Лекция 7 — ФОСФОРНЫЕ УДОБРЕНИЯ

Источники для производства фосфорных удобрений

Ассортимент современных фосфорных удобрений представлен преимущественно продуктами химической переработки природного фосфатного сырья и отчасти отходами металлургической промышленности. Сырьевой базой являются залежи агроруд — фосфори­тов и апатитов, качество их оценивают по содержанию Р₂О₅  и полуторных окислов.

Фосфориты – осадочные породы, главной составной частью которых является Са₃(Р0₄)₂. Содержание фосфора в фосфоритах невелико, в них много полуторных окислов железа и алюминия, имеется известь, песок, глина, что затрудняет их переработку на суперфосфат. Апатит – изверженная порода, широко распространенная в мелкораздробленномсостояниив материнских породах, но в очень небольших количествах. Обогащенный апатит содержит 39–40% Р₂0₅. Апатиты и фосфориты имеют много общего в химическом строе­нии, являясь трехзамещенными кальциевыми солями ортофосфорной кислоты, которые сопровождаются фтористым кальцием и другими соединениями этого катиона. Полуторные окислы в фосфатном сырье нежелательны: они вызывают дополнительный расход кислоты при химической их переработке и приводят к ретроградации растворимых солей фос­форной кислоты.

Классификация фосфорных удобрений

Все фосфорные удобрения могут быть раз­делены на три группы:

 — растворимые в воде (легкоусвояемые всеми культурами), к ним относятся суперфосфат простой, двойной, аммонизированный; фосфаты аммония и другие.

 — нерастворимые в воде, но растворимые в слабых (в том числе органи-

ческих) кислотах и потому также доступные растениям. К этой группе относится преципитат, термофосфаты, обесфторенный фосфат

 — нерастворимые в воде и плохо растворимые в слабых кислотах, фосфаты которых неусвояемы для подавляющего большинства культур, если эти соединения не раз­лагаются кислыми почвами с появлением более легко растворимых солей. Представители этой группы удобрений – фосфоритная и костная мука, вивианит.

Однозамещенные фосфаты

Суперфосфат.Суперфосфат порошковидный – порошок темно-серого (из фосфорита) или светло-серого (из апатита) цвета, с характерным запахом фосфорной кислоты. Из апатито­вого концентрата получают суперфосфат, содержащий 18,7 –19%, а в высшем сорте — 19,5% Р₂0₅ в усвояемой для растений форме. Суперфосфат, получаемый при переработке каратауского фосфорита, содержит лишь 14%Р₂0₅.

В порошковидном суперфосфате присутствует свободная фосфорная кислота — около 5% в высшем сор­те и до 5,5% –в первом и более низких сортах. Она обусловли­вает его повышенную кислотность, которую приходится нейтрализовать и его гигроскопич­ность (по стандарту содержание влаги не должно превышать 12 –15%). Свободная фосфорная кислота в суперфосфате мешает образо­ванию гипса (CaS0₄-2H₂0), поэтому сульфат кальция остается безводным или присоединяет лишь одну молекулу воды на две молекулы CaS0₄. Гипс составляет 40% веса простого супер­фосфата и его наличие делает его мало­транспортабельным удобрением. В то же время на подзолистых и особенно супесчаных почв, с присущим им малым со­держанием сульфатов и вообще серы, все удобрения, содержащие сульфат-ионы, являются более эффективными, чем лишенные их. Для бобовых, и капустных, потребляю­щих много серы, гипс в суперфосфате может быть полезным.

Качество суперфосфата оценивается главным образом по содержанию в нем водорастворимых соединений, которых должно быть 75 – 90% от всей усвояемой фосфорной кислоты, остальные 10 – 25% приходятся на дифосфат кальция.

Чтобы уменьшить взаимодействие суперфосфата с почвой, суперфосфат гранулируют. Гранулированный суперфосфат отличается более высоким содержанием усвояемой Р₂0₅ 19,5 –22%, меньшей кислотностью- 1–2,5% и лучшими физическими свойствами, чем порошковидный. Это обес­печивает хорошую рассеваемость удобрения и при соблюдении ряда предосторожностей его можно вносить даже в смеси с высе­ваемыми семенами.

