Фосфорные удобрения — минеральные вещества, содержащие фосфор в доступной для растений форме, или в форме, которая при попадании в почву становится доступной для растений, и служащие для обеспечения сельскохозяйственных культур фосфором.
Сырье для производства фосфорных удобрений
Сырьем для производства фосфорных удобрений являются природные фосфорсодержащие руды — апатит и фосфорит. А качестве фосфорных удобрений используются также отходы металлургической промышленности. Основные мировые запасы фосфатных руд находятся в Марокко, США и России.
По содержанию фосфора руды подразделяются на богатые до 35% и бедные с содержанием 5-10%. Чаще всего из-за большого количества примесей подлежат обогащению.
Апатит
Апатит — минерал, в дисперсном состоянии присутствует в почвах и материнских породах. Залежи встречаются редко. Самое крупное в мире месторождение открыто в 1925 г. в Хибинах на Кольском полуострове. Небольшие и менее ценные по составу месторождения встречаются в России на Урале и Южном Прибайкалье, в Бразилии, Испании, Канаде, США и Швеции.
Апатиты — породы эндогенного происхождения. Чистый апатит представляет собой бесцветный, зеленоватый или желто-зеленый минерал, содержание фосфора составляет до 42% в пересчете на Р2O5. Кристаллы апатита — шестигранные призмы с высокой прочностью. Эмпирическая формула — [Са3(РO4)2]3⋅СаF2. Фтор может замещаться хлором, карбонатной или гидроксильной группами. Соответственно различают фторапатит, хлорапатит, карбонатапатит, гидроксилапатит.
В Хибинах апатит представлен в виде апатитонефелиновой породы. Нефелин — алюмосиликат состава (К, Na)2О⋅Аl2O3⋅SiO2, содержит до 5-6% К2O. Апатит и нефелин составляют примерно 90% массы руды, остальная часть — полевой шпат, роговые обманки и другие минералы.
Нефелин на кислых почвах может быть использован в качестве калийного удобрения. В воде нерастворим, но в кислой среде калий переходит в доступную для растений форму.
Добыча апатитонефелиновой руды ведется открытым и подземным способами. По внешним признакам её сортируют при этом получается товарная руда с содержанием до 30-31% Р2O5. В дальнейшем руду подвергают обогащению методом флотации, благодаря чему почти полностью удаляется нефелин. Полученный апатитовый концентрат содержит 39-40% Р2O5 и используется для производства фосфорных удобрений.
Фосфориты
Фосфориты — осадочные породы обычно морского происхождения, включающие аморфный или кристаллический фосфат кальция с примесью кварца, извести, глинистых частиц и иных минералов.
Фосфориты образовались в результате жизнедеятельности морских растительных и животных организмов в прошлые геологические периоды. Биологическое происхождение подтверждается содержанием органического вещества (до 0,5-1,0% по углероду). Залежи встречаются в осадочных породах в виде желваков различных размеров и формы (желваковые фосфориты), реже — в виде пластов сплошной массы (пластовые фосфориты).
Фосфориты характеризуются большей прочностью частиц, чем у апатитов; бывают аморфные и мелкокристаллические.
Выделяют желваковые (конкреционные) фосфориты в виде окатанных камней и пластовые (массивные), представляющие слитую массу. Последние встречаются реже. Также бывают зернистые ракушечниковые виды.
Фосфоритные месторождения по геотектоническому положению могут быть платформенные, то есть горизонтально залегающие на больших участках земной коры с малой мощностью слоя, и геосинклинальные, то есть расположенные в складчатых горных районах. Примером геосинклинального месторождения является Каратау.
Большинство месторождений фосфоритов России относится к желваковому типу. Такие фосфориты как правило не имеют выраженного кристаллического сложения, легче подвергаются разложению и поэтому представляют интерес для непосредственного (без химической обработки) использования в качестве фосфорного удобрения.
Кристаллическое строение сильнее выражено у более старых по геологическому возрасту фосфоритов.
Недостатком большинства месторождений фосфоритов является низкая концентрация фосфора при высоком содержании полуторных оксидов в сырье, что затрудняет переработку и производство суперфосфата. Примесь полуторных оксидов приводит к дополнительному расходу кислоты при производстве фосфорных удобрений и ретроградация, то есть обратный переход фосфатов в малорастворимые соединения. Так, для получении 1 т доступного для растений Р2O5 в суперфосфате для разложения апатитового концентрата требуется 1,89 т серной кислоты, тогда как для фосфоритов с примесями — 2,5 т.
Месторождения фосфоритов довольно распространены в мире, но, например, в Западной Европе они небольшие и почти не пригодны для разработки. Крупнейшие месторождения фосфоритов имеются в странах Северной Африки. В США месторождения есть во Флориде, Теннесси и некоторых других штатах.
В России сосредоточены большие запасы фосфоритов, однако большая их часть бедна фосфором и содержит большие примеси полуторными оксидов (R2О3). В основном месторождения сосредоточены в европейской части России.
Таблица. Химический состав фосфоритов и апатитов, % на сухое вещество1Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.
| Вятско-Камское | ||||||
| Егорьевское (портландский горизонт) | ||||||
| Сещинское | ||||||
| Щигровское | ||||||
| Хибинское: | ||||||
| апатитонефелиновая порода | ||||||
| апатитовый концентрат | ||||||
Вятско-Камское месторождение находится на северо-востоке европейской части России, желвакового типа, содержание фосфора 24-26% Р2O5.
Егорьевское месторождение находится в Московской области. Залежи представлены двумя горизонтами, разделенными слоем рыхлого глауконитового песка: верхний — рязанский, нижний — портландский. Качество последнего выше рязанского: содержит 25-26% Р2O5 и 4-5% полуторных оксидов. Рязанский слой содержит в среднем 21-23% Р2O5 и 10-12% полуторных оксидов.
Сещинское месторождение расположено в Дубровском районе Брянской области. Фосфориты залегают тремя горизонтами песчанистых конкреций, иногда сцементированных в плиту. Для разработки имеет значение верхний слой мощность примерно 0,5 м с содержанием 14% Р2O5, а также средний толщиной 0,53 м и содержанием 16% Р2O5. Между этими горизонтами имеется прослойка глауконитового песка толщиной около 1 м.
Щигровское месторождение в Курской области относится к песчанистым фосфоритам. Желваки имеют разную величину и форму, сцементированы с песчаной породой в сплошную плиту («самород»). Иногда такие плиты содержат скопления желваков, свободно залегающих в рыхлой песчаной породе. Такого типа фосфориты встречаются в Воронежской, Тамбовской, Орловской, Брянской, Калужской и Смоленской областях. Содержание фосфора составляет 14-19% Р2O5, малопригодны для переработки и используются в виде фосфоритной муки.
Фосфориты Каратау образовались на подвижных участках земной коры, на месте которых позже возникли горные образования. Отличительной чертой месторождения является наличие мощных фосфатсодержащих слоёв сложного залегания с высоким содержанием фосфора. Слои чередуются с фосфатно-кремнистыми и фосфатнокарбонатными породами. В основном горизонте месторождения содержание Р2O5 составляет 26-29%. Наибольшую ценность представляют пластовые слои с мощностью до 7 м, содержание в них Р2O5 достигает 30-35% при 2-2,5% полуторных оксидов. Недостатком фосфоритов Каратау является повышенное содержанием магния, придающего им гигроскопичность. Для устранения этого свойства требуется дополнительная обработка, что влечет повышение стоимости продукции.
