Классификация, получение, свойства и особенности применения азотных удобрений

Азотные удобрения в зависимости от содержащихся в них форм азота подразделяются на шесть групп: нитратные (натриевая и кальциевая селитра); аммонийные (сульфат аммония, хлористый аммоний); аммонийно-нитратные (аммонийная селитра); амидные (мочевина); аммиачные (безводный аммиак, аммиачная вода); карбамид-аммонийно-нитратные (карбамид-аммиачная смесь – КАС).

Производство азотных удобрений основано главным образом на получении синтетического аммиака из молекулярного азота и водорода. Азот получают, пропуская воздух в генератор с горящим коксом. Источником водорода служит природный газ, нефтяные и коксовые газы. Из смеси азота и водорода (в соотношении 1:3) при высокой температуре и давлении в присутствии катализаторов получают аммиак:

N₂ + 3Н₂ = 2NH₃.

Синтетический аммиак используют не только для производства аммонийных азотных удобрений, но и азотной кислоты, которая идет для получения аммонийно-нитратных и нитратных удобрений. Основными формами азотных удобрений, которые выпускаются в Беларуси, являются мочевина, аммиачная селитра, КАС, сульфат аммония. В настоящее время ассортимент значительно расширен за счет производства на их основе медленнодействующих форм удобрений.

Нитратные удобрения – натриевая и кальциевая селитра – в Беларуси не применяются, однако знание их свойств и поведения в почве полезно для понимания особенностей применения других азотных удобрений.

Натриевая селитра NaNО₃ содержит 16 % азота и 26 % натрия. Выпускаемое удобрение является побочным продуктом при производстве азотной кислоты из аммиака и представляет собой мелкокристаллическую соль белого или сероватого цвета, хорошо растворимую в воде. Гигроскопична и при неправильном хранении может слеживаться. В сухом состоянии хорошо рассеивается.

Кальциевая селитра Ca(NО₃)₂ содержит 13 – 15 % азота. Получается при нейтрализации азотной кислоты известью, а также в качестве побочного продукта при производстве комплексных удобрений способом азотнокислотной переработки фосфатов. Кристаллическая соль белого цвета, хорошо растворимая в воде. Обладает высокой гигроскопичностью и даже при нормальных условиях хранения сильно отсыревает и слеживается. Поэтому хранят и перевозят ее в специальной водонепроницаемой упаковке.

Натриевая и кальциевая селитры являются физиологически щелочными удобрениями. Растения усваивают из них больше анионы , чем катионы Na⁺ и Са²⁺, которые, оставаясь в почве, образуют основания и сдвигают реакцию почвенного раствора в сторону подщелачивания. В связи с этим нитратные удобрения весьма эффективны на кислых дерново-подзолистых почвах.

В почве селитры быстро растворяются и вступают в обменные реакции с катионами почвенного поглощающего комплекса (ППК):

ППК) + 2NaNO₃ ППК) + Ca(NO₃)₂,

Са²⁺

ППК) + Са(NO₃)₂ ППК) + 2НNO₃.

Н⁺

Катионы Na⁺ и Са²⁺ поглощаются почвой, а анионы остаются в почвенном растворе, сохраняя высокую подвижность. При внесении в почву нитратные удобрения сравнительно легко вымываются из пахотного слоя почвы, поэтому их применяют под предпосевную культивацию и для подкормки растений во время вегетации. Очень хорошо использовать нитратные удобрения для подкормки озимых, пропашных и других культур, а натриевую селитру – в рядки при посеве сахарной свеклы, кормовых и столовых корнеплодов, так как натрий усиливает отток углеводов из листьев в корни, повышая урожайность корней и содержание в них сахара.

К аммонийным удобрениям относятся сульфат аммония, хлористый аммоний, а также углекислый аммоний. Более широко из этих форм удобрений применяется сульфат аммония.

Сульфат аммония, или сернокислый аммоний, (NH₄)₂SО₄ получают улавливанием серной кислотой аммиака из газов, образующихся при коксовании каменного угля, или нейтрализацией синтетическим аммиаком отработанной серной кислоты на различных химических производствах. Большое количество сульфата аммония вырабатывают в качестве побочного продукта при производстве капролактама. Синтетический сульфат аммония белого цвета, а коксохимический из-за органических примесей имеет серую, синеватую или красноватую окраску. Удобрение содержит 20,5 – 21% азота и 24% серы. Малогигроскопичен, поэтому при нормальных условиях хранения почти не слеживается и сохраняет хорошую рассеиваемость.

После внесения в почву сульфат аммония быстро растворяется в почвенной влаге и вступает в обменные реакции с ППК:

ППК) + (NH₄)₂SO₄ ППК) + СаSО₄.

