Сложные удобрения

 

 

Сложные удобрения имеют следующие преимущества:

- высокая концентрация питательных элементов, отсутствие или небольшое содержание балластных компонентов (Na, C1 и др.);

- меньшие расходы на хранение, перевозку и внесение удобрений; часто эти расходы превышают затраты на приготовление удобрений; затраты на доставку, хранение и внесение в почву сложных удобрений по сравнению с простыми примерно на 10% меньше;

- наличие в одной грануле твердых комплексных удобрений нескольких питательных элементов приводит к более равномерному их распределению по поверхности почвы.

- отсутствие добавочных компонентов (Cl, Na и др.) позволяет применять эти удобрения в условиях, где нежелательна повышенная концентрация солей, т.е. в засушливых условиях или при удобрении культур, чувствительных к повышению осмотического давления почвенного раствора (лен, огурцы);

- высокая эффективность удобрений при наличии в общих очагах азотных удобрений, фосфатов и калия.

В ассортименте сложных удобрений нашей страны преобладает аммофос. Из трехкомпонентных удобрений с выровненным соотношением питательных веществ (1:1:1) преимущественно применяются нитрофоска и нитроаммофоска, а из двухкомпонентных - нитрофос и нитроаммофос. За последние годы в ассортименте появились азофоска, диаммоний фосфат, ЖКУ, диаммофоска, аммофосфат, кристаллин и др. В различных зонах изучалась эффективность карбоаммофоски и карбоаммофоса.

В перспективе расширится ассортимент высококонцентрированных твердых и жидких комплексных удобрений на основе использования полифосфорных кислот. Наиболее распространены ЖКУ марки 10:34:0 и такие формы, как полифосфат кальция, полифосфат аммония и др. С расширением применения высококонцентрированных удобрений повысится роль сложных удобрений с добавлением микроэлементов, магния и др.

Важнейший показатель качества сложных удобрений - растворимость питательных компонентов, входящих в их состав, в воде и других растворах.

Технологические способы получения сложных удобрений условно можно разделить на две основные группы: 1) на основе азотнокислотного разложения фосфатного сырья (нитрофосы, нитрофоски); 2) получение их с использованием фосфорных кислот (нитроаммофосы, нитроаммофоски, диаммонитрофоски, диаммофосы, карбоаммофосы, карбоаммофоски, аммофосы). До недавнего времени получение сложных удобрений базировалось на основе азотнокислотного разложения фосфатного сырья. Сейчас широко используются технологические схемы с использованием фосфорной кислоты. В качестве азотного компонента применяют аммиачную селитру (нитрат аммония), мочевину (карбамид), сернокислый аммоний (сульфат аммония) в твердом и жидком виде.

Из фосфорсодержащих компонентов используется в основном фосфорная кислота, получаемая из апатитов и фосфоритов, а также другие фосфорсодержащие продукты. Для производства сложных удобрений используется высококачественное фосфорное сырье с повышенным содержанием фосфора, низким содержанием примесей, особенно полуторных окислов. В фосфорных рудах обычно содержится значительное количество примесей, поэтому практически все они подлежат обогащению. Фосфориты, в которых отношение Fe₂O₃:Р₂О₅ превышает 8-10, не используются для производства водорастворимых фосфорных и сложных удобрений.

Для производства сложных удобрений используют фосфорную, полифосфорную кислоту (или суперфосфорную) кислоту, содержащую 75-77% Р₂0₅. Более половины фосфора в этой кислоте находится в полифосфорной форме (42% в пирофосфорной форме Н₄Р₂О₇, 8% в триполифосфорной Н₅Р₃О₁₀, 1% в тетраполифосфорной H₆P₄О₁₃), a примерно половина (49% Р₂О₅) - в ортофосфорной форме. Из калийсодержащих компонентов при получении сложных удобрений применяют хлористый калий.