Классификация фосфорных удобрений
Фосфорные удобрения в зависимости от растворимости и доступности растениям классифицируются на три группы:
- содержащие фосфор в водорастворимой форме, относятся простой и двойной суперфосфат, фосфор хорошо доступен для растений;
- содержащие фосфор в нерастворимой в воде форме, но растворимой в слабых кислотах, например, в 2%-ной лимонной кислоте; относятся преципитат, томасшлак, мартеновский фосфатшлак, обесфторенный фосфат; фосфор доступен растениям;
- содержащие фосфор, нерастворимый в воде, плохо растворимый в слабых кислотах, растворимый в сильных кислотах; относятся фосфоритная мука, костная мука. Эти фосфорные удобрения не доступны для большинства культур, но могут усваиваться некоторыми растениями (люпин, гречиха) под действием кислотных выделений корней.
В связи с тем, что большинство почв имеют близкую к нейтральной реакцию, то наиболее эффективными фосфорными удобрениями считаются водорастворимые, которые широко распространены в мире. Технология переработки сырья для производства фосфорных удобрений направлена на перевод фосфора в доступную для растений форму.
Удобрения, содержащие фосфор в водорастворимой форме
К фосфорным удобрениям, содержащим фосфор в водорастворимой форме относятся суперфосфаты.
По способу производства и содержанию Р2O5 делятся на:
- простые,
- двойные,
- тройные.
По выпускаемой форме:
- порошковидные,
- гранулированные.
Водорастворимые формы применимы на всех типах почв, под все культуры и в разных приемах. Для повышения их эффективности проводят приемы, направленные на уменьшение химического поглощения почвой, то есть внесение гранулированных форм, рядковое и локальное внесение.
Суперфосфат простой
Суперфосфат простой, или дигидроортофосфат кальция, однозамещенный фосфат кальция, монокальцийфосфат, — Са(Н2РO4)2 — фосфорное удобрение, содержание Р2O5 16-20%. Хорошо растворим в воде и слабых кислотах.
Технология производства предложена Ю. Либихом. Первый завод по производству был построен в 1843 г. в Англии Лоозом — основателем Ротамстедской сельскохозяйственной опытной станции.
Благодаря простой и дешевой технологии производства суперфосфат является основным фосфорным удобрением, применяемым во всем мире.
Технологическая схема производства непрерывного типа. Сырьем служат природные фосфаты — апатитовый концентрат или фосфоритная мука. При обработке фосфатного сырья концентрированной серной кислотой образуется однозамещенный фосфат кальция и безводный сульфат кальция (гипс):
[Ca3(PO4)2]3⋅CaF2 + 7H2SO4 + 3H2O = 3Ca(H2PO4)2⋅H2O + 7CaSO4 + 2HF.
Образующийся гипс остается в составе удобрения, на его долю приходится до 40%.
Помимо образования дигидроортофосфата кальция, протекают побочные реакции с образованием свободной фосфорной кислоты:
[Ca3(PO4)2]3⋅CaF2 + 10H2SO4 = 6H3PO4 + 10CaSO4 + 2HF.
Примесь фосфорной кислоты в конечном продукте может составлять 5,0-5,5%, которая придает суперфосфату кислую реакцию и гигроскопичность.
При локальном дефиците серной кислоты в реакционной смеси происходит образование гидроортофосфата кальция:
[Ca3(PO4)2]3⋅CaF2 + 4H2SO4 + 12H2O = 6CaHPO4⋅2H2O + 4CaSO4 + 2HF.
Так как образующийся гипс не отделяется, содержание фосфора в продукте примерно в 2 раза меньше, чем в исходном сырье. По этой причине фосфориты с низким содержанием Р2O5 почти не пригодны для производства суперфосфата. Из апатитового концентрата получают суперфосфат с содержанием не менее 19% цитраторастворимого фосфора, в высшем сорте — не менее 19,5%.
88-98% фосфора в суперфосфате содержится в доступной для растений форме: водорастворимой — дигидроортофосфат кальция и фосфорная кислота и цитраторастворимой — гидроортофосфат кальция, на его долю приходится 10-25% доступного фосфора.
Готовый суперфосфат содержит небольшие примеси фосфаты кальция, железа и алюминия.
Свободная фосфорная кислота в суперфосфате препятствует насыщению гипса (СаSO4⋅2Н2O) водой, поэтому сульфат кальция остается безводным или СаSO4⋅0,5Н2O.
Конечный продукт производства — порошковидный суперфосфат, представляющий вещество светло-серого цвета. Свободная фосфорная кислота обуславливает гигроскопичность и влажность, которая должна быть не более 12-15%. При хранении и транспортировке порошковидный суперфосфат слеживается, теряет сыпучесть и рассеиваемость. При внесении в почву порошковидный суперфосфат подвергается быстрому химическому поглощению, при этом фосфор становится не доступным для растений.
Эти недостатки устраняются при гранулировании порошковидного суперфосфата.
Гранулированный суперфосфат не комкуется, не слеживается, обладает пониженной влажностью. Благодаря медленному растворению гранул в почвенной влаге и уменьшению площади контакта частиц удобрения с почвой снижается химическое связывание, что особенно важно это при внесении на кислых почвах с высоким содержанием полуторных оксидов. Гранулированный суперфосфат позволяет проводить более равномерное рассеивание.
Гранулированный суперфосфат содержит до 1-2,5% свободной фосфорной кислоты и до 1-4% влаги.
Процесс грануляции проводят в длинных (7,5 м) вращающихся барабанах, в которых порошковидный суперфосфат увлажняется до 16%, при вращении барабана окатывается, приобретая форму круглых небольших гранул разного размера. После подсушивания гранулят сортируют для удаления частиц менее 1 мм и более 4 мм. Получается фракция от 1 до 4 мм в диаметре. Более крупные гранулы измельчают и вместе с мелкими («ретур») возвращаются на повторную грануляцию. Ретур выполняет роль центров гранулообразования.
При грануляции свободную фосфорную кислоту нейтрализуют, добавляя аммиак, известь или фосфорит. При использовании в процессе аммиака получают аммонизированный суперфосфат, который содержит 1,5-3% азота. При нейтрализации фосфоритной мукой содержание фосфора в готовом удобрении повышается до 20-22%, но одновременно снижается относительное содержание водорастворимого фосфора.
Качество суперфосфата оценивается по содержанию фосфорной кислоты и доли фосфора, растворимой в воде и цитратном растворе — водный раствор лимоннокислого аммония и аммиака.
Простой суперфосфат применяется на всех типах почв. Главным недостатком является низкое содержание фосфора, что снижает его экономическую эффективность, прежде всего при транспортировке.
Двойной суперфосфат
Двойной суперфосфат — концентрированное фосфорное удобрение, которое получают из апатита или фосфорита путем обработки фосфорной кислотой. Содержит фосфор в виде дигидроортофосфата кальция [Са(Н2РO4)2], как и простой суперфосфат с примесью до 2,5% свободной фосфорной кислоты. Главное отличие от простого суперфосфата — отсутствие гипса.
Технология производства включает две стадии: на первой стадии получают фосфорную кислоту, на второй — двойной суперфосфат.
Для получения фосфорной кислоты применяют два способа.
При мокром экстракционном способе фосфорную кислоту получают обработкой фосфорита, в том числе с низким содержание фосфора, серной кислотой, с образованием фосфорной кислоты:
Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 + 6H2O = 2H3PO4 + CaSO4⋅2H2O.
Извлечение фосфорной кислоты производят 20-25%-м раствором серной кислоты, чтобы не растворять большого количества содержащихся полуторных оксидов. После чего фосфорную кислоту отделяют от осадка и концентрируют упариванием. Получаемая фосфорная кислота идет на обработку фосфорита с высоким содержанием фосфора и менее загрязненным примесями:
Са3(РO4)2 + 4H3PO4 + Н2О = 3Ca(H2PO4)2⋅Н2О.
Вторым способом получения фосфорной кислоты служит способ получения возгонкой фосфора из низкопроцентных фосфоритов при температуре 1400-1500 °С в электропечах или доменных печах. При этом выделяющийся элементарный фосфор собирают под водой, сжигают, а образующийся оксид фосфора нейтрализуют водой:
P2O5 + 3H2O = 2H3PO4.