При внесении в почву суперфосфат в сравни­тельно короткий срок превращается в дифосфат кальция:

Са(Н₂Р0₄)₂ + Са (НСО₃)₂ = 2СаНР0₄ + 2Н₂0 + 2СО₂.

Эта реакция протекает в нейтральных почвах. При наличии в почве карбонатов превращение частично идет и дальше:

Са (Н₂Р0₄)₂ + 2Са (НС0₃)₂ = Са₃ (РО₄)₂ + 4Н₂0 + 4С0₂.

На кислых, богатых полуторными окислами почвах возможно образование слаборастворимых, труднодоступных рас­тениям фосфатов железа и алюминия.

Двойной (концентрированный) суперфосфат, Са (Н₂Р0₄)₂ • Н₂0

Одно из самых концентрированных фосфорных удобрений. Производят его в виде светло- и темно-серых гранул с содержанием усвояемого фосфора в пересчете на Р₂0₅ 42 — 49% , гипс отсутствует. Фосфор в двойном суперфосфате находится в виде водорастворимого Са(Н₂Р0₄)₂Н₂0 и небольшого количества (до 2,5%) свободной фосфорной кислоты.

 [Ca₃(P0₄)₂]₃CaF₂ + 14 H₃P0₄+10 H₂0 = 10 Са (Н₂Р0₄)₂ Н₂0 + 2HF.

По действию на урожай простой и концентрированный супер­фосфат, взятые в эквивалентной дозе по фосфору, дают близкий эффект. Поэтому преимущество концентрированного удобрения заключается в уменьшении затрат на упаковку, перевозки, хране­ние и внесение в почву.

 Двузамещенные фосфаты

Преципитат— белый или светло-серый порошок, фосфор в нем содержится в форме дикальцийфосфата. Содержание Р₂0₅ в преципитате колеблется от 25–27 до 30–35%. Фосфор находится в цитратнорастворимой форме и доступен для растений.

 Получают преципитат нейтрализацией фосфорной кислоты известковым молоком (суспензией гидрата окиси кальция):    Н₃Р0₄ + Са(ОН)₂= СаНР0₄2Н₂0.

Вносят его под вспашку или культивацию в тех же дозах по фосфору, что и суперфосфат. Преципитат обладает хорошими физическими свой­ствами, не слеживается, хорошо рассевается.

Обесфторенный фосфат получают путем гидротермической обработки смеси фосфатного сырья с небольшим количеством (2-3%) кремнезема при высокой температуре (1400–1450° С). Получается трехкальциевый фосфат, растворимый в слабых кислотах; при переработке апатита удобрение содержит 30–32% Р₂0₅, при прокаливании фосфори­та 20–22%. По удобрительным качествам обесфторенные фосфаты не уступают суперфосфату, находят применение и для мине­ральной подкормки животных.

Томасшлак получают размолом побочного продукта (шлака), получаемого при переработке на сталь и железо богатых фосфором чугунов. Фоссфор в томасшлаке представлен тетракальцийфосфатом (4СаОР₂0₅  или Са₄Р₂О₉). Полученный продукт содержит 8 – 20% Р₂0₅. Это тяжелый тонкий порошок темно – серого или черного цвета с хорошими физическими свойствами, сыпучь, не слеживаются при хранении. Качество удобрения оценивают по содержанию в нем фосфора, растворимого в 2% лимонной кислоте. Благодаря примеси извести – щелочное удобрение; применять на кислых почвах.

Мартеновский шлак тоже побочный продукт переработки чугуна, получаемого по мартеновскому методу. При получении стали из чугуна в мартеновском производстве добавляют известь для связывания фосфора (иначе получится хрупкий металл). Отходом является фосфатшлак, хотя и бедный фосфо­ром (меньше, чем в томасшлаке), но имеющий ценность как фосфорное удобрение. Он содержит двойную соль тетрафосфата кальция и силиката кальция, а также железо, марганец, магний и другие вещества. Количество Р₂0₅ –от 8 до 12%. Реакция удобре­ния сильнощелочная, поэтому оно подходит для кислых и слабокислых почв. Вносят мартеновский шлак только в качестве основного удобрения (под вспашку). Внесение шлаков под овощные культуры нежелательно из-за примесей.

