Удобрения

Удобрение — это вещество или смесь веществ, применяемое для улучшения питания растений, повышения плодородия почв и увеличения урожайности сельскохозяйственных культур. Удобрения содержат один или несколько элементов, необходимых для роста и развития растений (азот, фосфор, калий, кальций, магний, серу, микроэлементы), либо улучшают физические, химические и биологические свойства почвы. Внесение удобрений является одним из основных приёмов интенсивного земледелия.

История

Использование органических удобрений (навоза, золы, зелёных растений) известно с древнейших времён. В Древнем Риме, Китае и Египте земледельцы применяли навоз, компост и речной ил для восстановления плодородия полей. В Средние века в Европе практиковали трёхполье, включавшее пар, куда загоняли скот для удобрения почвы.

Научный подход к удобрениям начал формироваться в XIX веке. В 1840 году немецкий химик Юстус фон Либих опубликовал теорию минерального питания растений, согласно которой растения усваивают питательные вещества из почвы в виде растворимых солей. Либих сформулировал «закон минимума»: урожайность ограничивается тем элементом, который находится в почве в наименьшем относительном количестве. В 1842 году в Англии был запатентован первый суперфосфат — простое фосфорное удобрение, полученное обработкой костей серной кислотой.

В 1908 году немецкие химики Фриц Габер и Карл Бош разработали промышленный процесс синтеза аммиака из атмосферного азота и водорода (процесс Габера — Боша). Это позволило в массовом масштабе производить азотные удобрения (аммиачную селитру, карбамид), что стало ключевым фактором «зелёной революции» середины XX века — резкого роста урожайности зерновых культур в мире.

В СССР интенсивное развитие производства минеральных удобрений началось в 1930-е годы. Крупнейшие заводы были построены в Соликамске, Березниках, Воскресенске. В 1960-1980-е годы СССР стал одним из крупнейших в мире производителей и экспортёров калийных и фосфорных удобрений. После распада СССР объёмы производства в России сократились, но с 2000-х годов отрасль восстановилась и вышла на ведущие позиции в мире.

Классификация

Удобрения классифицируют по нескольким признакам: происхождению, агрегатному состоянию, способу действия и составу.

По происхождению

• Минеральные (неорганические) — получают химическим синтезом или переработкой природного сырья (фосфориты, калийные соли, апатиты). Содержат питательные элементы в виде солей. Делятся на простые (содержат один основной элемент) и комплексные (содержат два и более элемента).
• Органические — состоят из веществ растительного или животного происхождения. К ним относятся навоз, перегной, торф, компост, птичий помёт, сапропель, сидераты (зелёные удобрения).
• Органоминеральные — смеси органических и минеральных компонентов, часто в виде гранул.
• Бактериальные — содержат культуры микроорганизмов, улучшающих азотное питание растений (например, нитрагин, азотобактерин). Сами не содержат элементов питания, но способствуют их усвоению.

По агрегатному состоянию

• Твёрдые — порошкообразные, кристаллические, гранулированные. Гранулированные удобрения (например, аммофос, нитроаммофоска) удобны для механизированного внесения и медленнее вымываются.
• Жидкие — водные растворы или суспензии (аммиачная вода, КАС — карбамидно-аммиачная смесь, жидкие комплексные удобрения). Легко усваиваются, но требуют специальной техники для внесения.

По способу действия

• Прямые — непосредственно содержат элементы питания растений (азотные, фосфорные, калийные).
• Косвенные — улучшают свойства почвы (известковые удобрения для снижения кислотности, гипс для рассоления, бактериальные препараты).

По содержанию основных элементов

• Макроудобрения — содержат азот (N), фосфор (P), калий (K) — основные элементы, необходимые в больших количествах.
• Микроудобрения — содержат бор, медь, цинк, марганец, молибден, кобальт, железо — требуются в малых дозах, но их недостаток может сильно снизить урожайность.
• Комплексные — содержат два или три макроэлемента (например, нитроаммофоска NPK 16:16:16).

Основные виды минеральных удобрений

Азотные удобрения

Азот — ключевой элемент для роста вегетативной массы растений. Основные виды:

• Аммиачная селитра (нитрат аммония, NH₄NO₃) — содержит 34-35% азота в аммонийной и нитратной формах. Быстродействующее, физиологически кислое удобрение. Применяется для всех культур, особенно эффективна на ранних стадиях роста.
• Карбамид (мочевина, CO(NH₂)₂) — содержит 46% азота. Наиболее концентрированное азотное удобрение. В почве превращается в аммоний, затем в нитраты. Пригоден для внесения под все культуры, в том числе для внекорневых подкормок.
• Сульфат аммония ((NH₄)₂SO₄) — содержит 21% азота и 24% серы. Подкисляет почву, эффективен на щелочных и нейтральных почвах.
• Натриевая селитра (NaNO₃) — содержит 16% азота. Физиологически щелочное удобрение, рекомендуется для кислых почв.

Фосфорные удобрения

Фосфор необходим для развития корневой системы, цветения и плодоношения. Основные виды:

• Суперфосфат простой (Ca(H₂PO₄)₂ + CaSO₄) — содержит 20-26% усвояемого P₂O₅. Содержит также серу и кальций. Применяется под все культуры.
• Суперфосфат двойной (Ca(H₂PO₄)₂) — содержит 43-49% P₂O₅. Более концентрированный, без гипса.
• Фосфоритная мука — природный тонкоизмельчённый фосфорит, содержит 20-30% P₂O₅ в трудноусвояемой форме. Эффективна на кислых почвах.
• Преципитат (CaHPO₄·2H₂O) — содержит 38-40% P₂O₅. Применяется на кислых почвах.