Вторая стадия производства двойного суперфосфата — реакция фосфорной кислотой с фосфатным сырьем с высоким содержанием фосфора:
[Ca3(PO4)2]3⋅CaF2 + 14H3PO4 + 10H2O = 10Ca(H2PO4)⋅H2O + 2HF.
Исходное сырье для производства фосфорных удобрений определяет состав примесей. Лучший двойной суперфосфат получается из апатита, содержание в нем P2O5 составляет 45-49%, свободной кислоты не более 2,5%, доля водорастворимого P2O5 — не менее 85%.
Выпускают двойной суперфосфат в виде гранул светло-серого цвета. Стоимость 1 т Р2O5 двойного суперфосфата на 6-13% выше, чем в простого, однако высокая концентрация Р2O5 обусловливает экономию при транспортировке и хранении. Стоимость применения Р2O5 двойного суперфосфата на 8-13% меньше, чем простого.
По действию двойной суперфосфат в эквивалентной дозе не отличается от простого. Однако из-за отсутствия серы (в виде гипса) двойной суперфосфат может уступать простому на почвах с низким содержанием серы и под культурами, требовательными к серному питанию, например, бобовыми и крестоцветными. В этих случаях внесение двойного суперфосфата сочетают с серосодержащими удобрениями, например, с сульфатом аммония, сульфатом калия, сульфатом калия-магния.
Суперфос
Суперфос — новый перспективный вид концентрированного фосфорного удобрения с длительным действием. Получают химическим обогащением и обработкой смесью серной и фосфорной кислот фосфорной муки.
Расход кислот на производство 1 т Р2O5 в суперфосе — 1-1,3 т серной и 0,36 т фосфорной — в 2 раза меньше, чем на производство 1 т Р2О5 двойного суперфосфата. При этом использование Р2O5 фосфатного сырья достигает 95%.
Суперфос выпускают в гранулированном виде, содержит 38-40% Р2O5, 19-20% которых в водорастворимой форме. По эффективности действия не уступает двойному суперфосфату.
Удобрения, содержащие фосфор, нерастворимый в воде, но растворимый в слабых кислотах
Полурастворимые (цитраторастворимые) формы фосфорных удобрений применяют на всех типах почв и под все культуры, но их эффективность может сильно зависит от типа почв. На кислых почвах действие удобрений со щелочной реакцией, например, томасшлака и фосфатшлака, может быть выше, чем суперфосфата.
Преципитат (дикальцийфосфат)
Преципитат, или дикальцийфосфат, гидроортофосфат кальция, монокальцийфосфат, — СаНРO4⋅2Н2O. Получают взаимодействием ортофосфорной кислоты и известкового молока (раствора гидроксида кальция) или суспензии карбоната кальция:
2H3PO4 + 2Ca(OH)2 = 2(CaHPO4⋅2H2O);
H3PO4 + CaCO3 + H2O = CaHPO4⋅2H2O + CO2.
Количества исходных веществ берут в соотношении, соответствующему уравнению химической реакции.
Преципитат отделяют от жидкости, высушивают при температуре не более 100 °С для предотвращения потерь кристаллизационной воды, которая способствует растворимости преципитата.
Технология производства преципитата в качестве удобрения экономически не оправдана, поэтому его в основном используют для кормовых целей. В качестве удобрения его получают при утилизации слабых растворов ортофосфорной кислоты, которые являются отходами других производств, например, при производстве желатина на костеперерабатывающих заводах.
Преципитат на удобрение представляет собой белый или светло-серый порошок, не слеживающийся и хорошо рассеиваемый. В зависимости от исходного сырья содержит 25-35% цитраторастворимой формы Р2O5. Кормовой преципитат содержит 44% Р2O5, не более 0,2% Р, 0,001% Аs, 0,002% Рb.
По своему действию на урожай аналогичен суперфосфату, но используют только для основного внесения под вспашку в тех же дозах Р2O5, что и суперфосфат. На почвах, не насыщенных основаниями и сероземах, эффективность преципитата выше, чем суперфосфата, вследствие более сильного связывания фосфора суперфосфата. На чернозёмах действие суперфосфата тоже или несколько превосходит действие преципитата.
Обесфторенный фосфат
Обесфторенный фосфат, или ортофосфат кальция, трикальцийфосфат — Са3(РO4)2 содержат 28-32% лимоннорастворимого Р2O5. По содержанию Р2O5 удобрение относится к концентрированным фосфорным удобрениям.
Получают термической обработкой фосфатного сырья. Процесс заключается в обработке водяным паром смеси апатита или фосфорита с 2-3% кремнезема (песка) при температуре 1400-1550 °С. При этом, содержащийся в апатите фтор, отделяется в виде фтороводорода. Степень обесфторивания достигает 94-96%.
Химическая реакция гидротермического разложения апатита в присутствии кремнезема:
n[Ca3(PO4)2]3CaF2 + mSiO2 + nH2O = 10nCaO⋅3nP2O5⋅mSiO2 + nHF.
В полученном продукте в зависимости от сырья содержится до 30-32% (из апатита) или до 20-22% (из фосфорита) цитраторастворимой Р2O5.
Обесфторенный фосфат обладает хорошими физическими свойствами. В качестве основного фосфорного удобрения на дерново-подзолистых и черноземных почвах по эффективности не уступает суперфосфату.
Обесфторенный фосфат в основном используется для минеральной подкормки животных.
Томасшлак
Томасшлак, или плавленные магниевые фосфаты, содержит фосфор в виде тетракальцийфосфата (4СаО⋅Р2O5 или Са4Р2O9) или силикокарнатита (Ca4P2O9⋅CaSiO3). Согласно техническим условиям содержание лимоннорастворимой P2O5 должно быть не менее 14%. Занимают среди применяемых фосфорных удобрений небольшую часть.
Получают как побочный продукт переработки в железо и сталь фосфористого чугуна по способу С. Томаса. Так как примесь фосфора снижает качество металла, для его удаления С. Томас в 1879 г. предложил связывать фосфор свежеобожженной известью. При температуре 1800-2000° фосфор окисляется до Р2O5, связывание Р2O5 приводит к образованию известковых солей фосфорной кислоты. Эти соединения вместе с кремнекислым кальцием и другими примесями всплывают на поверхность расплавленного металла в виде шлака, который отделяют, после остывания дробят, размалывают и в таком виде используют в качестве фосфорного удобрения.
При избытке SiO2 образуется двойная соль тетракальциевого фосфата и кремнекислого кальция — силикокарнатита, при недостатке SiO2 — тетракальцийфосфат. Обе соли растворимы в 2%-й лимонной кислоте. В томасшлаке содержатся также труднорастворимые фосфаты.
Томасшлак представляет собой темный тяжелый порошок, содержит от 7-8% до 16-20% цитраторастворимой Р2O5. В виде примесей содержит силикат кальция, соединения железа, алюминия, ванадия, магния, марганца, молибдена и других.
Применяют как основное удобрение. Более эффективен на кислых почвах, так как имеет щелочную реакцию.
При внесении в почву в результате взаимодействия с почвенной влагой, содержащей растворенный углекислый газ (углекислоту), постепенно распадается с образованием свежеосажденного трикальцийфосфата, который доступен растениям.
Томасшлак применяют на всех типах почв, на которых фосфорные удобрения оказывают положительное действие на урожайность, однако его эффективность на разных почвах проявляется неодинаково. На чернозёмах — слабее, чем суперфосфата, на почвах Нечернозёмной зоны, особенно кислых торфянистых и песчаных, томасшлак более эффективен, так как уменьшает кислотность. Нейтрализующая способность томасшлака имеет значение при сочетании фосфорных удобрений с физиологически кислыми формами азотных удобрений.
Мартеновский фосфатшлак
Мартеновский фосфатшлак получают как побочный продукт при выплавке стали из чугуна в мартеновском производстве. Для связывания фосфора также используют известковые материалы.