Н⁺

Поглощенный аммоний доступен для растений и хорошо закрепляется в почве. Поэтому сульфат аммония, как правило, вносят в качестве основного удобрения.

Сульфат аммония физиологически кислое удобрение, так как растения быстрее и больше потребляют катионы , чем анионы . Последний, соединяясь с водородом, образует серную кислоту, вызывая подкисление почвенного раствора. При систематическом применении этого удобрения, особенно на мало-буферных дерново-подзолистых почвах, повышается кислотность, уменьшается степень насыщенности почв основаниями. В результате ухудшаются условия роста растений и снижается эффективность удобрений. Особенно сильно подкисляющее действие сульфата аммония сказывается на культурах, чувствительных к почвенной кислотности: клевер, пшеница, ячмень, свекла и капуста, для них это удобрение менее эффективно, чем нитратные. Отрицательное влияние сульфата аммония устраняется известкованием кислых почв и хорошей заправкой органическими удобрениями. Для культур, положительно реагирующих на серу (картофель, капустные), сульфат аммония благодаря присутствию в нем серы является одним из лучших азотных удобрений.

Аммонийно-нитратные удобрения. Аммонийная (аммиачная) селитра NH₄NО₃ содержит 34,5 – 35% азота. Получается нейтрализацией азотной кислоты аммиаком. Белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Выпускается в гранулированном виде, поэтому сохраняет хорошую сыпучесть и рассеи-ваемость. Взрывоопасна. Хранить ее необходимо в сухом помещении, оборудованном противопожарными средствами.

В аммонийной селитре удачно сочетаются быстродействующий нитратный азот с менее подвижным аммонийным. Из раствора NH₄NО₃ растения быстрее поглощают катион , чем анион , поэтому аммонийная селитра физиологически кислое удобрение, однако подкисляющее действие ее на почву выражено слабее, чем сульфата аммония.

В почве аммонийная селитра взаимодействует с почвенным поглощающим комплексом, катион хорошо поглощается почвой, а анион, остается в почвенном растворе, сохраняя высокую подвижность:

ППК) + 2NH₄NO₃ ППК) + Са(NО₃)₂,

Ca²⁺

ППК) + NH₄NO₃ ППК) + НNО₃.

Са²⁺ Са²⁺

На почвах, насыщенных основаниями, в растворе образуются азотнокислые соли кальция (или магния) и почвенный раствор не подкисляется даже при систематическом внесении удобрения. Для этих почв аммонийная селитра – одно из лучших азотных удобрений.

На кислых дерново-подзолистых почвах, содержащих в поглощенном состоянии мало кальция, в почвенном растворе образуется азотная кислота, вследствие чего он подкисляется. Однако подкисление это недолговременно, так как оно исчезает по мере потребления нитратного азота растениями. Для повышения эффективности аммонийной селитры на кислых почвах большое значение имеет их известкование. После известкования аммонийная селитра пригодна для разных типов почв и под все культуры севооборота, но наиболее эффективно использовать ее для весенних поверхностных подкормок зерновых культур, сенокосов и пастбищ. Можно применять ее и для подкормки пропашных, овощных, плодовых и ягодных культур с обязательной заделкой в почву. Под яровые аммонийную селитру в виде основного удобрения вносят весной под предпосевную культивацию во избежание потерь азота от вымывания.

Универсальные свойства аммонийной селитры позволяют широко дифференцировать нормы, сроки и способы ее применения в зависимости от свойств почвы, погодно-климатических условий и особенностей возделываемых культур.

Амидные удобрения. Мочевина (карбамид) CO(NH₂)₂ содержит 46 % азота и является самым концентрированным из твердых азотных удобрений. Получают синтезом из аммиака и диоксида углерода при высоких давлении и температуре:

2NH₃ + СО₂ = CO(NH₂)₂ + Н₂О.

Белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Гигроскопичность кристаллической мочевины при температуре до 20°С сравнительно небольшая, но с повышением температуры заметно увеличивается и при хранении может слеживаться. Поэтому для улучшения физических свойств в настоящее время мочевина выпускается в гранулированном виде. В почве мочевина полностью растворяется почвенной влагой и под влиянием удобрений, выделяющих фермент уреазу, за два-три дня аммонифицируется и превращается в углекислый аммоний:

CO(NH₂)₂ + 2Н₂О = (NH₄)₂CО₃.

Углекислый аммоний – соединение непрочное, на воздухе разлагается с образованием бикарбоната аммония и газообразного аммиака:

(NH₄)₂CО₃ → NH₄HCО₃+ NH₃.

Поэтому при внесении мочевины без заделки в почву и отсутствии осадков часть азота в виде аммиака может теряться. Эти потери больше на почвах с нейтральной и щелочной реакциями. В почве углекислый аммоний подвергается гидролизу с образованием бикарбоната аммония и гидроокиси аммония NH₄OH:

(NH₄)₂CО₃+ H₂О = NH₄HCО₃+ NH₄OH.

