Лекция 5 — Азотные удобрения

Классификация удобрений. Ассортимент азотных удобрений 

Удобрения — вещества, которые вносят в почву или воздействуют ими на растения для улучшения их питания и улучшения свойств почвы.

Единой классификации удобрений в настоящее время, по существу нет. Прежде всего, удобрения разделяются на минеральные и органические. Минеральные — азотные, фосфорные, калийные, магниевые, борные, сложные и другие. Органические — навоз, торф, компосты, зеленое удобрение и др. В органических удобрениях кроме органических веществ есть и минеральные.

По агрономическому назначению удобрения делят на прямые и косвенные. Удобрения прямого назначения имеют в своем составе питательные вещества, которые могут использоваться растениями. Это  азотные, фосфорные, калийные, сложные удобрения, навоз и др. Косвенные удобрения (известь, гипс, бактериальные удобрения) усиливают биологические процессы в почве, фиксируют азот  воздуха, мобилизуют питательные вещества почвы. Деление на прямые и косвенные удобрения условно, т.к. всякое прямое удобрение является одновременно и косвенным (не только улучшает питание растений, но и изменяет свойства почвы). И наоборот – косвенные удобрения не только изменяют свойства почвы, но и обогащают ее питательными веществами.

По происхождению и месту получения удобрения подразделяют на промышленные и местные. Промышленные удобрения производят на заводах: азотные, фосфорные, калийные, комплексные, микроудобрения. Сюда относят и бактериальные удобрения (например, нитрагин). Местные удобрения не перевозят на далекие расстояния, а используют на месте приготовления. Это навоз, компост, торф, известковые, зола, некоторые отходы промышленности. Также минеральные удобрения подразделяют на две большие группы – простые(содержат один питательный элемент) и комплексные (два и более питательных элемента).

Азотным удобрениямв мировой туковой промышленности принадлежит ведущая роль, т.к. объемы их производства выше, чем фосфорно-калийных. Классификация азотных удобрений базируется на том, в какой форме (нитратной или аммонийной) находится азот в удобрениях. Наличие разных форм азота в удобрениях определяет их агрохимические свойства и условия эффективного применения. Соответственно различна и физиологическая реакция азотных удобрений. В процессе роста растения избирательно поглощают ионы, и даже при внесении в почву химически нейтральных солей их физиологическая реакция может быть различной. Физиологическая кислотность удобрений – свойство их подкислять реакцию среды, связанной с преимущественным использованиями растениями катионов из состава соответствующей соли. Физиологическая щелочность удобрений – свойство их подщелачивать реакцию среды, связанной с преимущественным использованиями растениями анионов из состава соли.

Азотные удобрения выпускают в твердом и жидком виде. По форме азота твердые удобренияподразделяют на:

1. Аммонийные, в которых аммиак связан с кислотным остатком — сульфат аммония, (NН₄)₂SО₄; хлорид аммония, NН₄Сl.
2. Аммонийно-нитратные: аммиачная селитра, NН₄NО₃; сульфат –нитрат аммония, [(NН₄)₂SО₄ + 2NН₄NО₃].

3. Нитратные: натриевая селитра, NаNО₃; кальциевая селитра, Са(NО₃)₂

4. Амидные: мочевина (или карбамид), СО(NН₂)₂, цианамид кальция, СаСN₂

Жидкие азотные удобрения:

1. Аммиачные: жидкий (безводный аммиак) NН₃; аммиачная вода (водный аммиак), NН₄ОН
2. Аммиакаты.

Перспективными, но малораспространенными являются медленнодействующиеазотные удобрения, самое известное – МФУ (мочевино-формальдегидное удобрение).