Содержание фосфора в мартеновском шлаке составляет от 8 до 12% P2O5, почти весь в цитраторастворимой форме. Фосфатшлак содержит двойную соль тетрафосфата кальция и силиката кальция, примеси соединений железа, марганца, магния.
Используют в качестве основного фосфорного удобрения. Имеет сильнощелочную реакцию, поэтому больше подходит для кислых почв. Из-за низкого содержания фосфора целесообразно использовать недалеко от мест производства.
Термофосфаты
Термофосфаты содержат 18-34% Р2O5, получают сплавлением или спеканием природных фосфатов с карбонатами или силикатами натрия или калия, а также металлургическими шлаками, известью, кварцем. При этом труднодоступные формы фосфора переходят в лимоннорастворимую форму.
Температура плавления термофосфатов 1000-1200 °С. При высокотемпературной обработке происходит разрушение кристаллической решетки фосфатного сырья, фтор выделяется в виде фтороводорода, а фосфор переходит в доступную для растений аморфную форму Са3(PО4)2. Аморфная форма получается и остается стабильной при температуре 1180 °С. С понижением температуры она переходит в кристаллическую, плохо усвояемую. Поэтому для уменьшения такого перехода реакционную массу быстро охлаждают.
По составу и свойствам термофосфаты сходны с томасшлаком и могут применяться на всех почвах. Термофосфаты, полученные сплавлением со щелочными солями, растворимы в лимонной кислоте и растворе лимоннокислого аммония, обладают более лучшей доступностью для растений, чем томасшлак. Преимущество этого способа производства фосфорного удобрения заключается в том, что в качества исходного сырья могут использоваться низкопроцентные фосфориты и апатиты, непригодные в производстве суперфосфатов.
На кислых почвах оказывают более сильное действие, чем суперфосфат, особенно на подзолистых почвах.
Костяная (костная) мука
Костяная мука — побочный продукт переработки костей. Обезжиренные кости обрабатываются паром под давлением 1,5-2 атм с последующей промывкой водой для извлечения клея. Получается обезжиренная и обесклеенная костяная масса, которую обрабатывают соляной кислотой. При этом минеральные вещества Ca3(PО4)2, Mg3(PО4)2 растворяются, а мягкий остов костей, состоящий из оссеина, отделяется. При нагревании с водой оссеин дает высококачественный желатин.
Солянокислый раствор фосфатов обрабатывается «известковым молоком», при этом фосфаты осаждаются с образование преципитата по уравнению:
Н3РО4 + Са(ОН)2 = СаНРO4⋅2Н2О.
Обезжиренная и обесклеенная костяная мука содержит 30-35% Р2O5 и до 1% азота. Фосфор в костяной муке находятся в нерастворимой в воде форме, однако более доступной, чем фосфор фосфоритной муки. На эффективность костяной муки влияет кислотность почвы. Даже при слабокислой среде костяная мука оказывает хорошее действие на урожай культур.
Плавленый фосфат магния
Плавленый фосфат магния содержит 20% Р2O5 в лимоннорастворимой форме и 12% MgO. Получают сплавлением фосфорита с силикатным оливинитом или серпентинитом.
Целесообразно применять на супесчаных почвах, на которых культуры хорошо отзываются на магний.
Красный фосфор
Красный фосфор содержит 229% фосфора в пересчете на Р2O5. Перспективное самое высококонцентрированное фосфорное удобрение. Для перевода его в доступную для растений форму в почве применяют одновременно катализатор, например, медь, около 1% от массы фосфора.
На дерново-подзолистой почве, через 3 недели после заделки, 20% красного фосфора переходят в доступные для злаковых культур соединения. По эффективности не уступает суперфосфату, в последействии — превосходит его.
Удобрения, содержащие фосфор, плохо растворимый в слабых кислотах, но растворимый в сильных кислотах
Труднорастворимые удобрений оказывают достаточно хорошее действие на кислых почвах Нечерноземной зоны и на почвах северной части Черноземной зоны (выщелоченных и оподзоленных черноземах).
Фосфоритная мука
Фосфоритная мука представляет собой тонкоразмолотый фосфорит. Применяют в качестве удобрения на кислых дерново-подзолистых, серых лесных и торфянистых почвах, на оподзоленных и выщелоченных черноземных почвах и красноземах. На типичных, обыкновенных и южных черноземах действие фосфоритной муки слабее и нестабильно.
Фосфоритная мука — самое дешевое удобрение. По объему производства и применения занимает второе место после суперфосфата. Производство сводится к отделению от фосфатного сырья грубых примесей (песок, глина), измельчению на куски размером 1-З см и размалыванию до тонкой муки. Тонина помола фосфоритной муки влияет на её эффективность. Согласно требованиям технических условий не менее 80% массы фосфоритной муки должно иметь размер частиц не более 0,17 мм.
В качестве сырья используют желваковые, чаще низкопроцентные фосфориты, без выраженной кристаллической структуры. При размоле такого сырья получается мука, пригодная для непосредственного внесения, но малопригодная для химической переработки. К таким фосфоритам относится сырье, получаемое на Егорьевском, Щигровском, Сещинском, Крыловецком, Кинешемском месторождениях.
Фосфоритная мука представляет собой порошок серого, темно-серого или коричневого цвета. Содержание Р2O5 в удобрении первого сорта составляет 28-30%, второго — 22-24%, третьего — 19-21%. Удобрение негигроскопично, не слеживается, хорошо рассеивается, сильно пылит.
Фосфор в фосфоритной муке содержится в виде фторапатита — [Са3(РO4)2]3СаF2, который нерастворим в воде, плохо растворим в слабых кислотах, поэтому малодоступен для большинства растений.
На эффективность фосфоритной муки влияет происхождение и состав фосфоритов, тонина помола, биологические особенности культур, свойства почвы и кислотность сопутствующих удобрений.
Фосфоритная мука взаимодействует с почвой, обладающей актуальной и потенциальной кислотностью, с постепенным разложением фосфата кальция, его трансформацией в дикальцийфосфат:
Ca3(PO4)2 +2H2О+ 2СO2 → 2CaHPO4 + Ca(HCO3)2.
Согласно исследованиям, почвы с гидролитической кислотностью менее 2,5 мг⋅экв/100 г, плохо разлагают фосфорит, поэтому его эффективность на таких почвах низкая. Напротив, чем выше гидролитическая кислотность, тем эффективнее действие фосфоритной муки. Этим объясняется положительное действие фосфоритной муки на деградированных и выщелоченных чернозёмах, на которых обменная кислотность небольшая, а гидролитическая высокая.
Почвы с небольшой емкостью поглощения при гидролитической кислотности 3-3,5 ммоль/100 г почвы и насыщенностью основаниями 50-60%, как правило, имеют кислую реакцию (5,0-5,5), которая обусловлена обменной кислотностью. При большой емкости поглощения, гидролитической кислотности равной 6-7 ммоль/100 г почвы и степени насыщенности 75-85% реакция близка к нейтральной (6,0-6,5). Поэтому, высокое действие фосфоритной муки будет проявляться при высокой кислотности и меньшей степени насыщенности почв основаниями.
На действие фосфоритной муки влияет емкость поглощения и степень насыщенности основаниями почвы. При одинаковой гидролитической кислотности эффективность повышается с уменьшением емкости поглощения.
С повышением тонины помола возрастает суммарная поверхность взаимодействия фосфоритной муки с почвой.
Таблица. Влияние тонины помола фосфоритной муки на её эффективность (А.Н. Лебедянцев)
Эффективность действия фосфоритной муки зависит от биологических особенностей растений. Результаты опытов Д.Н. Прянишникова, П.С. Коссовича и других ученых позволили разделить выделить сельскохозяйственные культуры на группы по их способности усваивать фосфор из труднорастворимых фосфатов. К растениям с хорошей способностью усваивать труднорастворимые фосфаты относятся люпин, гречиха, горчица; несколько меньше горох, эспарцет, донник и конопля. Все злаки, лен, свекла, картофель, вика могут усваивать фосфор из фосфоритной муки только после взаимодействия с кислыми почвами. Не усваивают фосфор фосфоритной муки ячмень, яровая пшеница, лен, просо, томат, репа.
