Фо́сфорные удобре́ния, минеральные вещества, содержащие фосфор в усвояемой растениями форме. Относятся к группе минеральных удобрений.

Историческая справка

Идеи о необходимости внесения элементов минерального питания в почву для улучшения роста растений получили популярность в 1840-х гг. благодаря Ю. Либиху.

В качестве источника фосфора использовались кости (костная мука), которые в большом количестве стали перерабатываться на удобрения. Фосфор в костях находится в плохо растворимых соединениях, поэтому их стали обрабатывать серной кислотой. В дальнейшем Дж. Б. Лоз для производства суперфосфата заменил костную муку на фосфоритную. Полевые испытания суперфосфата с 1841 г. на различных сельскохозяйственных культурах установили его высокую эффективность. В 1843 г. Лозом был открыт первый завод по производству суперфосфата, положивший начало развитию туковой промышленности в мире. Широкое применение суперфосфата и значительный успех в этом предприятии позволили ему построить второй суперфосфатный завод в 1857 г.

В России изучением месторождения фосфоритов занимался профессор в области химии А. Н. Энгельгардт. Он доказал эффективность фосфоритной муки на подзолистых почвах и предложил технологию её использования. Благодаря его исследованиям в 1868–1869 гг. в Курской, Тамбовской губерниях и в Прибалтике заработали первые заводы по производству фосфоритной муки.

Классификация фосфорных удобрений

Фосфорные удобрения можно разделить на 3 группы в соответствии с растворимостью фосфатов, которые в них содержатся.

1. Растворимые в воде:

   1.1. Суперфосфат – Ca(H₂PO₄)₂, содержащий до 20 % действующего вещества (д. в.) – фосфорного ангидрида (P₂O₅). Также в состав этого удобрения входят до 5,5 % H₃PO₃ (свободной фосфорной кислоты) и 40 % гипса. Наиболее широко применяемый вид фосфорных удобрений в мире.

   1.2. Двойной суперфосфат – Ca(H₂PO₄)₂. Содержит в 2 раза больше д. в. (до 45 % P₂O₅) и до 2,5 % H₃PO₃. При равноценности применения двух удобрений в расчёте на равную дозу фосфора следует учитывать, что преимуществом двойного суперфосфата является содержащаяся в гипсе сера, выполняющая роль серного удобрения.

2. Нерастворимые в воде, но растворимые в слабых кислотах (например, лимонной):

   2.1. Преципитат – CaHPO₄ · 2H₂O (до 35 % P₂O₅), томасшлак Са₄Р₂O₉ (не менее 14 % P₂O₅), термофосфаты – фосфориты, сплавленные с поташом (до 34 % P₂O₅), обесфторенные фосфаты Ca₃(PO₄)₂ (до 32 % P₂O₅), плавленый фосфат магния (до 20 % P₂O₅).

3. Нерастворимые в воде и слабых кислотах:

   3.1. Фосфоритная мука и вивианит – Fe₃(PO₄)₂ · 8H₂O (28 % P₂O₅). В соответствии с содержанием фосфора выделяют фосфоритную муку высшего сорта (25 % P₂O₅), 1-го сорта (22 % P₂O₅) и 2-го сорта (19 % P₂O₅).

Также фосфор может входить в состав комплексных удобрений, содержащих 2 или более элемента питания. К таким удобрениям относятся: аммофос (NH₄H₂PO₄), диаммофос [(NH₄)₂HPO₄], нитрофоска, полифосфаты аммония, фосфаты и полифосфаты мочевины, карбоаммофосы, метафосфат калия (KPO₃) и др.

Производство фосфорных удобрений

Сырьём для производства фосфорных удобрений являются природные руды: апатиты [Са₅(РO₄)₃F или [Са₃(РO₄)₂]₃ × CaF₂] и фосфориты [Ca₅[PO₄]₃(F, Cl)] c примесью карбоната кальция (CaCO₃).