Характеристика видов азотных удобрений и их взаимодействие с почвой

Нитратные удобрения. В ассортименте азотных удобрений нитратные удобрения занимают очень малый удельный вес. К ним относятся:

Натриевая селитра (нитрат натрия, азотнокислый натрий, чилийская селитра), NаNО₃. Побочный продукт приполучении азотной кислоты из аммиака. Содержит 15-16% азота и 26% натрия. Это мелкокристаллическая, хорошо растворимая соль белого или сероватого цвета; физиологически щелочное удобрение. В сухом виде хорошо рассевается, но при хранении в неблагоприятных условиях может слеживаться, тогда перед внесением ее следует измельчать. Лучшее удобрение для дерново-подзолистых почв; однако, длительное применение ухудшает физические свойства почв, они становятся солонцеватыми. По этой причине нельзя вносить это удобрение на солонцах, засоленных почвах. Применяют под все культуры, но особенно эффективно применение NаNО₃ в свекловодстве (Nа повышает сахаристость корнеплодов). Натриевую селитру применяют в качестве основного (предпосевного) и рядкового удобрения, а также в подкормку.

Кальциевая селитра (нитрат кальция, азотнокислый кальций, Са(NО₃)₂. Содержит 16-17% азота. Получают нейтрализацией азотной кислоты известью, а также в качестве побочного продукта при производстве нитрофосок. Это мелкокристаллическая, хорошо растворимая соль белого или желтоватого цвета; физиологически щелочное удобрение. Очень гигроскопична; даже при нормальных условиях хранения сильно отсыревает, расплывается и слеживается, поэтому транспортировать ее следует во влагонепроницаемой таре, а хранить – в сухих складских помещениях. При систематическом применении на дерново-подзолистых почвах улучшает их физические свойства, повышая в них содержание кальция. Лучшее удобрение для всех типов почв с недостаточным содержанием Са. Применяется под все культуры, но менее эффективна в свекловодстве, чем NаNО₃. Кальциевую селитру применяют в качестве основного (предпосевного) удобрения, но из-за высокой гигроскопичности она малопригодна для внесения в рядки.

Взаимодействие NаNО₃ и Са(NО₃)₂ с почвой. В почве эти удобрения быстро растворяются и вступают в обменные реакции с катионами ППК.

Катионы Ca и Nа поглощаются почвой, а анионы NO₃ остаются в почвенном растворе, сохраняя высокую подвижность. Нитратный азот не поглощается в почве физико-химическим и химическим путем и на легких почвах или при обильном орошении может вымываться. Поэтому нитратные удобрения предпочтительны для вегетирующих растений, т.е. в подкормку, когда требуется быстрое воздействие на растения. Селитры применяются на всех почвах под все культуры. На дерново-подзолистых почвах они более эффективны, чем аммонийные удобрения, но на черноземах часто теряют свое преимущество. Также селитры менее эффективны, чем аммонийные удобрения, в орошаемых условиях.

Твердые аммонийные удобрения.

Сульфат аммония (сернокислый аммоний), (NH₄)₂SO₄. Содержит 21% азота и около 24% серы, которая также используется растениями. Побочный продукт коксогазового и химического производства. Мелкокристаллическая соль белого или серого цвета, хорошо растворимая в воде. Удобрение обладает хорошими физическими свойствами: малогигроскопично, не слеживается, хорошо рассевается. Сульфат аммония — физиологически кислое удобрение; особенно сильно подкисление проявляется на дерново-подзолистых почвах. Эффективность (NH₄)₂SO₄ зависит не только от свойств почвы, но и от особенностей возделываемых растений. Культуры, менее чувствительные к почвенной кислотности (овес, лен, картофель) слабее реагируют на подкисляющее действие сернокислого аммония.

Хлористый аммоний (хлорид аммония), NH₄Cl. Содержит 24-25% азота и 67% хлора. Мелкокристаллическая белая или желтоватая соль, хорошо растворимая в воде; малогигроскопична, не слеживается, хорошо рассевается. Физиологически кислое удобрение. Из-за большого количества хлора NH₄Cl малопригоден для культур, чувствительных к данному элементу – лен, гречиха, картофель, виноград, малина, овощные культуры. Из последних наиболее чувствительны к хлору капуста и лук. Под эти культуры внесение хлористого аммония нежелательно, особенно на дерново-подзолистых почвах. Под зерновые культуры действие NH₄Cl может не уступать (NH₄)₂SO₄.