Трехзамещенные фосфаты

Фосфоритная мука, Са₃(РО₄)_2. Самое дешевое фосфорное удобрение, его получают простым размолом природных фосфоритов. В зависимости от тонины помола выделяют 5 классов фосфоритной муки: 5 класс – 16%_;  1 класс – 20 – 24%; экстра – класс – не менее 25% Р₂О₅. Фосфор находится в виде трехзамещенного фосфата кальция; нерастворимого в воде и слабых кислотах, слабодоступного для большинства растений.

Эффективность фосфоритной муки зависит от:

 — кислотности почвы — почва начинает разлагать фосфо­рит при потенциальной кислотности не менее 2,5мг- экв. на 100 г почвы. Чем эта величина выше, тем сильнее проявляется и дей­ствие фосфоритной муки (если содержание подвижных фосфатов в почве недостаточно для питания культур).

 — степени насыщенности почв основаниями – если этот показатель менее 60% — целесообразно применять фосфоритную муку; при V% равной 60 – 70% действие фосфоритной муки примерно равноценно действию суперфосфата, а если более 70% — фосфоритная мука не применяется

 — фосфоритную муку лучше вносить под пар, т.к. в нем образуется много азотной кислоты, которая будет разлагать фосфориты

 — эффективно внесение этого удобрения под вспашку с физиологически кислыми удобрениями, т.к. еще Д. Н. Прянишников выяснил роль сопутствующих фосфориту удобрений в усилении его доступности растениям: все физиологически кислые удобрения (аммиачные соли и в мень­шей мере – калийные, кроме золы, цементной пили и нефелина) усиливают разложение фосфоритной муки в почве.

 — хорошо вносить под вспашку с торфом, навозом, т.к. кислые торфа хорошо разлагают фосфорит. Торфофосфоритные компосты можно готовить при отношении торфа к фосфориту 95: 5 или 90: 10. Для усиления биологической деятельности в компостах, к ним желательно добавить около 10% навоза или навозной жижи. Через несколько месяцев компосты становятся годными для внесения в любые почвы.

 — при внесении фосфоритной муки следует учитывать биологию культур. Отдельные из них (гречиха, люцерна, люпин, горчица) обладают повышенной способностью усваивать фосфоритную муку при слабо кислой и даже нейтральной реакции почвы.

Вивианит.Вивианит (торфовивианит) или болотная руда – фосфорнокислая закисная соль железа –Fe₃(P0₄)2-8H₂0. Чистый вивианит содержит 28% Р₂0₅, с примесью торфа — от 12 до 26% Р₂0₅. Залегает под торфом слоями различной мощности в виде белесой массы. На воздухе быстро синеет. Болотная руда – хороший источник фосфора для культур на подзолистых, серых лесных почвах и выщелоченных черноземах. После подсыхания масса легко разрыхляется и удовлетворительно рассевается. Известкование усиливает ее действие. В практике при незначительной мощности месторождений вивианита его не отделяют от торфа, а вносят в почву в виде торфо-вивианитовой смеси.

Красный фосфор.

Самое концентрированное удобрение, содержащее (в пересчете) 229% Р₂0₅. По эффективности (действию и последействию) не уступает суперфосфату, в почве превращается в соединения, доступные для растений, при этом в качестве катализатора следует использовать медь.

Применение фосфорных удобрений

 Припосевное внесение гранулированного суперфосфата.

Для усиления первоначального роста всходов они должны иметь вблизи себя немного легкодоступной фосфорнокислой соли. При этом повышается урожай, растения приобретают устойчивость к неблагоприятным погодным условиям, болезням и вредителям. Но способ­ность молодых растений к усвоению из почвы фосфорной кислоты из-за слабой корневой системы очень слаба. Это приводит к фосфорному голоданию проростков. Способ внесения удобрений в малых дозах вблизи от семян получил название рядкового удобрения; он осу­ществляется комбинированной рядовой сеялкой, удобрения заделываются на несколько сантиметров ниже размещения семян в почве и чуть в стороне.