При переработке фосфатного сырья применяют:

• обработку кислотами (серной, фосфорной, азотной);

• электротермическое восстановление фосфатов;

• термическую обработку.

При дроблении и измельчении фосфоритов получают фосфоритную муку.

Не все фосфориты пригодны для переработки, т. к. могут содержать большое количество примесей (полуторных окислов) и иметь низкую концентрацию фосфора. Осадочные фосфатные руды могут содержать высокие концентрации редкоземельных элементов и тяжёлых металлов.

Физиологическая роль фосфора в растениях

Основная роль фосфора в растениях заключается в том, что он входит в состав важных структурных компонентов (нуклеотиды, нуклеиновые кислоты, сахарофосфаты, фосфолипиды, коэнзимы и др.) и участвует в энергетическом метаболизме клетки.

В природных условиях главным источником фосфора для растений является ортофосфорная кислота, которая может диссоциировать на анионы: H₂PO₄^–, HPO₄^2– и PO₄^3–. Фосфор усваивается растениями в основном в форме однозамещённых или двухзамещённых солей ортофосфорной кислоты. Обладая высокими буферными свойствами, одно- и двухзамещённые фосфаты могут играть определённую роль в поддержании внутриклеточного pH. Трёхзамещённые соли двухвалентных катионов плохо растворимы в воде, но корневые выделения и микориза помогают в поглощении труднорастворимых соединений. Такие растения, как люпин, гречиха, горчица и другие, обладают высокой кислотностью корневых выделений, что способствует поглощению фосфора из труднорастворимых фосфорных солей.

Поступающий через корни неорганический фосфор характеризуется низкой подвижностью и высокой способностью к фиксации в почве, что привело к формированию у растений ряда приспособлений для поглощения малодоступных веществ: растения развивают неглубокую, мощную и разветвлённую корневую систему, выделяют фермент фосфатазу, который минерализует органические соединения фосфора, в результате симбиоза с грибами класса Glomeromycota формируется арбускулярная микориза, способствующая ассимиляции труднорастворимых фосфатов.

Применение фосфорных удобрений

Фосфор обладает меньшей подвижностью в почве по сравнению с калием и азотом. Органическое вещество увеличивает подвижность фосфатов вследствие снижения доли химически связанного фосфора в виде слаборастворимых минеральных фосфатов. По данным обобщённых многолетних агрохимических обследований Географической сети опытов с удобрениями, в зональном аспекте эффективность фосфорных удобрений снижается с севера на юг и с запада на восток в связи с более засушливым климатом и снижением промачивания почвенного профиля.

Применение физиологически кислых азотных и калийных удобрений усиливает мобилизацию фосфатов на зафосфаченных чернозёмах, краснозёмах и каштановых почвах.

Эффективность фосфорных удобрений на почвах с низким содержанием подвижного фосфора высока, но по мере улучшения фосфатного режима почв прибавки от фосфорных удобрений снижаются.

Локальное и рядковое применение фосфорных удобрений улучшает развитие корневой системы растений, что способствует лучшему использованию подвижных фосфатов почвы, в том числе и менее доступных их форм.

Для эффективного и безопасного применения фосфорных удобрений важно строгое соблюдение соответствующих технологий и рекомендаций, разработанных агрохимиками, относительно доз, форм, сроков и способов внесения конкретных удобрений в определённых почвенно-климатических условиях.

Влияние фосфорных удобрений на почву

Особенностью фосфатного питания является дефицит доступного для растений неорганического фосфата в почвах, поэтому для получения высоких урожаев и улучшения качества сельскохозяйственной продукции необходимо оптимизировать фосфатный уровень почв. Одним из таких приёмов является фосфоритование почв – внесение высоких доз фосфоритной муки, что позволяет поддерживать оптимальный фосфатный режим длительное время (5–10 лет). Данный приём эффективен при освоении земель с низким плодородием, а также на кислых дерново-подзолистых почвах с низким содержанием подвижных фосфатов. Активно применялся в 20 в., как приём применяется и сейчас, что отражено в приказе Министерства сельского хозяйства России от 14 апреля 2023 г. № 388 «Об утверждении видов мероприятий, связанных с воспроизводством плодородия земель сельскохозяйственного назначения, и порядка определения стоимости их проведения».