Взаимодействие аммонийных удобрений с почвой. В почве (NH₄)₂SO₄ и NH₄Cl быстро растворяется и вступает в обменные реакции с катионами твердой и жидкой фаз почвы, при этом значительная часть катионов аммония входит в поглощающий комплекс.

Поглощенный аммоний хорошо усваивается растениями и в то же время не вымывается. Аммонийные удобрения можно применять заблаговременно, с осени под вспашку. Однако слабая подвижность аммония в почве имеет и отрицательную сторону – удобрения локализируются в очагах внесения. При этом они плохо используются молодыми растениями, у которых еще не развита корневая система. В рядки внесение (NH₄)₂SO₄ нежелательно еще и потому, что избыток аммония может оказать токсичное действие на молодые растения. В почве аммонийные удобрения подвергаются нитрификации и переходят в нитратную форму, поэтому со временем разница в действии нитратных и аммонийных удобрений сглаживается. Освободившиеся кислоты (H₂SO₄ и HNO₃) нейтрализуются бикарбонатами, при этом Ca и Mg  вытесняются из ППК водородом; это ослабляет буферную способность почвы и несколько подкисляет ее. Более сильное подкисление происходит на дерново-подзолистых почвах, поэтому аммонийные удобрения предпочтительно применять на нейтральных почвах, каштановых, сероземах. Максимальный эффект оказывают на карбонатных почвах.

Приемы повышения эффективности аммонийных удобрений:

 — вносить преимущественно в качестве основного удобрения; можно с осени (азот при этом не теряется). Хлор при осеннем внесении NH₄CL вымывается, повышая эффективность данного удобрения;

 — действие аммонийных удобрений зависит от степени кислотности и буферности почв. Кислые почвы необходимо известковать, а на неизвесткованных почвах удобрения перед внесением следует нейтрализовать известняком, молотым мелом и др.;

 — систематическое внесение навоза (увеличивая буферность почв) снижает отрицательное влияние аммонийных удобрений и способствует повышению их эффективности;

 — на дерново-подзолистых почвах сочетание с фосфоритной мукой приводит к усилению эффекта от удобрений – повышается эффективность как аммонийных удобрений, так и фосфоритной муки;

 — учитывать биологические особенности возделываемых культур.

Жидкие аммиачные удобрения. К ним относятся водный и безводный аммиак. Они имеют определенные преимущества перед твердыми аммонийными удобрениями:

 — производство жидких аммиачных удобрений проще и дешевле, чем твердых;

 — их внесение легче сочетать с обработкой почвы;

 — жидкий аммиак – самое концентрированное азотное удобрение. Во всем мире доля производства жидких аммиачных удобрений постоянно возрастает.

Безводный (жидкий) аммиак, NH₃. Содержит 82,3% азота. Это бесцветная жидкость с характерным запахом, быстро испаряющаяся на воздухе. Получают сжижением газообразного аммиака под давлением. Ввиду высокой упругости паров NH₃ хранят и перевозят в стальных толстостенных цистернах, рассчитанных на давление 20 атм.

Взаимодействие NH₃ c почвой. При внесении в почву аммиак превращается в газ, который: а)поглощается почвой, б)с анионами почвенного раствора дает различные растворимые соли. Следовательно, безводный аммиак поглощается почвой физико-химически. Помимо обменного поглощения аммиак в почве подвергается нитрификации. Поглощение NH₃ почвой зависит от содержания гумуса в почве (чем выше его %, тем лучше поглощается аммиак) и от механического состава почвы (на тяжелых он поглощается хорошо, а на легких может улетучиваться). Также влияет способ внесения удобрения и глубина заделки. На дерново-подзолистых почвах при глубине заделки 5 см потери за сутки могут составлять 80%,  а при заделке на глубину 16 см потери отсутствуют.

