Удобре́ния (туки), органические и минеральные вещества, содержащие элементы питания растений или мобилизующие питательные вещества почвы. Применяют для восполнения недостатка в одном или нескольких элементах питания. Согласно ГОСТ 20432-83 «Удобрения. Термины и определения», удобрение определяется как «вещество для питания растений и повышения плодородия почвы».

Исторический очерк

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.

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. В Российской империи первый завод по производству суперфосфата начал работать в 1868 г. в нынешнем Каунасе. 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.

Современные тенденции развития производства удобрений

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 удобрения.Внесение 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.

Разработаны специальные минеральные удобрения позволяющие оптимизировать питание растений на различных фенофазах развития и повысить коэффициент использования элементов питания из удобрений. К ним относятся – удобрения с контролируемой скоростью высвобождения питательных элементов, комплексонаты и хелатированные микроудобрения. Ныне хелатируемые микроудобрения используются в новой для них сфере – агрохимической биофортификации сельскохозяйственных культур.

Разработаны нанопрепараты, не содержащие достаточного количества элементов питания, но оказывающие косвенное действие, повышая толерантность растений к биотическим и абиотическим факторам стресса: такие препараты изменяют свойства клеточных стенок, осморегуляции, снижают транспирацию, активизируют ферменты и стимулируют синтез фитогормонов.

Классификация удобрений

Традиционная классификация удобрений, сложившаяся в 20 в., разделяет их в зависимости от химического состава:

• 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:

• 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, т. к. 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.

В зависимости от происхождения, способа и места получения удобрения делят на: промышленные, местные и нетрадиционные.

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.

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).

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.

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.

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.

По агрегатному состоянию удобрения подразделяются на твёрдые и жидкие.

Твёрдые могут быть:

• порошковидными (размер частиц менее 1 мм);

• кристаллическими (размер кристаллов более 0,5 мм);

• гранулированными (размер гранул более 1 мм).

Аналогичного деления жидких удобрений нет.

Классификация удобрений.Классификация удобрений.

Основные свойства удобрений

Для правильного хранения, транспортировки и внесения минеральных удобрений необходимо знать их основные свойства.

К химическим свойствам относятся:

• 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:

• растворимость;

• величина рН;

• гигроскопичность (10-балльная шкала).

К физико-механическим свойствам относятся:

• 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).

Влияние удобрений на почву и растения

Положительный эффект удобрений

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.

В связи с этим большинство систем удобрений контролируют три элемента – N, P, K.

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 (т. е. в результате увеличиваются запасы органического углерода почвы). Другими словами, роль удобрений заключается:

• 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.

Эффективность удобрений значительно возрастает при оптимизации всех факторов, влияющих на рост и развитие растений (влажность, температура, кислотно-основные свойства почвы и т. д.).

Например, эффективность удобрений в зависимости от почв обусловлена следующими закономерностями:

1. Наиболее эффективны удобрения на дерново-подзолистых, серых почвах и глинисто-иллювиальных чернозёмах.

2. Калийные удобрения обеспечивают наибольший прирост урожая на осушённых торфяниках и лёгких песчаных почвах.

3. Минеральные удобрения (кроме фосфорных) – наиболее эффективны на чернозёмах и каштановых почвах.

4. В севообороте эффективность минеральных и органических удобрений при одинаковом содержании питательных веществ равнозначна.

5. 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.

Отрицательный эффект удобрений

Отрицательное действие удобрений – следствие нарушений научно обоснованного их применения.

Возможное отрицательное действие удобрений может проявляться в виде:

• 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).

Современные требования к технологии разработки, производства и применения удобрений направлены на предотвращение возможных негативных последствий.