Доза Р₂О₅ для припосевного удобрения зависит от особенностей культур и составляет 7,5-20 кг/га. Овощные культуры при некоторых предосторожностях можно смешать с семенами и не­медленно высеять в почву обычной рядовой сеялкой, но семена и удобрение должны быть сухими, а гранулы – прочными. Наличие картофелесажалок позволяет вносить при посадке клубней не только гранулированный суперфосфат, но и в смеси с ним гранулированную аммиачную селитру.

Разбросное внесение фосфорных удобрений

Помимо усиления  первоначального роста, фосфор из удобрений значительно улучшает условия питания растений на протяжении большей части вегетационного периода. Это указывает на необходимость  основного внесения фосфатов в почву.

Для правильного внесения основного удобрения следует учитывать следующие факторы:

— срок внесения. На почвах с реакцией, близкой к нейтральной, срок внесения растворимых солей фосфорной кислоты не имеет существенного значения. На кислых же почвах следует избегать заблаговременного внесения фосфорных удобрений во избежание образования фосфатов алюминия и железа, доступность которых растениям очень низка;

 — глубина заделки основного фосфорного удобрения имеет первостепенное значение, так как в почве на орошении фосфат-ионы пере­мещаются только на 5 см, а без орошения  на — 0,5–1,5 см. Глубина вспашки почвы под конкретную культуру определяет и глубину заделки основного фосфорного удобрения;

 — форма (растворимость). Основным фосфорным удобрением является суперфосфат, который наиболее эффективен на нейтральных почвах.

 — дозы удобрений в основное внесение зависят от плодородия почвы, намеченного урожая удобряемой культуры, предшественника, сопутствующих удоб­рений и ряда других условий. Они колеблются от 30 – 45 до 90–120 кг Р₂0₅ на 1 га. Высокие дозы применяют под плодовые и технические культуры, особенно на малоплодородных почвах; средние – под кукурузу, картофель, овощные и кормовые культуры; ма­лые  используют под зерновые хлеба и зернобобовые. Растения, высеваемые после бобовых, лучше отзываются на фосфор, чем следующие по другим предшественникам.

 — правильное сочетание с другими питательными веществами. Например, нельзя смешивать щелочные формы (томасшлак) с аммиачными солями во избежание потерь аммиака. Заблаговременное смешивание с аммиачной селитрой может привести к отсыреванию смеси и т.д.

Подкормка суперфосфатом

Особая роль подкормке отводится при возделывании овощных и плодовых культур по сравнению с полевыми, так как многие овощные культуры отрицательно относятся к повышенной концентрации почвенного раствора, потребляют питательные вещества в течение почти всей вегетации, требуют дробного внесения удобрений. Однако в силу того, что анионы фосфорной кислоты сравнительно быстро и полностью связываются почвой химически и физико — химически, передвижение удобрения от места его вне­сения в почву, как в вертикальном, так и  в горизонтальном на­правлениях ничтожно. А это значит, что поверхностное распреде­ление суперфосфата недопустимо, при этом происходит снижение коэффици­ента усвоения фосфора растениями.

Подкормка пропашных и овощных культур осуществляется во время междурядных обработок в сухом или растворенном виде на глубину не менее 10–12, а лучше на 14–16 см. Для подкормок могут применяться только растворимые формы удобрений и только в условиях орошения. Следует подчеркнуть, что подкормка фосфорными удобрениями целесообразна, когда основное фосфорное удобрение вне­сено было в недостаточной дозе.

Внекорневое фосфатное питание имеет ограниченное значение и в количественном отношении дает растению очень мало. Чаще проводят некорневую подкормку фосфорно-калийными удобрениями картофеля и сахарной свеклы за месяц до уборки. Благодаря оттоку питательных веществ из листьев в клубни и корнеплоды повышается урожай и его качество.