Удобрения

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, 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

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 (Р2 О5 , К2 О, MgO, CaO);
  • кислотность;
  • массовая доля примесей.

К физико-химическим свойствам относятся:

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.

Доля участия азотного, фосфорного, калийного удобрения в повышении урожая зерна озимой пшеницы в различных почвенно-климатических зонах РФ

Почвенно-климатическая зона Доля участия, %
Азотные Фосфорные Калийные

Южная тайга

43,0–53,8 23,3–34,4 17,4–25,8

Лесостепь

38,3–65,1

33,8–43,0 11,0–24,3

Степь

15,0–43,9 40,6–65,4 0–20,4

Сухая степь

21,4–26,8 71,4–71,6

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.

Литература

  • Ягодин Б. А. Агрохимия : учебник для студентов вузов, обучающихся по агрономическим специальностям / Б. А. Ягодин, Ю. П. Жуков, В. И. Кобзаренко. – 2-е изд., стер. – Санкт-Петербург : Лань, 2016. – (Учебники для вузов. Специальная литература).
  • Агрохимия / под ред. В. Г. Минеева. – Москва : [Издательство Всероссийского научно-исследовательского института агрохимии им. Д. Н. Прянишникова], 2017. – (Классический университетский учебник для стран СНГ).
  • Шеуджен А. Х. Агрохимия. Учебное пособие. Ч. 6. Экологическая агрохимия / А. Х. Шеуджен, Н. И. Аканова, Т. Н. Бондарева. – Майкоп : Полиграф-ЮГ, 2018.
  • Титова В. И. Агрохимия – 2021 : учебное пособие. – Нижний Новгород : [б. и.], 2021.
Материалы портала bigenc.ru переданы в ведение АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ» на основе лицензионного соглашения. Возможны неточности в отображении материалов. Если у вас возникли вопросы или вы увидели ошибку, пожалуйста, сообщите нам на info@ruwiki.ru