Образующийся при внесении мочевины в почву аммоний поглощается ее коллоидной фракцией и постепенно усваивается растениями. Установлено, что мочевина может поглощаться корнями, а также листьями растений без предварительного превращения в углекислый аммоний. Однако пока мочевина не подверглась аммонификации, она может вымываться из почвы. По мере аммонификации мочевины возможно временное локальное подщелачивание почвы из-за гидролиза углекислого аммония. С течением времени аммоний подвергается нитрификации, образуя азотную кислоту и сдвигая реакцию в сторону подкисления:

2NH₃+ 3О₂= 2HNО₂+ 2H₂О,

2HNО₂ + О₂ = 2HNО₃.

Таким образом, мочевина является биологически кислым удобрением. Однако после усвоения азота мочевины растениями в почве не остается ни щелочных, ни кислых остатков. Поэтому она является физиологически нейтральным удобрением.

Мочевина оказывает примерно такое же действие на урожай сельскохозяйственных культур, как и аммонийная селитра, но лучший эффект дает при непосредственной заделке в почву. Поверхностные подкормки озимых культур, лугов и пастбищ мочевиной менее эффективны по сравнению с аммонийной селитрой из-за потерь аммиака, а также более медленного действия мочевины, чем аммонийной селитры. Поэтому мочевину, как при основном внесении, так и при подкормке следует сразу заделывать в почву. Эффективны также некорневые подкормки зерновых культур в период вегетации, особенно при возделывании их по энергосберегающим технологиям, 10 – 15 %-ными растворами мочевины с добавлением ретардантов, гербицидов и пестицидов.

Аммиачные удобрения. К жидким аммиачным удобрениям относятся безводный аммиак и аммиачная вода.

Безводный аммиак NH₃ является самым концентрированным и самым дешевым удобрением, содержит 82,3 % азота. Получается сжижением газообразного аммиака под давлением. Бесцветная, подвижная жидкость, плотность 0,61 г/см³ при 20°С, температура кипения 34°С. При хранении в открытых сосудах NH₃ быстро испаряется. Безводный аммиак обладает высокой упругостью паров, поэтому его хранят и транспортируют в стальных цистернах, выдерживающих высокое давление (30 – 32 атм). Он хорошо используется растениями и по эффективности не уступает твердым азотным удобрениям. Аммиак поглощается почвой и не вымывается, поэтому его можно вносить осенью или весной.

Внесенный в почву безводный аммиак превращается из жидкости в газ, который адсорбируется коллоидной фракцией и поглощается почвенной влагой, образуя гидроксид аммония. Взаимодействуя с анионами почвенного раствора, аммоний образует различные соли и, вступая в физико-химическое взаимодействие с почвенными коллоидами, поглощается твердой частью почвы. Одновременно с физико-химическими превращениями аммиак подвергается нитрификации.

На легких почвах удобрение продолжительное время сохраняется в виде NH₃ и может улетучиваться. Из влажной почвы аммиак улетучивается меньше, чем из сухой. В течение 12 – 15 дней после внесения аммиак подщелачивает, а затем (после перехода его в нитраты) подкисляет почву. Чтобы избежать потерь азота, безводный аммиак заделывают на глубину 12 – 16 см на дерново-подзолистых суглинистых и на глубину 16 – 20 см на супесчаных почвах. Для внесения используют специальные машины АБА-0.5М, АБА-1, АША-2 и другие в агрегате с культиватором КРН-4,2. Безводный аммиак можно вносить в качестве основного удобрения и в подкормку с обязательной заделкой в почву.

Водный аммиак, или аммиачная вода, содержит 20,5 % азота в форме NH₃ и NH₄OH, причем аммиака содержится значительно больше, чем аммония. Этим и обусловлена возможность потерь азота вследствие улетучивания аммиака при перевозке, хранении и внесении. Поэтому хранят и транспортируют аммиачную воду в стальных герметичных цистернах. Во избежание потерь аммиака аммиачную воду заделывают на глубину 10 – 12 см на суглинистых и 14 – 18 см на супесчаных почвах. На связных почвах аммиачную воду, как и безводный аммиак, можно вносить осенью в качестве основного удобрения практически под все культуры при температуре почвы ниже +10°С, а также весной перед севом. На почвах легкого гранулометрического состава эти удобрения желательно вносить весной.

