Минеральные удобрения

Минеральные удобрения — это неорганические соединения, содержащие элементы, необходимые для питания растений и повышения плодородия почвы. В отличие от органических удобрений (навоза, компоста, торфа), они имеют промышленное происхождение и характеризуются строго определённым химическим составом, высокой концентрацией питательных веществ и быстрой усвояемостью растениями. Минеральные удобрения подразделяются на простые (содержащие один основной элемент) и комплексные (содержащие два или более элементов). Их применение является ключевым фактором интенсификации сельского хозяйства, позволяя значительно увеличивать урожайность культур, но при этом требует строгого соблюдения дозировок и технологий внесения, так как избыток или неправильное использование могут приводить к загрязнению окружающей среды и деградации почв.

История

Первые научные работы по минеральному питанию растений относятся к первой половине XIX века. Немецкий химик Юстус фон Либих в 1840 году опубликовал труд «Химия в приложении к земледелию и физиологии», в котором сформулировал закон минимума: урожайность растений ограничивается тем элементом, который находится в почве в наименьшем относительном количестве. Либих также предложил использовать в качестве удобрений растворимые соли калия и фосфора. В 1842 году англичанин Джон Беннет Лоуз получил патент на производство суперфосфата — первого промышленного минерального удобрения, обрабатывая костяную муку серной кислотой. В 1861 году в Германии началась промышленная добыча калийных солей (сильвинита) в районе Штасфурта, что положило начало производству калийных удобрений. Азотные удобрения стали массово производиться после разработки в 1908 году Фрицем Габером и Карлом Бошем процесса синтеза аммиака из атмосферного азота и водорода (процесс Габера — Боша). В СССР масштабное производство минеральных удобрений началось в 1930-е годы с пуском Воскресенского химического завода (суперфосфат) и Соликамского калийного комбината.

Классификация

Минеральные удобрения классифицируются по нескольким признакам: по агрегатному состоянию, по химическому составу и по способу воздействия.

По агрегатному состоянию

• Твёрдые удобрения: гранулированные, порошковидные, кристаллические. Гранулированные формы (например, гранулированный суперфосфат, карбамид) имеют преимущество: они меньше слёживаются при хранении и обеспечивают более равномерное распределение при внесении.
• Жидкие удобрения: водные растворы и суспензии (например, жидкий аммиак, КАС — карбамидно-аммиачная смесь). Жидкие формы удобнее для внесения с поливной водой (фертигация) и позволяют точнее дозировать питательные вещества.

По химическому составу (по основному питательному элементу)

1. Азотные удобрения. Содержат азот в различных формах:

• Аммиачные (сульфат аммония, хлористый аммоний) — азот в форме иона NH₄⁺.
• Нитратные (натриевая селитра, кальциевая селитра) — азот в форме иона NO₃⁻.
• Аммиачно-нитратные (аммиачная селитра) — содержит обе формы.
• Амидные (карбамид, или мочевина) — азот в форме CONH₂, который в почве быстро гидролизуется до аммиачной формы.
• Жидкие азотные (жидкий аммиак, аммиачная вода).

1. Фосфорные удобрения. Содержат фосфор в виде солей ортофосфорной кислоты:

• Водорастворимые (суперфосфат простой и двойной) — фосфор доступен растениям сразу.
• Цитратнорастворимые (преципитат, томасшлак) — растворяются в слабых кислотах, усваиваются медленнее.
• Труднорастворимые (фосфоритная мука) — растворяются только в сильных кислотах, эффективны на кислых почвах.

1. Калийные удобрения. Содержат калий в форме растворимых солей:

• Хлористые (хлористый калий, калийная соль) — содержат хлор, который может угнетать некоторые культуры (картофель, виноград, табак).
• Сернокислые (сульфат калия, калимагнезия) — не содержат хлора, предпочтительны для чувствительных культур.

1. Комплексные удобрения. Содержат два или более основных элемента:

• Двойные (азотно-фосфорные, азотно-калийные, фосфорно-калийные).
• Тройные (нитроаммофоска, нитрофоска, диаммофоска) — содержат азот, фосфор и калий (NPK).
• Сложные (аммофос, диаммофос) — получают химическим взаимодействием компонентов.
• Смешанные (тукосмеси) — механическая смесь готовых простых или сложных удобрений.

1. Микроудобрения. Содержат микроэлементы в малых дозах: бор (борная кислота), медь (медный купорос), цинк (сульфат цинка), марганец (сульфат марганца), молибден (молибдат аммония), кобальт и другие. Применяются для устранения дефицита конкретных микроэлементов.