Аммиачная вода (водный аммиак), NH₄OH. Раствор аммиака в воде, содержащий 20-25% аммиака (соответственно 20,5 и 16% азота). Легко испаряющаяся жидкость со специфическим запахом аммиака (нашатырного спирта). Хранят и перевозят в закрытых резервуарах из обычной углеродистой стали, рассчитанной на невысокое давление.

Взаимодействие NH₄OH c почвой. При внесении в почву аммиак:

 — адсорбируется почвенными коллоидами (т.е. обменно поглощается);

 — подвергается нитрификации. В целях предотвращения потерь аммиачную воду не следует применять поверхностно.

Жидкие аммиачные удобрения вносят на всех почвах; на тяжелых – на глубину 10-12 см, на легких – 14-18 см. На сильнокарбонатных почвах возможны потери. Также велики потери при мелкой заделке в сухой поверхностный слой, а из влажной почве потери значительно меньше. Применяют эти удобрения под все сельскохозяйственные культуры в качестве основного (допосевного) удобрения, причем не только весной, но и осенью. Также используют жидкие аммиачные удобрения для подкормки пропашных культур, внося в середину рядка, чтобы не повредить молодые растения избыточной концентрацией аммиака.

Аммонийно-нитратные удобрения

Аммиачная селитра (азотнокислый аммоний, нитрат аммония), NH₄NO₃. Содержит 34,5% азота (аммиачный и нитратный азот в равных долях); получают нейтрализацией азотной кислоты аммиаком. Представляет собой белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Физиологически кислое, гигроскопичное, сильно отсыревающее на воздухе и слеживающееся при хранении удобрение. Для улучшения физических свойств и уменьшения гигроскопичности аммиачную селитру гранулируют; упаковывают и хранят ее в бумажных или полиэтиленовых мешках. Это взрыво- и пожароопасное удобрение, поэтому хранят ее в сухом месте в специальных кирпичных складах, вдали от легковоспламеняющихся веществ.

Взаимодействие  NH₄ NO₃ с почвой. При внесении в почву удобрение полностью растворяется. Из раствора быстрее поглощается катион NH₄, чем анион NO₃, что обусловливает физиологическую кислотность удобрения, но она значительно ниже, чем кислотность аммиачных удобрений. На почвах, богатых кальцием и магнием, подкисления не происходит даже при систематическом применении аммиачной селитры.

На дерново-подзолистых почвах может происходить временное подкисление. Подкисление может происходить и при нитрификации на малобуферных почвах:

2NH₄NO₃ + 4O₂ = 4HNO_{3 +} 3 H₂O

По мере поглощения нитратного азота подкисление исчезает, хотя оно может ослабить рост молодых растений. Применяется аммиачная селитра на всех типах почв под различные культуры в основное (допосевное), припосевное (рядковое) внесение и в подкормку.

 Условия эффективного использования NH₄NO₃.

1.Известкование кислых почв.

2.Нейтрализация удобрения известью или доломитовой мукой (1:1).

3.Во влажных условиях вносить весной; в сухих – можно и осенью, не опасаясь вымывания.

4.Эффективность аммиачной селитры снижается при длительном применении на малобуферных дерново-подзолистых почвах, особенно под культуры, чувствительные к повышенной кислотности.

5.При корневой подкормке овощных и пропашных культур NH₄NO₃ заделывать в междурядья на глубину 10-15 см.

Азотные амидные удобрения. Азот в амидных удобрениях находится в органической форме, сюда  относятся мочевина и цианамид кальция.

Мочевина (карбамид), CO(NH₂)₂. Получают синтезом из аммиака и углекислого газа при высоких давлениях и температуре;содержит 46% азота. Это белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде; при 20 ⁰С гигроскопичность удовлетворительная, но при хранении может слеживаться. Для улучшения физических свойств удобрение гранулируют, но в процессе грануляции  в мочевине образуется биурет, который в высокой концентрации (более 3%) становится токсичным для растений. ГОСТ допускает содержание биурета до 1%, такое его содержание не оказывает отрицательного влияния на растения.