Проблема зафосфачивания (избыточного содержания подвижных фосфатов) актуальна из-за превышения научно обоснованных доз применяемых удобрений. Доступность органических фосфатов для растений определяется условиями их минерализации и ферментативного гидролиза и в основном регулируется микробной активностью. Повышенное содержание фосфора в почве может приводить к нарушению круговорота этого элемента в агроценозах, в том числе к эвтрофикации открытых водных источников.

Кислотно-основные свойства почвы влияют на эффективность применения фосфорных удобрений. Максимальная доступность фосфатов возможна на нейтральных почвах, в кислых и щелочных возможен переход растворимых соединений фосфора в малорастворимые соединения и, соответственно, недоступные для растений формы, т. е. ретроградация. Для снижения ретроградации на кислых почвах применяется известкование.

Влияние фосфорных удобрений на качество сельскохозяйственной продукции

Фосфорные удобрения влияют:

• на выполненность зерна;

• увеличение содержания белка и крахмала;

• улучшение качества волокна прядильных культур;

• накопление углеводов в плодах и корнеплодах;

• адаптацию растений к низким температурам и недостатку влаги в течение вегетации;

• увеличение скорости созревания плодов.

При дефиците фосфора у растений наблюдаются признаки азотного голодания из-за низкой эффективности симбиотической азотфиксации и снижения способности к восстановлению нитратов. Внесение фосфорных удобрений повышает урожайность, но также может снижать биодоступность Zn, Cu, Fe и др. Фосфорные удобрения позволяют снизить поглощение растениями радионуклидов. При взаимодействии с фосфатами подвижные соли ⁹⁰Sr выпадают в осадок.

Химические элементы разного класса опасности, такие как Cd, Cr, Sr, As, F и другие, в составе фосфорных удобрений и побочных продуктов их производства (фосфогипс) могут быть источником загрязнения почвы и, как следствие, сельскохозяйственной продукции. Для сохранения экологической безопасности необходим мониторинг накопления загрязняющих веществ. В 2022 г. вступил в силу принятый Еврокомиссией регламент об ограничении содержания кадмия (Cd) в фосфорных удобрениях на уровне 60 мг/кг P₂O₅. В России действуют в 3 раза более жёсткие ограничения на содержание Cd в удобрениях – 20 мг/кг P₂O₅.

Статистика

Объём мирового потребления удобрений в 2020–2021 гг. составил 203,8 млн т, из которых на долю фосфорных удобрений пришлось 24 %. Китай (29 %), Марокко (19 %), Россия (14 %), Саудовская Аравия (8 %) и США (7 %) – основные экспортёры фосфорных удобрений. Основным импортёром (и производителем одновременно) являются Индия с долей 30 % от мирового импорта и Индонезия (22 %). Россия является одним из крупнейших экспортёров фосфорных удобрений. В 2021 г. в РФ было произведено 58,6 млн т удобрений, из которых 64 % (37,6 млн т) было экспортировано.

По данным Росстата, под посев всех сельскохозяйственных культур в РФ в 2022 г. внесено фосфорных удобрений (в том числе и фосфоритной муки) в пересчёте на д. в. 722 тыс. т (21 % от внесённых минеральных удобрений).

Крупнейшие в Европе производства фосфорсодержащих удобрений находятся в г. Череповце (Вологодская область) и в г. Балаково (Саратовская область). Предприятия по переработке апатитового сырья расположены в Мурманской области. Фосфорные и сложные удобрения производят в Краснодарском, Ставропольском, Пермском краях, Воронежской, Смоленской, Ленинградской и Московской областях.