Способность растений усваивать труднорастворимые фосфаты меняется с возрастом. Большинство растений плохо усваивать труднодоступные формы в первый период жизни, в дальнейшем эта способность увеличивается.
Большинство ученых объясняют способность усваивать труднорастворимые фосфаты количеством и составом кислотных корневых выделений растений. Ф.В. Чириков объясняет эту способность повышенным потреблением кальция: растения, поглощающие больше кальция, лучшей усваивают фосфор.
На усвоение фосфора из фосфоритной муки, как это установил Д.Н. Прянишников, зависит также от сопутствующих удобрений: физиологически кислые удобрения повышают доступность фосфора, физиологически щелочные удобрения и известковые материалы — снижают.
Фосфоритная мука получила в странах бывшего СССР широкое распространение. Вероятно, в дальнейшем ее использование будет расширяться. Недостатком фосфоритной муки является то, что она сильно пылит. Для уменьшения пыления могут применяться:
- смеси фосфоритной муки с хлористым аммонием в соотношении N:Р2O5 = 1:1; при этом содержание каждого питательного элемента составляет 14%, пылеватость исключается, а содержание лимоннорастворимого фосфора возрастает в 1,5 раза.
- Воздействие на фосфоритную муку расплавленным дисульфатом калия при температура 205-210 °С в течение 50-60 минут в шнековом смесителе: пылеватость устраняется, содержание Р2O5 составляет 16%, из которых 70% в лимоннорастворимой форме, содержание К2O — до 17%.
На эффективность фосфоритной муки влияет геологический возраст и минералогический состав фосфорита. Фосфориты древнего происхождения с кристаллическим строением характеризуются плохой доступностью для растений, особенно апатит.
Для повышения доступности фосфоритную муку компостируют с верховым торфом или навозом. В компостах эффективность возрастает с кислым торфом при соотношении торфа к муке 100:1. Фосфоритную муку применяют для приготовления торфонавозных и навозофосфоритных компостов.
Фосфоритную муку для лучшего разложения вносят заблаговременно под глубокую вспашку в увлажненный слой. Внесение в двойных или тройных дозах, оказывает длительное последействие.
В России кислые почвы под пашней занимают около 50 млн га. Для них, как правило, характерно низкое содержание подвижного фосфора.
Вивианит (болотная руда)
Вивианит, или болотная руда, фосфорнокислая закись железа — Fe3(PO4)2⋅8Н2O. Содержит 28% Р2O5. Встречается под слоем торфа в виде белёсой массы.
Является хорошим источником фосфора для культур на дерново-подзолистых, серых лесных почвах и выщелоченных чернозёмах. Вивианит легко разрыхляется при высыхании, хорошо рассеивается.
Фосфоритование
Фосфоритование — внесение труднорастворимых фосфатов (фосфоритной муки) в севообороте на несколько лет вперед, является одним из приемов повышения плодородия почв, особенно кислых, эффективности минеральных удобрений и увеличения урожайности культур. Фосфоритная мука вносится большими дозами до 1-1,5 т/га, что обеспечивает фосфорным питанием растения в течение 6-8 лет, улучшает питательный режим и повышает продуктивность севооборота.
Улучшение фосфатного режима приводит к увеличению эффективности других удобрений. Фосфоритование — мелиоративным приемом повышения плодородия кислых почв, эффективность которого зависит от кислотности и обеспеченности подвижным фосфором. В первую очередь фосфоритование проводять при pH ниже 5,5 и содержании подвижного фосфора до 5 мг/100 г почвы.
Фосфоритование в севообороте оптимально проводить в пару под озимые культуры и зерновые с подсевом бобовых трав, которые, способны усваивать труднорастворимый фосфор, лучше накапливают азота и способствуют повышению продуктивности последующих культур севооборота.
Фосфоритование применяют для коренного улучшения лугов и пастбищ. При этом внесение извести и фосфорной муки проводят раздельно, например, перед вспашкой и после нее, в разные слои почвы.
Фосфоритование обязательный прием улучшения вновь осваиваемых низкоплодородных земель, при осушении, разработке торфяников и низкоплодородных кислых лугов на минеральных почвах. Нормы внесения фосфоритной муки составляют не менее 200 кг Р2O5, или 1 т в муки. Для более точного расчета дозы используют нормативы расхода питательного вещества для повышения подвижного фосфора на 1 мг/100 г почвы.
Таблица. Нормы удобрений на увеличение содержания подвижного фосфора на 10 мг P2O5/кг почвы (по Литваку Ш.И., 1990; Сычеву В.Г., Шафрану С.А., 2013)
| Дерново-подзолистая | песчаная и супесчаная | по Кирсанову | ||
| легкий суглинок | ||||
| средний суглинок | ||||
| тяжелый суглинок | ||||
| Серая лесная | песчаная и супесчаная | по Кирсанову | ||
| суглинистая | ||||
| тяжелый суглинок | ||||
| Чернозём оподзоленный | легкий суглинок | по Чирикову | ||
| суглинок | ||||
| Чернозём выщелоченный | тяжелый суглинок | по Чирикову | ||
| Чернозём типичный | тяжелый суглинок | по Чирикову | ||
| Чернозём обыкновенный | суглинок | по Чирикову | ||
| тяжелый суглинок | ||||
| Чернозёмы карбонатные | В среднем | по Мачигину | ||
| Каштановые | В среднем | по Мачигину | ||
Пример. Исходные данные: почва дерново-подзолистая супесчаная; pH 4,5; содержание подвижного фосфора 4,6 мг/100 г почвы; планируемое — 9 мг/100 г почвы.
Дозу фосфоритной муки определяют по формуле:
Д = (В — А) ⋅ С, или
Д = (9,0 — 4,6) • 60 = 264 кг Р2O5/га,
где Д — доза, кг/га Р2O5; В — планируемый уровень содержания, мг Р2O5/100 г почвы; А — фактическое содержание, мг Р2O5/100 г почвы; С — расход Р2O5 для повышения его содержания на 1 мг/100 г почвы.
Взаимодействие фосфорных удобрений с почвой
Растворимость фосфорных удобрений, в том числе водорастворимых, ниже азотных и калийных. При внесении в почву по мере растворения фосфат-ион переходит в соединения, характерные для определенного типа почвы и обусловленные генетическими особенностями, физико-химическими и минералогическими свойствами, степенью окультуренности. Скорость этого процесса медленная, поэтому часть внесенных фосфорных удобрений, особенно в гранулированном виде или в полурастворимых и нерастворимых формах, сохраняются длительное время в неизменном виде.
Трансформация растворимого фосфора удобрений может быть обусловлена:
- химическим поглощением фосфат-ионов катионами кальция, магния, оксидами и гидроксидами железа, алюминия, марганца и титана;
- коллоидно-химическим (обменным) поглощением на поверхности твердой фазы почвы;
- биологическим поглощением корневыми системами растений и почвенной микрофлорой.
Обменное поглощение (адсорбция) фосфат-ионов происходит на поверхности положительно заряженных коллоидных частиц, например, коллоидах гидратов полуторных оксидов, или на положительно заряженных участках отрицательно заряженных коллоидов, например, на минералах каолинитовой и монтмориллонитовой групп и гидрослюд, коллоидов белковой группы. Обменное поглощение сильнее выражено в кислой среды. Например, иллит (минерал группы гидрослюд), бентонит (монтмориллонитовой группы) и каолинит адсорбировали при рН 4-4,5 от 7,7 до 9,7 мг-экв Н2РO4— на 100 г минерала. Существенных различий в поглощении анионов минералами монтмориллонитовой и каолинитовой групп, как в случае с обменным поглощением катионов, не отмечалось. Реакция среды приводит к изменению электрического потенциала почвенных коллоидов. Подкисление почвенного раствора способствует лучшему поглощению анионов; подщелачивание, напротив, вызывает уменьшение поглощения. Поэтому для почв со слабокислой и нейтральной реакцией, обменное поглощение слабее (Антипов—Каратаев и др.):
Обменное поглощение фосфат-ионов на обыкновенном черноземе Каменной степи подтверждается также И.П. Сердобольским.