Сложные удобрения состоят из трех основных питательных элементов: азота, фосфора и калия (в основном нитрофоски) и различаются по способу выделения из раствора избыточного кальция:

- частичное вымораживание Ca(NO₃)₂, выделение нитрофоски из раствора с последующей обработкой аммиаком и добавкой KCl или K₂SO₄; NPK 40-50%;

- карбонатная схема – нитрат кальция и фосфорную кислоту обрабатывают аммиаком и углекислотой с последующей добавкой KCl и гранулированием; NPK 35-37%;

- сульфатная схема - нитрат кальция и фосфорную кислоту обрабатывают сульфатом аммония с последующей добавкой KCl; в нитрофоске - NPK 33-36%;

- сернокислотная схема – избыток кальция связывается серной кислотой с последующей обработкой раствором аммиака и добавлением KCl; NPK 35%;

- фосфатная схема – фосфатное сырьё разлагают смесью азотной и фосфорной кислот в соотношении, определяемом заданным отношением N:P₂O₅ в готовом продукте; полученный раствор содержит Ca(NO₃)₂, фосфорную и азотную кислоты; его подвергают аммонизации, добавляют хлористый калий, гранулируют и сушат; NPK 50%;

Особенностью нитрофосок и нитрофосов является наличие водорастворимого фосфора (не более 50-60% от усвояемого). Это не снижает их агрономической эффективности по сравнению с эквивалентным набором полностью водорастворимых удобрений. Сейчас нитрофоски широко используются как основное удобрение под многие сельскохозяйственные культуры, а также при локальном внесении, особенно под картофель. Нитрофосы используют как основное удобрение под зерновые и кормовые культуры, а также на лугах и пастбищах, хорошо обеспеченных калием.

Технология производства нитрофосок (нитрофосфатов), основанная на разложении фосфатного сырья азотной кислотой или ее смесью с другими кислотами, широко используется в зарубежных странах, где существует недостаток серосодержащего сырья.

Сложные удобрения, получаемые путем нейтрализации фосфорной и азотной кислот аммиаком, - нитроаммофосы, нитроаммофоски и диаммонитрофоски.Эти соединения хорошо растворимы в воде. Суммарное содержание питательных веществ в нитроаммофоске около 50%, а в нитроаммофосе 46%, в том числе в водорастворимой форме - более 90%.

Нитроаммофоска марки 17:17:17 получается в результате введения хлористого калия как калийного компонента. При введении сернокислого калия получается марка 16:16:16. Эти удобрения универсальны и используются на всех типах почв в качестве основного, а под сахарную свеклу и картофель также и при посеве.

При нейтрализации фосфорных кислот аммиаком получают фосфаты аммония – аммофос (NH₄H₂PO₄) и диаммофос (NH₄)₂HPО₄. Аммофос содержит 10-12% N и 46-50% Р₂О₅; диаммофос, производимый из апатитов, - 18% N и 50% Р₂О₅, а из фосфоритов Каратау - 16-17% N и 41-42% Р₂О₅. Аммофос обладает хорошими физико-химическими и механическими свойствами, не нуждается в применении кондицирующих добавок при гранулировании. Аммофос и диаммофос - физиологически кислые удобрения, поэтому при внесении они несколько подкисляют почву.

Аммофос преимущественно применяется в качестве рядкового удобрения под различные сельскохозяйственные культуры, можно использовать и как основное удобрение, например под хлопчатник и другие культуры. Это хороший компонент для приготовления тукосмесей, так как характеризуется хорошей совместимостью со всеми стандартными удобрениями. Недостатком его является неуравновешенное содержание в нем азота и фосфора (1:4), что ограничивает его самостоятельное использование.

Диаммофос имеет лучшее соотношение азота и фосфора (1:2,5), но худшие физические свойства. Его также можно широко использовать для внесения в рядки и в подкормку под технические и овощные культуры. Однако из-за высокой стоимости применение его в качестве удобрения ограничено; используется в животноводстве в качестве кормовой добавки.

При добавлении к аммофосу и диаммофосу хлористого калия производят тройные удобрения (США, Англия, Япония и Индия), что связано с широкими возможностями использования больших запасов серы и крупным производством серной кислоты, что обеспечивает получение фосфорной кислоты и сложных удобрений на ее основе. Обладая рядом положительных качеств (хорошие физические свойства, высокая концентрация питательных веществ, хорошая смешиваемость с другими удобрениями), эти удобрения имеют существенные недостатки - неудовлетворительное соотношение между азотом и фосфором. Используют для получения преимущественно смешанных удобрений с более уравновешенным соотношением между азотом и фосфором.

Полифосфаты аммония получают путем аммонизации полифосфорных кислот (метафосфорной НРО₃, пирофосфорной Н₄Р₂О₇, триполифосфорной Н₅Р₃О₁₀, тетраполифосфорной H₆P₄О₁₃ и др.).