Взаимодействие с почвой. В почве мочевина быстро растворяется и под влиянием фермента уреазы, выделяемого уробактериями, быстро (за 2-3 дня) аммонифицируется с образованием углекислого аммония:

CO(NH₂)₂ + 2H₂O = (NH₄)₂CO₃

Это непрочное соединение на воздухе разлагается с образованием бикарбоната аммония и аммиака. Поэтому поверхностное внесение мочевины ведет к потерям азота.

(NH₄)₂CO₃ + H₂O = NH₄HCO₃ + NH₄OH

В процессе аммонификации сначала может происходить временное местное подщелачивание почвы, т.к. углекислый аммоний – гидролитически щелочная соль. Затем аммоний подвергается нитрификации, и процесс сдвигается в сторону подкисления. Мочевину можно применять как основное удобрение и в подкормку под все культуры на различных почвах. Это одно из лучших азотных удобрений, по эффективности не уступающее аммиачной селитре.

Условия эффективного использования мочевины

 — Немедленная заделка в почву после внесения для предотвращения потерь азота.

 — Для некорневой подкормки лучше применять не гранулированную, а кристаллическую мочевину с содержанием биурета 0,2-0,3%. Мочевина хорошо используется растениями в виде целой молекулы, т.е. это лучшее удобрение для некорневой подкормки. В отличие от аммиачной селитры она не обжигает листья даже в большой концентрации (до 5%).

 — При внесении в рядки до посева возможно замедление прорастания семян и появления всходов вследствие образования аммиака при разложении мочевины.

 — Нежелательно применение в подкормку на лугах и пастбищах, т.к. при поверхностном внесении велики потери NH₃.

 — Мочевина может использоваться не только как непосредственное удобрение, но и как компонент сложных удобрений и новых видов медленнодействующих азотных удобрений. Кроме того, ее используют в животноводстве как кормовую азотную добавку к углеводистым кормам.

Цианамид кальция, CaCN_2. Содержит 20-22% азота. Это легкий, тонкий, сильно пылящий порошок черного или темно-серого цвета. Щелочное удобрение, т.к. содержит значительное количество примеси СаО. На дерново-подзолистых почвах при систематическом применении улучшает их свойства, обогащая их кальцием и уменьшая почвенную кислотность. Нельзя применять в подкормку; чаще используется как дефолиант для предуборочного удаления листьев. При работе с цианамидом кальция следует применять индивидуальные средства защиты глаз и рук (очки и перчатки).

Аммиакаты и КАС.

Аммиакаты. Представляют собой растворы твердых азотных удобрений (NH₄NO₃, Ca(NO₃)₂, CO(NH₂)₂  и др.) в водном аммиаке. Это жидкости светло-желтого цвета, в среднем содержат 35- 40% (до 50%) азота. Получают в заводских условиях, вызывают коррозию цветных и черных металлов, поэтому их хранят в специальных алюминиевых или стальных емкостях. Используют для основного удобрения и в подкормку. Для предотвращения потерь азота в форме аммиака следует вносить на глубину 10-14 см на тяжелых и 14-18 см – на легких почвах.

Карбамид-аммиачная селитра (КАС). Это смесь водных растворов мочевины и аммиачной селитры светло-желтого цвета; содержит 25-28% азота. В отличие от жидких аммиачных удобрений КАС не содержит свободного аммиака, поэтому ее можно хранить даже в открытых емкостях, не опасаясь потерь азота. Применяется как одинарное азотное удобрение, так и для приготовления азотно-фосфорных смесей различных марок, а также в смеси с микроудобрениями, пестицидами и т.д. Можно использовать для корневой и некорневой подкормки, для полива дождеванием и по бороздам. По эффективности КАС близка к аммиакатам; при ее использовании обеспечивается высокая точность дозирования и равномерность внесения по всей площади. Для транспортировки и внесения КАС можно использовать ту же технику, что и для ЖКУ, аммиачной воды, гербицидов.