Согласно данным ВИУА, адсорбционное поглощение дерново-подзолистыми почвами составляет 70-80% общего количества поглощенных фосфатов.
Обменно-поглощенные анионы фосфорной кислоты могут вытесняться в раствор (десорбция) другими анионами минеральных и органических кислот, например, гидрокарбонат-ионом, лимонной, яблочной, щавелевой, муравьиной, гуминовыми кислотами. Эти анионы всегда присутствуют в почвенном растворе в результате дыхания растений и их корневых выделений, а также микробиологического разложения растительных остатков и органических удобрений. Таким образом недостатка в анионах для десорбции фосфатов не бывает. Это определяет хорошую подвижность и доступность растениям обменно-поглощенных фосфатов. По результатам исследований, доступность обменно-поглощенных фосфатов близка к водорастворимым. Однако последних в почвенном растворе мало, поэтому именно обменно-поглощенные фосфаты играют важную роль в фосфорном питании растений.
Часть фосфатов удобрений, растворившихся в почвенном растворе, поглощается почвой за счет химического связывания. Особенности химического поглощения обусловливаются типом почвы и ее кислотностью.
Значение рН почвы определяет растворимость солей кальция, магния, алюминия, железа, марганца, титана, которые, при взаимодействии с водорастворимыми фосфатами, переводят его в труднорастворимые соединения. Например, при рН менее 5 в почве увеличивается содержание ионов алюминия, а при рН менее 3 — ионы железа. Принято считать, что наименьшее связывание фосфатов и наибольшая подвижность приходится на интервал рН 5,0-5,5. На более кислых почвах происходит поглощение оксидами алюминия и железа, на менее кислых — кальцием и магнием.
Таким образом на почвах с близкой к нейтральной реакцией среды водорастворимые, фосфорные удобрения-монофосфаты [(Са(Н2РO4)2⋅Н2O] через некоторое время превращаются за счет химического поглощения в двузамещенные фосфаты кальция и магния (СаНРO4⋅2Н2O или МgНРO4) и остаются долгое время в доступной для растений форме. В дальнейшем происходит постепенное замещение водорода двузамещенной соли на кальций или магний с образованием трехзамещенных фосфатов Са3(РO4)2, Мg3(РO4)2, а в последствии и основного фосфатов октакальцийфосфата [Са4Н(РO4)3⋅ЗН2O], растворимость при этом постоянно снижается.
Однако, пока эти соли находятся в свежеосажденном аморфном состоянии, они сохраняют свойство растворяться в слабых кислотах, что обуславливает некоторую доступность растениям. Только по мере кристаллизации («старения») трехзамещенных и основных фосфатов, они теряют свойство доступности. Процесс «старения» фосфатов называется ретроградацией фосфатов.
В дерново-подзолистых почвах с кислой и слабокислой реакцией химическое связывание фосфат-ионов обусловлено подвижными полуторными оксидами:
Al(OH)3 + H3PO4 → AlPO4 + 3H2O;
Fe(OH)3 + H3PO4 → FePO4 + 3H2O.
Свежеосажденные аморфные фосфаты алюминия и железа также остаются некоторое время доступными для растений, но по мере «старения» становятся нерастворимыми. Химическому поглощению подвержены как водорастворимые фосфаты удобрений, так и фосфаты, перешедшие в раствор из обменно-поглощенного состояния в результате десорбции.
Интенсивность химического и коллоидно-химического поглощения фосфатов удобрений находится в прямой зависимости от содержания подвижных форм полуторных оксидов. Фосфорная кислота в результате биологического поглощения способна закрепляться в почве, в теле микроорганизмов. По энергии поглощения фосфатов растворимых удобрений почвы можно расположить в следующей последовательности: краснозёмы > подзолистые почвы > чернозёмы > серозёмы.
Процесс поглощения фосфатов удобрений почвой и дальнейшая трансформация протекают очень медленно. Опыт длительного внесения высоких доз фосфатных удобрений в несколько раз превышающих вынос Р2O5 показал, что большая часть фосфора накапливается в почвах в легкорастворимой форме в количествах до 600-1000 мг/кг почвы.
При этом происходит зафосфачивание почв. Это явление отмечается в ряде европейских стран, применявших фосфорные удобрения более столетия. В конце 80-х годов зафосфачивание происходило и в России в зоне свеклосеяния и некоторых хозяйствах Московской области.
Полевые и вегетационные опыты показали, что «остаточный», то есть ранее не использованный фосфор удобрений остается доступным растениям. Так, последействия ранее внесенных фосфорных удобрений на Ротамстедской опытной станции отмечаются более 50 лет.
Эти опыты показывают, что закрепления «намертво» фосфатов в почве в значительных количествах не происходит. Имеются сведения о возможности мобилизации фосфатных ресурсов почв в условиях дефицита фосфорных удобрений. При этом происходит постепенная трансформация труднорастворимых фосфатов в растворимые.
Однако длительное возделывание культур в условиях дефицита фосфорных удобрений приводит к истощению запасов почвы и постепенной их деградации.
Эффективность фосфорных удобрений
Эффективность фосфорных удобрений зависит от:
- почвенно-климатических условий;
- свойств удобрений;
- зональных особенностей почв;
- биологических особенностей культур;
- агрохимических методов оптимизации применения фосфорных удобрений;
- содержание фосфатов;
- влагообеспеченности.
Особенности применения фосфорных удобрений с учетом их растворимости:
- фосфаты, растворимые в воде, применяют на всех почвах, под все культуры и в разных приемах;
- эффективность фосфатов, растворимых в слабых кислотах, зависит от почв, например, на кислых почвах их действие выше, чем суперфосфатов;
- труднорастворимые фосфорные удобрения эффективны на кислых почвах Нечернозёмной зоны и на северных выщелоченных и деградированных чернозёмах.
На всех почвах более устойчивое действие на урожай оказывают суперфосфат и преципитат.
Влияние содержания фосфора в почве на эффективность
Фосфорные удобрения оказывают большее влияние на урожайность на почвах с низким и средним содержанием подвижного фосфора, тогда как на почвах с повышенным и высоким содержанием — действие проявляется слабо или отсутствует.
На дерново-подзолистых и серых лесных почвах оптимальное содержание подвижного фосфора по методу Кирсанова составляет 10-15 мг/100 г. Этот уровень обеспеченности считается достаточным для получения в нормальных климатических условиях и на фоне азотно-калийных удобрений высоких урожаев полевых культур, например, зерна — до 5,5 т/га, сена многолетних трав — 5,5-7,0 т/га. Та же величина оптимального содержания подвижного фосфора по методу Чирикова принята для некарбонатных черноземов. На карбонатных черноземах, каштановых и сероземных почвах оптимальное содержание по методу Мачигина — 3-4,5 мг/100 г.
При содержании подвижного фосфора в дерново-подзолистых почвах 10-12 мг/100 г прибавки урожая от внесения фосфорных удобрений оказываются нестабильными, а при 15 мг/100 г — эффект, как правило, отсутствует. Полный отказ от фосфорных удобрений на таких почвах нецелесообразен, так как приводит к обеднению почв подвижными фосфатами, поэтому вносят компенсирующие вынос Р2O5 растениями дозы удобрений. Агротехнически оптимальным можно считать сочетание внесения в основное удобрение труднорастворимых форм с рядковым (стартовым) внесением растворимых.