Максимальная концентрация Р₂О₅ в смеси полифосфорных кислот составляет 83%. При обычном атмосферном давлении и температуре образуется полифосфат аммония с содержанием 13-15% NH₃ и 60-65% Р₂О₅, полифосфаты аммония хорошо растворимы в воде. Они удерживают в растворе и микроэлементы (цинк, медь, железо), которые дают нерастворяющиеся соли с ортофосфатами. Они хелатируются полифосфорными кислотами, сохраняясь в доступном для растений состоянии. Физические свойства полифосфатов аммония хорошие, гранулы прочные. Они являются хорошим компонентом для тукосмешения. Например, добавив к ним аммиачную селитру и хлорид калия, приготовляют тройное удобрение с суммарным содержанием 60% д.в. С такой же концентрацией можно выпускать сложное удобрение, смешав полифосфат аммония с мочевиной и хлоридом калия.

В почве протекают процессы гидролиза полифосфатов, которые тем интенсивнее, чем выше биологическая активность среды. При 7-12°С они протекают медленно, с повышением температуры - усиливаются. Оптимальная температура для гидролиза 30-35°С. Реакции гидролиза полифосфатов протекают следующим образом: НРО₃ + Н₂О→ Н₄Р₂О₇; Н₄Р₂О₇ + Н₂О→2Н₃РО₄; H₅P₃О₁₀+ 2Н₂О → 3Н₃РО₄.

Растения поглощают фосфор из полифосфатов несколько медленнее, чем из ортофосфатов, в связи с гидролизом последних до ортофосфорной формы. За вегетационный же период некоторое преимущество в поглощении Р₂0₅ растениями принадлежит полифосфатам, у которых ретроградация выражена в меньшей степени, чем у ортофосфатов. Полифосфаты аммония могут применяться под все культуры на любых почвах.

Фосфаты и полифосфаты мочевины. Образуются при взаимодействии фосфорных кислот с мочевиной. Фосфаты мочевины содержат 16-19,6% N и 41-45% Р₂О₅. Кроме этого, полифосфат мочевины - продукт реакции высококонцентрированной термической фосфорной кислоты с мочевиной с последующей аммонизацией продукта. Готовое удобрение состоит из 31-35% N и 24-31% Р₂О₅. Варьируя количеством мочевины и полифосфорной кислоты, можно получить удобрения с заданным соотношением азота и фосфора, а с добавлением в смесь калийных солей - и калия. Фосфаты и полифосфаты мочевины хорошо растворимы в воде, могут применяться под многие сельскохозяйственные культуры. Исключение составляют луга и пастбища, так как при поверхностном внесении происходят потери азота, что снижает эффективность удобрения.

В Японии, США и других странах выпускаются такие удобрения, как мочевина-фосфат аммония, мочевина-двойной суперфосфат с содержанием питательных веществ 52-60%, а также мочевина-полифосфат аммония.

Карбоаммофосы и карбоаммофоски. При взаимодействии полупродуктов синтеза карбамида (аммиака и двуокиси углерода) и фосфорной кислоты получается карбоаммофос с широким соотношением между азотом и фосфором - марок 25:30; 34:17; 33:20 и т.д., а введение в смеси калийсодержащих солей - карбоаммофоска с суммарным содержанием питательных веществ до 60-65% (например, марки 20:20:20). Азот в этих удобрениях представлен в амидной (70-75%) и аммиачной формах, до 90% фосфора - в водорастворимой форме.

По эффективности в полевых севооборотах не уступают смеси простых удобрений. На рис и хлопчатник они влияли лучше, чем смесь простых удобрений на аммиачной селитре. На сенокосах и пастбищах при поверхностном внесении наблюдались потери азота из карбоаммофосов и карбоаммофосок, что снижает их эффективность.

Магний-аммонийфосфат образуется при взаимодействии раствора моноаммонийфосфата с водной суспензией окиси магния или его солей или фосфорной кислоты, аммиака и гидрата окиси магния или его солей (хлористого, сернокислого или углекислого магния). Магний-аммоний-фосфат содержит 10,9% N, 45,7% Р₂О₅ и 25,9% MgO. Азот в этом удобрении представлен водонерастворимой формой, а фосфор и магний - лимонно-растворимой. Поэтому эти удобрения можно рассматривать как удобрения длительного действия. Их целесообразно использовать на легких песчаных почвах в виде основного удобрения под картофель, корнеплоды и овощные культуры. В связи с наличием в его составе водонерастворимого азота магний-аммонийфосфат представляет интерес для орошаемого земледелия.