Медленнодействующие удобрения. Быстрая растворимость в почве всех азотных удобрений (кроме цианамида кальция) может привести к ряду негативных последствий:

 — Возникновению избыточной концентрации элементов в почве и высокому осмотическому давлению.

 — Вымыванию нитратов в районах достаточного увлажнения и на легких почвах, что ведет к потерям азота и загрязнению водоисточников.

 — Быстрая нитрификация аммонийного азота и последующая денитрификация приводит к потерям азота в газообразной форме. В результате снижается использование азота из удобрений (КИУ) и их эффективность. В этом плане перспективно применение медленно и продолжительно действующих азотных удобрений, азот которых медленно переходит в растворимую форму и постепенно используется в течение вегетации. Самое распространенное удобрение из этой группы – МФУ (мочевиноформальдегидное удобрение, уреаформ, карбамидформ). Содержит 38-40% азота, из которых 8-10% находится в водорастворимой, а остальные 30-32% — в водонерастворимой, но доступной для растений форме. Представляет собой белый рассыпчатый порошок, малогигроскопичный, при хранении не слеживается. Труднорастворимые азотные удобрения перспективны для районов избыточного увлажнения и на поливных землях. Выявлена высокая эффективность МФУ при внесении под овощные культуры, где применялись высокие дозы азотных удобрений. В первый год действия МФУ менее эффективно, чем мочевина, но оказывает значительное последействие на последующие культуры. Также это удобрение не оказывает отрицательного действия на растения при внесении в больших дозах. Под овощные культуры в районах Нечерноземной зоны

МФУ вносят один раз в 2-3 года. Недостатком данного удобрения является его дороговизна и то, что скорость высвобождения азота не всегда соответствует потребности растений в азоте на данном этапе.

Пути повышения эффективности азотных удобрений

Основным фактором повышения эффективности азотных удобрений является высокий уровень агротехники (отсутствие засоренности, благоприятный водный и температурный режим, своевременность и качественность всех агротехнических мероприятий и т.д.). Для правильного и эффективного применения азотных удобрений требуется:

1.Обеспечивать оптимальный режим орошения и обеспечения влагой.

2.Вносить азотные удобрения на фоне известкования кислых и гипсования солонцовых почв, причем эти приемы должны предшествовать внесению удобрений.

3.Целесообразно применять минеральные удобрения в сочетании с органическими, которые способствуют лучшему использованию растениями питательных веществ минеральных удобрений и повышению плодородия почв.

4.Необходим правильный выбор форм азотных удобрений, сроков и способов внесения в конкретных условиях (на различных почвах, под разные культуры и т.д.).

5.Вносить азотные удобрения совместно с фосфорно-калийными.

6.Применять азотные удобрения в комплексе с приемами противоэрозионной обработки почв; это уменьшает сток воды и смыв почвы и повышает эффективность удобрений.

7.Учитывать биологические особенности сельскохозяйственных культур в отношении интенсивности потребления азота по фазам развития. Внесение азотных удобрений в начале интенсивного потребления  увеличивает коэффициент использования N и значительно повышает урожай.

8.Для уменьшения потерь азота из почвы и повышения эффективности азотных удобрений в определенных условиях целесообразно применение ингибиторов нитрификации. Это вещества преимущественно органического происхождения, которые добавляют в твердые и жидкие азотные удобрения в дозе 0,5-2,0% от их массы. При этом они эффективно тормозят процесс нитрификации удобрений в течение 1,5-2 месяцев, т.е. в течение всего периода интенсивного потребления азота растениями. Особенно эффективны на посевах хлопчатника и риса. Наиболее изучены следующие препараты: ЦГ (циангуанидин), N-serve (США) и АМ (Япония).

При соблюдении этих условий эффективность азотных удобрений возрастает В среднем коэффициент использования (КИУ,%) азотных удобрений составляет 30 – 80% и варьирует в зависимости от свойств почв и биологии культур.