По способу воздействия

• Прямые удобрения — непосредственно питают растения (азотные, фосфорные, калийные).
• Косвенные удобрения — улучшают свойства почвы (например, известковые удобрения, гипс, фосфогипс), не являясь непосредственным источником питания.

Применение

Применение минеральных удобрений основано на агрохимическом анализе почвы и потребностях конкретной культуры. Основные способы внесения:

• Основное (предпосевное) внесение — заделка удобрений в почву перед посевом или посадкой, обычно осенью или весной. Обеспечивает растения питанием на весь период вегетации.
• Припосевное (рядковое) внесение — внесение небольшой дозы удобрения непосредственно в рядки или лунки при посеве. Обеспечивает растения в начальный период роста.
• Подкормка (послепосевное внесение) — внесение удобрений в период вегетации:
• Корневая подкормка — растворение удобрений в поливной воде (фертигация) или заделка в почву.
• Внекорневая подкормка — опрыскивание листьев раствором удобрений (обычно микроудобрениями или азотными).

Дозировки рассчитываются в килограммах действующего вещества на гектар (кг д.в./га) и зависят от типа почвы, предшественника, планируемой урожайности и климатических условий. Для большинства культур оптимальные дозы азота составляют 60–120 кг/га, фосфора — 40–90 кг/га, калия — 60–120 кг/га.

Влияние на почву и окружающую среду

Нерациональное применение минеральных удобрений может вызывать ряд негативных последствий:

• Подкисление почвы — особенно от аммиачных и аммиачно-нитратных удобрений (аммиачная селитра, сульфат аммония).
• Засоление почвы — при избыточном внесении калийных удобрений, содержащих хлор.
• Эвтрофикация водоёмов — смыв азота и фосфора с полей приводит к бурному росту водорослей и «цветению» воды в реках и озёрах.
• Загрязнение грунтовых вод нитратами — нитратная форма азота легко вымывается из почвы, особенно в регионах с избыточным увлажнением. Потребление воды с высоким содержанием нитратов опасно для здоровья человека (метгемоглобинемия).
• Накопление тяжёлых металлов — некоторые фосфорные удобрения (особенно из фосфоритов) могут содержать примеси кадмия, урана, свинца.
• Снижение биологической активности почвы — избыток минеральных удобрений может подавлять деятельность почвенных микроорганизмов и дождевых червей.

Для минимизации негативных эффектов применяются: точное земледелие (дифференцированное внесение удобрений по картам полей), использование медленнодействующих форм удобрений (с ингибиторами нитрификации), соблюдение севооборотов и внесение органических удобрений в сочетании с минеральными.

Производство и мировой рынок

Крупнейшими производителями минеральных удобрений являются Китай, Россия, США, Индия и Канада. Россия занимает одно из ведущих мест в мире по производству и экспорту калийных (второе место после Канады) и азотных удобрений (первое место по экспорту аммиачной селитры и карбамида). Основные российские производители: «Уралкалий» (калийные удобрения), «ФосАгро» (фосфорные и комплексные), «Еврохим» (азотные, фосфорные, комплексные), «Акрон» (азотные и комплексные). Сырьём для производства служат природные залежи: калийные соли (сильвинит, карналлит), фосфориты и апатиты (апатито-нефелиновые руды Кольского полуострова), природный газ (для синтеза аммиака).

Интересные факты

• В 2021 году мировое потребление минеральных удобрений превысило 200 миллионов тонн в пересчёте на действующее вещество.
• Аммиачная селитра (NH₄NO₃) используется не только как удобрение, но и как компонент взрывчатых веществ, поэтому её оборот строго контролируется.
• Карбамид (мочевина) — самое концентрированное азотное удобрение (46% азота).
• Внесение фосфорных удобрений наиболее эффективно на кислых почвах, так как фосфор в них переходит в недоступные для растений формы.
• Избыток азота в растениях может приводить к накоплению нитратов в овощах (особенно в листовых — салат, шпинат, капуста).

Источники

• Ягодин Б. А., Жуков Ю. П., Кобзаренко В. И. Агрохимия. — М.: Колос, 2002.
• Минеев В. Г. Агрохимия. — М.: Изд-во МГУ, 2004.
• ГОСТ 20432-83. Удобрения. Термины и определения.
• Панников В. Д., Минеев В. Г. Почва, климат, удобрение и урожай. — М.: Агропромиздат, 1987.
• Данные Международной ассоциации производителей удобрений (IFA) за 2021–2023 гг.