Фосфорные удобрения обязательно вносят при высоких дозах азотно-калийных удобрений для избежания дисбаланса в соотношении элементов (N:Р:К).
Применение удобрений на почвах с низким содержанием фосфора должно обеспечивать постепенное повышение содержания до оптимального уровня. Для этого дозы рассчитывают не только на плановый урожай, но и на повышение плодородия почв. Для повышения содержания подвижного фосфора в почве на 1 мг/100 г можно применять разработанные Всероссийским научно-исследовательским и проектно-технологическим институтом химизации сельского хозяйства нормы расхода питательных веществ.
Таблица. Расход питательных веществ для повышения содержания подвижного фосфора в почве на 1 мг/100 г2Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.
| Дерново-подзолистые | Песчаные и супесчаные | |
| Легко- и среднесуглинистые | ||
| Глинистые и тяжелосуглинистые | ||
| Серые лесные | Песчаные и супесчаные | |
| Легко- и среднесуглинистые | ||
| Глинистые и тяжелосуглинистые | ||
| Черноземы оподзоленные и выщелоченные | Песчаные и супесчаные | |
| Легко- и среднесуглинистые | ||
| Глинистые и тяжелосуглинистые |
Влияние влагообеспеченности
Эффективность фосфорных удобрений зависит от влагообеспеченности культур. По мере увеличения континентальности климата, которое приводит к уменьшению влагообеспеченности, эффективность снижается. Однако, фосфорные удобрения способствуют экономному расходованию растениями влаги, поэтому смягчают действие дефицита влаги.
Эффективность фосфорных удобрений в зависимости от типа почвы
На черноземных почвах фосфорные удобрения показывают хорошую эффективность, что объясняется достаточным обеспечением почвы азотом и развитием корневых систем растений. На удобренном фосфором фоне растения на 10-15% меньше расходуют воды для создание единицы урожая.
На серых лесных почвах действие фосфора снижается из-за ухудшения обеспеченности азотом и подвижностью в них фосфорорганических соединений.
На дерново-подзолистых почвах фосфорные удобрения показывают достаточно высокую эффективность при условии применения в сочетании с другими удобрениями, при соблюдении агротехнических и мелиоративных мероприятий.
Влияние свойств удобрений
Во избежание потерь азота при внесении фосфорных и азотных удобрений соблюдать следующие правила:
- Нельзя смешивать щелочные формы фосфорных удобрений с аммонийными формами азотных удобрений.
- Сухой суперфосфат смешивают с аммиачной селитрой перед внесением, так их смесь при долгом хранении отсыревает.
- Смешивание суперфосфата и сульфата аммония приводит к образованию гипса, смесь при длительном хранении затвердевает.
- При смешивании кислого суперфосфата с нитратными удобрениями приводит к образованию свободной азотной кислоты, которая быстро улетучивается:
Н3РО4 + NaNO3 = NaH2PO4 + HNO3.
- Перед внесением избыточную кислотность суперфосфата, негативно действующую на молодые растения, устраняют путем механического смешивания с фосфоритной (до 15%), доломитовой мукой (до 10%) или известью.
Приемы внесения фосфорных удобрений
Фосфорные удобрения, как правило, вносят в два приема: припосевное (припосадочное) и основное. Учитывая низкую подвижность фосфатов в почве при слабом развитии корневой системы в начальный период роста, роль припосевного внесения фосфорных удобрений имеет большое значение в формировании высоких урожаев.
Даже на почвах с высоким содержанием подвижного фосфора концентрация фосфат-ионов в почвенном растворе бывает недостаточной для достаточного обеспечения растений фосфором на ранних этапах роста. Рядковое (стартовое) внесение фосфорных удобрений проводят в дозах 7-20 кг/га Р2O5. При этом применяют только водорастворимые легкодоступные формы — гранулированные суперфосфаты. Порошковидные суперфосфаты в условиях весны быстро отсыревают, комкуются и забивают туковысевающие аппараты.
Согласно данным ЦИНАО, 1 т гранулированного суперфосфата при рядковом внесении дает прибавку зерна 5-6 т, при основном внесении — 1-2 т. Фосфорные удобрения также влияют на качество продукции: увеличивается содержание белка в зерне, сахаристость корнеплодов сахарной свеклы, крахмалистость клубней, ускоряется созревание.
Хороший эффект дает водорастворимые фосфорные удобрения, чаще всего гранулированный суперфосфат, при внесении при посеве культуры в лунки, гнезда. Удобрение вносят комбинированными сеялками. Под сахарную свеклу, картофель и другие культуры суперфосфат вносят комбинированными сеялками одновременно с азотными или азотно-калийными удобрениями. По данным опытов, 0,5 ц гранулированного суперфосфата или 10 кг Р2O5 на 1 га позволяет получить дополнительно 2,5-3 ц/га зерна. При дефиците фосфорных удобрений внесение суперфосфата под зерновые культуры при посеве показывает хорошую эффективность.
Подкормки суперфосфатом могут быть эффективны:
- при внесении недостаточных доз фосфорных удобрений в основном приеме, под зяблевую вспашку;
- в районах достаточного увлажнения или при орошении;
- на почвах с сильным химическим поглощением при длительном соприкосновении суперфосфата с почвой, особенно на кислых с высоким содержанием полуторных оксидов.
В остальных случаях подкормки менее эффективны, чем внесение аналогичных доз до посева или в рядки.
Большое разнообразие типов почв России позволяет успешно применять для основного удобрения все виды фосфорных удобрений.
Сроки внесения фосфорных удобрений
Сроки внесения имеет большое значение для труднорастворимых фосфатов. Вносят их заблаговременно, осенью, чтобы часть фосфатов кальция успела к вегетационному периоду трансформироваться в более доступные формы.
Глубина заделки фосфорных удобрений
Из-за низкой подвижности фосфатов в почве глубина заделки основного фосфорного удобрения имеет большое значение. Поэтому стремятся создать запасы доступного фосфора в зоне расположения активной части корневой системы растений. Особенно важно это в засушливых условиях, где верхняя часть пахотного слоя летом пересыхает. Так, в опыте с 32Р поверхностное внесение суперфосфата на пастбище при дозе 450 кг/га Р2O5 не привело к проникновению фосфора глубже 2,5 см.
Глубина и расположение удобрений зависят от способа заделки.
Таблица. Размещение удобрений в пахотном слое почвы в зависимости от способа их заделки, %3Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.
Из приведенных данных видно, что заделка боронами или культиваторами сосредотачивает основную часть удобрений в верхнем (0-9 см) слое. Более равномерная заделка достигается плугом без предплужника, более глубокая — плуг с предплужником, однако при этом в верхнем слое удобрения остается мало. В последнем случае возникает необходимость рядкового припосевного удобрения. Внесенные фосфорные удобрения не мигрируют по профилю почвы и остаются в местах заделки. Только последующие обработки изменяет их расположение в пахотном слое.
Поэтому глубина вспашки под конкретную культуру определяет и глубину заделки основного фосфорного удобрения.
Оптимизация доз фосфорных удобрений
Почвы с достаточными запасами фосфора за счет систематического внесения удобрений, способны длительное время обеспечивать культуры оптимальным фосфорным питанием. Фосфор смягчает действие экстремальных погодных условий на растения, высокий урожай может сформироваться даже в условиях засухи, низких или высоких температур.
В практике мирового земледелия, особенно в странах Европы, повышение содержания фосфора в почве в севообороте достигается периодическим внесением высоких доз фосфорных удобрений. Благодаря сохранению фосфора в доступной для растений форме, слабой миграции по профилю почвы и отсутствию потерь, а также данные об оптимальных уровнях подвижного фосфора для сельскохозяйственных культур, позволяют рассчитать нормы внесения фосфорных удобрений, необходимых для достижения оптимального фосфатного питания. Основной путь поддержания оптимального питания фосфором является внесение минеральных и органических удобрений.