Метафосфат калия (КРО₃) содержит до 60% Р₂О₅ и до 40% К₂О. Это предельно концентрированное сложное удобрение. Получен метафосфат калия с содержанием всего фосфора в цитратно-растворимой и водорастворимой формах. Наиболее перспективным является способ его получения путем разложения хлористого или углекислого калия ортофосфорной кислотой при температуре 450°С. При использовании экстракционной фосфорной кислоты получены формы метафосфатов калия, содержащие 54% P₂O₅ (весь фосфор в водорастворимой форме), 35-40% К₂О, а также 60% Р₂О₅ (весь фосфор в цитратно-растворимой форме) и 40% К₂О.

Калийная селитра (KNO₃) содержит 13% азота и 46% окиси калия.

В качестве исходного сырья используют упаренные растворы нитрата натрия, которые образуются при щелочной абсорбции отходящих нитрозных газов при производстве разбавленной азотной кислоты, и стандартный хлористый калий. Удобрение негигроскопично, хорошо рассеивается. Применяется под овощные культуры, особенно в закрытом грунте. Ценное удобрение для культур, чувствительных к хлору.

Действие сложных удобрений на урожай сельскохозяйственных культур определяется многими факторами:

- наличием в их составе водорастворимых соединений фосфора;

- видом и биологическими особенностями сельскохозяйственных культур; - почвенно-климатическими условиями;

- агрономической технологией применения удобрений (оптимальные сроки и способы их внесения);

- соотношением питательных веществ (N, Р, К) в удобрении;

- формами компонентов азота, фосфора и калия, входящих в состав сложных удобрений;

- комплексом приемов агротехники, на фоне которых используются сложные удобрения.

В зональном аспекте с учетом биологических особенностей сельскохозяйственных культур отмечены следующие закономерности действия сложных удобрений по сравнению со смесями стандартных простых удобрений.

1. В лесолуговой и лесостепной зонах на дерново-подзолистых почвах и черноземах трех- и двухкомпонентные удобрения (нитрофоска, нитроаммофоска, аммофос и нитроаммофос) в посевах зерновых, сахарной свеклы, льна и картофеля при основном внесении по эффективности близки смесям односторонних удобрений, а в ряде случаев и превосходят их. На картофеле более эффективна бесхлорная нитрофоска по сравнению со смесями удобрений, включающих хлористый калий.

2. В степной зоне (черноземы обыкновенные, карбонатные, южные) эффективность сложных удобрений ниже, чем в лесолуговой зоне, где более влажно. В этой зоне несколько больше и прибавки урожая зерновых культур от внесения нитроаммофоски в сравнении с нитрофоской.

3. На каштановых почвах и сероземах орошение значительно повышает эффективность удобрений, в том числе и сложных. На зерновых культурах, кукурузе, хлопчатнике действие двух- и трехкомпонентных сложных удобрений эффективнее смесей простых удобрений.

4. В условиях возделывания риса как затопляемой культуры эффективность сложных удобрений, содержащих нитратные формы азота, была ниже эффективности смесей удобрений, содержащих азот в аммиачной или амидной форме.

5. Сложные удобрения весьма эффективны при припосевном их внесении под зерновые, технические, силосные культуры и однолетние травы.

На дерново-подзолистых почвах сложные удобрения с преобладанием фосфора и калия над азотом при осеннем их внесении под озимые (пшеницу и рожь) и яровые (ячмень) и внесении азота (до полной дозы) весной более эффективны по сравнению со всей дозой удобрений, внесенной осенью, и с выровненным соотношением питательных веществ.

В зоне достаточного увлажнения, особенно на легких дерново-подзолистых почвах, рекомендуется применение осенью сложных удобрений с меньшим содержанием азота (1:2:2, 1:2:1, 1:4:0) с последующим внесением дополнительного азота до оптимального содержания весной. На этих почвах под яровые культуры внесение азотных удобрений более эффективно весной. На выщелоченных черноземах и дерново-подзолистых глинистых почвах разовое внесение всей дозы сложных и смесей простых удобрений часто не уступает дробному внесению в процессе вегетации растений.