Аммиачную воду вносят специальными машинами (ПОУ) с приспособлением УЛП-8 для заделки в почву. Учитывая, что аммиак в почве перемещается на 10 – 12 см, для культур сплошного сева расстояние между сошниками (наконечниками) при внесении аммиачных удобрений должно быть не более 20 – 25 см, а для пропашных культур должно равняться ширине одного междурядья. Наиболее эффективно внесение этих удобрений вместе с органическими. Нельзя вносить аммиачные удобрения на одном участке несколько лет подряд, так как они усиливают минерализацию органического вещества, что может привести к снижению содержания последнего в почве.

Карбамид-аммонийно-нитратные удобрения (КАС). КАС представляет собой раствор (смесь) карбамида и аммонийной селитры, содержащий 28 – 32 % азота. Является одним из перспективных удобрений. Промышленность выпускает четыре формы: КАС-28, КАС-30, КАС-32 и КАС-28 с 0,5 % меди в зависимости от содержания азота (соответственно 28, 30 и 32 %). В отличие от безводного аммиака и аммиачной воды КАС не содержит свободного аммиака и поэтому более технологична и удобна при использовании. Кроме того, достоинствами КАС являются: низкие трудовые затраты на производство и применение по сравнению с другими жидкими и твердыми азотными удобрениями, небольшая себестоимость оборудования, высокая точность дозирования, отсутствие потерь азота при поверхностном внесении, равномерность распределения и др. КАС можно использовать под все сельскохозяйственные культуры как в качестве основного удобрения, так и для подкормки зерновых и других культур. При основном удобрении возможны различные способы внесения: поверхностное сплошное и локальное (ленточное) с последующей заделкой в почву и внутрипочвенное локальное.

Особенно эффективно применение КАС для подкормки озимых и других зерновых культур. При проведении первой ранневесенней подкормки озимых КАС можно не разбавлять. При второй подкормке в фазу начала выхода в трубку при температуре 16 – 18°С доза удобрения не должна превышать 20 – 30 кг/га и, во избежание ожогов растений, КАС целесообразно разбавлять водой в соотношении 1:2 или 1:3, особенно если в раствор удобрения добавляются гербициды или ретарданты. При проведении подкормок зерновых культур в фазу начала колошения концентрированные растворы КАС, особенно при добавлении в них фунгицидов, необходимо также разбавлять водой в соотношении 1:2 или 1:3 при дозе внесения не более 15 – 20 кг/га д.в. азота.

Хранить растворы КАС можно в течение шести месяцев в металлических емкостях. Для предупреждения кристаллизации и коррозии металла в нее добавляют фосфат аммония или жидкие комплексные удобрения (ЖКУ) марки (10:34:0) из расчета 0,2 % Р₂О₅. Для поверхностного внесения КАС используют опрыскиватели ОПШ-15, ПОМ-630, ПОМ-2000, ПЖУ-9, а для локального внутрипочвенного – машины ПЖУ-2,5, ПЖУ-5 и др.

Медленнодействующие азотные удобрения – это слаборастворимые в воде удобрения, азот которых медленно переходит в растворимую форму, постепенно используется растениями в течение вегетации и не теряется из почвы.

В настоящее время РУП «Институт почвоведения и агрохимии» НАН Беларуси, Белорусским технологическим институтом АН Беларуси и Гродненским ПО «Азот» разработаны и испытаны новые формы азотных удобрений с замедленной скоростью растворения.

Карбамид с фосфатным покрытием – медленнодействующее азотное удобрение, содержит не менее 39 % азота и не более 7 % Р₂О₅. Растворяется в воде в полтора раза дольше, чем карбамид без покрытия.

Карбамид с полимерным покрытием содержит не менее 42 % азота, растворяется в воде вдвое дольше стандартной мочевины.

Сульфат аммония с полимерным покрытием содержит 20 % азота и 24 % серы, растворяется в воде больше чем в три раза дольше, чем сульфат аммония без полимерного покрытия.

Азотсерокальциевое удобрение получают прессованием карбамида с фосфогипсом. Содержание азота составляет не менее 30 %, серы – не менее 7 %.

Карбамид с гуминовой оболочкой содержит 46 % азота. Статическая прочность гранул несколько выше, чем у стандартного удобрения без гуминов. Положительный эффект от удобрения достигается включением в состав оболочки биологического стимулятора роста – оксигумата или гидрогумата.

Защитные оболочки этих удобрений позволяют снизить потери азота от вымывания, повысить степень его использования растениями и тем самым способствуют росту урожайности сельскохозяйственных культур. Кроме того, применение медленнодействующих удобрений позволяет уменьшить вымывание из почвы азота и водорастворимого гумуса на 30 %, снизить накопление нитратов в картофеле, овощах и кормовых культурах на 15 – 30 %, повысить качество сельскохозяйственной продукции.

Таким образом, новые формы медленнодействующих азотных удобрений должны найти широкое применение в сельскохозяйственном производстве республики.