Агрохимия накопила достаточно знаний об этом биогенном элементе, существует еще ряд нерешенных проблем:
- Низкий коэффициент использования фосфора удобрений отдельными культурами и, в целом, в агроценозе.
- Систематическое внесение высоких доз фосфорных удобрений и зафосфачивание почв приводит к нарушению баланса других биогенных элементов, что ухудшает питательный режим.
- Содержащиеся в фосфорных удобрениях в виде примесей различные вещества, в том числе тяжелые металлы, оказывают негативное загрязняющее воздействие на окружающую среду и, попадая в растения, сельскохозяйственную продукцию.
- Иммобилизация (ретроградация) фосфора в почве в результате химического поглощения. Особенно интенсивно эти процессы протекают на карбонатных чернозёмах, красноземах, кислых дерново-подзолистых почвах с высоким содержанием полуторных оксидов алюминия и железа.
- Мобилизация фосфатов почвы. Особенно важно для тех земледельческих районов и почвах, где в результате систематического внесения больших доз фосфорных удобрений создались запасы, превышающие оптимальный фосфатный уровень.
Оптимизация фосфорного питания сельскохозяйственных культур зависит от спецификации севооборотов в конкретных почвенно-климатических условиях. Сложность оптимизации фосфорного питания растений связана со связыванием ряда биогенных элементов, таких как, цинк, медь и нарушением баланса питательных элементов в почве.
Разработка и применение оптимальных доз фосфора связаны с комплексом агротехнических, химических и биологических приемов мобилизации фосфора, накопленного в результате систематического внесения фосфорных удобрений. Так, применение физиологически кислых азотных и калийных удобрений в сочетании с микроэлементами мобилизует фосфор на зафосфаченных чернозёмах, сероземах и каштановых почвах. В этом случае можно на протяжении длительного времени получать высокие урожаи культур без внесения фосфорных удобрений. Известкование кислых дерново-подзолистых почв также способствует мобилизации фосфатов почвы, связанные полуторными оксидами алюминия и железа.
При решении проблем оптимизации фосфорного удобрения с учетом фосфатного режима почвы необходимо учитывать:
- Объективная оценка эффективности фосфорных удобрений проводится не только по продуктивности отдельных культур, но и севооборота.
- Методы оценки фосфатного уровня и оптимизации фосфорного удобрения зависят от способов определения подвижного фосфора в почве.
- Для объективной оценки следует учитывать как содержание подвижного фосфора по принятому для данного типа почв методу, так и его подвижности в слабо солевых вытяжках.
На дерново-подзолистой легкосуглинистой почве оптимальным содержанием подвижного фосфора в пахотном слое принято считать 10-15 мг/100 г почвы. На таких почвах при условии хорошей агротехники и обеспеченности растений азотом и калием среднегодовая продуктивность полевого севооборота составляет 45-50 ц зерновых единиц основной продукции. Более высокое содержание подвижного фосфора приводит к снижению окупаемости фосфорных удобрений.
Оптимальный фосфатный режим на серых лесных почвах близок к режиму дерново-подзолистых почв при использовании метода Кирсанова. Такая же величина оптимального содержания подвижного фосфора установлена для чернозёмов, при определении по методу Чирикова. На карбонатных чернозёмах, сероземных и каштановых почвах оптимальный уровень составляет 3-4,5 мг/100 г почвы по методу Мачигина.
Для оптимизации фосфорного удобрения помимо оптимального содержания используют:
1. Балансовый коэффициент использования, или коэффициент баланса, коэффициент выноса. Показывает долю выноса питательных веществ от внесенных с удобрениями, рассчитывается по формуле:
где Кб — коэффициент баланса; В — вынос фосфора с урожаем; Д — доза внесенного фосфора.
2. Коэффициент компенсации возмещения, или интенсивность баланса (Кв), величина, обратная Кб, равен:
Коэффициент баланса — меру эффективности удобрений при соответствующем содержании питательных элементов для данных почвенных условий.
Увеличение или уменьшение дозы удобрений (Копт, %) в соответствии с выносом питательного вещества рассчитывается по формуле:
Оптимальная доза удобрений рассчитывается по формуле:
Допт = Вопт ⋅ V%.
Тогда, степень обеспечения почв фосфором в зависимости от содержания его подвижной формы (К) равна:
К = Допт — Вопт.
При низкой обеспеченности почв подвижным фосфором К составляет 48-55 кг Р2O5/га, при средней — 17-20 кг Р2O5/га, при высокой — 3-6 кг Р2O5/га.
3. Дозы фосфорных и калийных удобрений рассчитываются по формуле:
ДР(К) = ВП — SO + СР(К),
где ДР(К) — доза фосфорных или калийных удобрений, кг д.в./га; ВП — вынос фосфора или калия с планируемым урожаем, кг/га; SO — содержание фосфора или калия в органических удобрениях, кг/га; CР(K) — количество фосфора или калия, увеличивающее содержание этих элементов на 10 мг/кг в почвах с низким содержанием и на 5 мг/кг в почвах со средним содержанием питательных веществ, кг/га.
За оптимальный уровень принимается содержание подвижного фосфора в почве, при котором достигается не менее 90-95% от максимального урожая, а недостающие 5-10% восполняются фосфором удобрений для компенсации выноса с планируемым урожаем.
Обобщение результатов длительных опытов позволило разработать общие принципы дифференциации доз удобрений, учитывающие конкретные условия.
Таблица. Дифференциация доз фосфорных удобрений и вынос фосфора растениями в зависимости от обеспеченности почв подвижным фосфором4Агрохимия. Учебник/В.Г. Минеев, В.Г. Сычев, Г.П. Гамзиков и др.; под ред. В.Г. Минеева. — М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. — 854 с.
*За единичную дозу (коэффициент дифференциации 1) принята доза Р60.
**В рядок при посеве.
Дозы Р2O5 для припосевного внесения определяются культурой. Некоторые из них, например, кукуруза и подсолнечник, могут угнетаться при непосредственном контакте семян с суперфосфатом. Поэтому создают почвенную прослойку между семенами и удобрением; дозы Р2O5 при этом составляют — 7-10 кг/га.
Зерновые и овощные культуры, лен, конопля менее чувствительны и положительно реагируют на гранулированный суперфосфат в дозе примерно 10 кг/га, допустимо смешивание его с семенами перед высевом обычной рядовой сеялкой. При этом семена и удобрения должны быть сухими, гранулы — обладать хорошей механической прочностью, не размалываться в высевающем аппарате и не забивать его. Суперфосфат должен обладать нейтральной или слабокислой реакцией. Кислый суперфосфат даже при кратковременном контакте с семенами (до 2 ч) уменьшает всхожесть семян озимой ржи, ячменя, яровой пшеницы, льна и столовой свеклы. При кислотности менее 1%, его можно смешивать с семенами ржи и свеклы не ранее чем за 2 ч до посева, с остальными перечисленными культурами — за 4-8 ч. Нейтрализованный суперфосфат можно смешивать с семенами этих культур за сутки до высева.
При посеве сахарной свеклы и посадке картофеля вносят до 20 кг/га гранулированного суперфосфата или эту же дозу в составе комплексного удобрения. Оставшуюся часть от общей расчетной дозы фосфора (за вычетом припосевной дозы) вносят в основное удобрение.
В среднем, дозы фосфорных удобрений варьируют от 30-45 кг/га до 90-120 кг/га Р2O5 и зависят от плодородия почвы, почвенно-климатических условий, запланированного урожая, предшественника и сопутствующих удобрений.
Литература
Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия/Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584 с.: ил.
Основы агрономии: учебное пособие/Ю.В. Евтефеев, Г.М. Казанцев. — М.: ФОРУМ, 2013. — 368 с.: ил.
Агрохимия. Учебник/В.Г. Минеев, В.Г. Сычев, Г.П. Гамзиков и др.; под ред. В.Г. Минеева. — М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. — 854 с.
