина C и незаменимых аминокислот, изменяется состав макро- и микроэлементов, снижаются органолептические свойства). Для предотвращения накопления нитрат-ионов в плодах и овощах необходимо соблюдать культуру земледелия и уровень агротехники.

Влияние азотных удобрений на почву

Систематическое применение азотных удобрений сопровождается изменениями физико-химических свойств почв, что отражается на обеспеченности растений азотом. Из всех типов удобрений азотные наиболее подвержены воздействию со стороны почвенных микроорганизмов, что существенно отражается на обеспеченности растений азотом. Большие потери азота удобрений происходят в результате выноса легкорастворимых нитратов и солей аммония из почвенного профиля, а также из-за трансформации азота в ходе денитрификации (газообразные потери) и нитрификации (образование нитратов и их вынос).

После внесения около 70 % массы удобрения потребляется бактериями и грибами, т. е. иммобилизуется, после их гибели входящий в их состав азот может использоваться растениями. Нитратная и аммонийная формы азота могут быть также иммобилизованы в результате взаимодействия с почвенным органическим веществом. Аммонийные формы азота фиксируются глинистыми минералами, что определяется типом почвы. В итоге коэффициент использования удобрений растениями редко достигает 50 %.

Азотные удобрения часто меняют реакцию почвенного раствора, которая является существенным фактором, влияющим на высшие растения и микроорганизмы. Для поддержания плодородия почвы особенно важно сочетание органических и минеральных удобрений при внесении высоких доз азота.

Применение азотных удобрений

Эффективность использования азотных удобрений достигается за счёт их научно обоснованного применения с учётом широкого спектра факторов.

1. К первому фактору относится географическая закономерность действия азотных удобрений с учётом почвенно-климатических условий. При движении с севера на юг и с запада на восток в Европейской части России континентальность климата усиливается, количество осадков уменьшается, что существенно сказывается на эффективности азотных удобрений. Наиболее эффективны азотные удобрения в районах достаточного обеспечения растений влагой. При этом особенно высокое действие азотных удобрений в этой зоне проявляется на супесчаных и песчаных почвах, где этот элемент питания растений почти всегда находится в минимуме. В условиях промывного режима отмечаются большие потери азота в осенне-зимне-весенний период, что объясняет значительное преимущество весеннего внесения азотных удобрений.

2. Ко второму фактору относят влияние комплекса агромелиоративных мероприятий на эффективность азотных удобрений. Все мероприятия, направленные на повышение плодородия почв и их окультуренность (отсутствие засорённости; благоприятные водно-воздушный, температурный режимы почвы; оптимальное содержание других питательных элементов в почве; посев высокопродуктивных сортов культур, хорошо отзывающихся на азотные удобрения; применение интегральной системы защиты растений), способствуют повышению эффективности азотных удобрений и большей их окупаемости.

3. К третьему фактору относят научно обоснованное применение азотных удобрений. Для повышения эффективности азотных удобрений и получения запланированного урожая важно определить оптимальный режим питания культуры в процессе вегетации и обеспечить его путём подбора форм удобрений, наиболее эффективных сроков и способов их внесения.

4. Азот минеральных удобрений должен находиться в почве в оптимальном соотношении с другими питательными элементами для выращиваемой культуры. В процессе вегетации часто возникает необходимость сочетать внесение разных форм удобрений под одну и ту же культуру. Правильное соотношение азота с другими макро- и микроэлементами в зависимости от плодородия почвы и биологических требований культуры – важнейшее условие, способствующее повышению эффективности азотных удобрений.

Потребность растениеводства в азотных удобрениях по природно-экономическим зонам страны в большинстве случаев прогнозируется по данным Географической сети полевых опытов с удобрениями, проводимых научными учреждениями и системой агрохимической службы. Установленные закономерности режима азота в почвах позволяют оценивать потребность полевых культур в азотных удобрениях и на основе разработанных градаций обеспеченности и сезонных агрохимических картограмм определять дозы внесения азотных удобрений, прогнозируя ожидаемую прибавку урожая. Сочетание методов почвенной и растительной диагностики даёт возможность агрохимикам направленно регулировать уровень азотного питания культур в зависимости от разнообразия почвенно-климатических и агротехнических факторов.

Статистика

Мировые масштабы производства соединений азота в 2021 г. составляли 150 млн т (в пересчёте на азот). Основными производителями и экспортёрами азотных удобрений являются Россия, Китай и страны ЕС.

По данным Росстата, выпуск азотных удобрений в 2022 г. вырос на 3,5 %, до 11,8 млн т. Производство аммиака при этом упало на 4,6 %, до 4,9 млн т.