Калийные удобрения

Калий повышает устойчивость растений к засухе, болезням и холодам, улучшает качество плодов. Основные виды:

• Хлористый калий (KCl) — содержит 60-62% K₂O. Наиболее распространённое калийное удобрение. Содержит хлор, который может быть вреден для некоторых культур (картофель, табак, виноград).
• Сульфат калия (K₂SO₄) — содержит 50-52% K₂O и 18% серы. Не содержит хлора, рекомендуется для хлорофобных культур.
• Калимагнезия (K₂SO₄·MgSO₄) — содержит 28-30% K₂O и 8-10% MgO. Применяется на лёгких почвах, бедных магнием.

Комплексные удобрения

• Аммофос (NH₄H₂PO₄) — содержит 12% N и 52% P₂O₅. Высококонцентрированное фосфорно-азотное удобрение.
• Диаммофос ((NH₄)₂HPO₄) — содержит 18% N и 46% P₂O₅.
• Нитроаммофоска (NPK) — содержит равные или заданные соотношения N, P₂O₅, K₂O (например, 16:16:16). Универсальное удобрение для основного внесения.
• Калийная селитра (KNO₃) — содержит 13% N и 46% K₂O. Не содержит хлора, хорошо растворима.

Органические удобрения

• Навоз — смесь твёрдых и жидких выделений животных с подстилкой. Содержит все основные элементы питания, а также органическое вещество, улучшающее структуру почвы. Вносится в перепревшем виде (перегной) из расчёта 20-40 т/га.
• Птичий помёт — более концентрированное удобрение, чем навоз. Содержит до 2% N, 1,5% P₂O₅, 1% K₂O. Применяется в сухом виде или в виде настоя.
• Торф — образуется из отмерших растений в условиях болот. Содержит мало питательных веществ, но улучшает водно-воздушный режим почвы. Используется как компонент компостов и для мульчирования.
• Компост — продукт разложения органических отходов (растительные остатки, пищевые отходы, навоз) под действием микроорганизмов. Содержит 1-2% N, 0,5-1% P₂O₅, 0,5-1% K₂O.
• Сидераты (зелёные удобрения) — растения (люпин, горчица, клевер, фацелия), которые выращивают для заделки в почву. Обогащают почву органикой и азотом (бобовые сидераты фиксируют атмосферный азот).

Применение

Внесение удобрений осуществляется несколькими способами:

• Основное (предпосевное) — вносится до посева или посадки, заделывается в почву на глубину 10-20 см. Обеспечивает растения питанием на весь период вегетации.
• Припосевное (рядковое) — вносится одновременно с посевом в рядки или лунки. Обеспечивает молодые растения легкоусвояемыми элементами.
• Подкормка — внесение удобрений в период вегетации. Может быть корневой (в почву) и внекорневой (опрыскивание листьев растворами).

Дозы удобрений рассчитывают на основе агрохимического анализа почвы, биологических особенностей культуры и планируемой урожайности. Избыточное внесение удобрений приводит к загрязнению окружающей среды (эвтрофикация водоёмов, накопление нитратов в продукции), а также к засолению и деградации почв.

Экологические аспекты и критика

Интенсивное применение минеральных удобрений, особенно азотных, имеет ряд негативных последствий:

• Эвтрофикация водоёмов — смыв нитратов и фосфатов с полей вызывает бурное разрастание водорослей, что приводит к дефициту кислорода и гибели рыбы.
• Накопление нитратов — при избытке азотных удобрений в растениях накапливаются нитраты, которые в организме человека могут превращаться в нитриты и канцерогенные нитрозамины.
• Закисление почв — физиологически кислые удобрения (аммиачная селитра, сульфат аммония) при длительном применении снижают pH почвы.
• Выбросы парниковых газов — производство азотных удобрений требует больших затрат энергии (процесс Габера — Боша потребляет около 1-2% мировой энергии). Кроме того, из почвы выделяется закись азота (N₂O), парниковый эффект которой в 300 раз сильнее, чем у CO₂.

В ответ на эти проблемы развивается органическое земледелие, которое полностью исключает применение синтетических удобрений и пестицидов, используя только органические вещества (навоз, компост, сидераты). Однако урожайность в органическом земледелии в среднем на 20-30% ниже, чем в интенсивном, что делает его менее эффективным для обеспечения продовольствием растущего населения Земли.

Производство в России

Россия является одним из крупнейших в мире производителей и экспортёров минеральных удобрений. По данным на 2023 год, доля России в мировом экспорте азотных удобрений составляет около 15%, калийных — около 20%, фосфорных — около 10%. Крупнейшие производители:

• ПАО «Уралкалий» (Березники, Пермский край) — один из лидеров мирового производства хлористого калия.
• ПАО «ФосАгро» (Череповец, Волхов, Балаково) — крупнейший производитель фосфорсодержащих удобрений в Европе.
• АО «ЕвроХим» — производит азотные, фосфорные и комплексные удобрения (заводы в Невинномысске, Кингисеппе, Белореченске).
• ПАО «Акрон» (Великий Новгород) — производит аммиачную селитру, карбамид, NPK-удобрения.
• АО «Газпромнефть — Каталитические системы» и другие предприятия, связанные с газохимией, производят аммиак и карбамид.

Основные месторождения сырья: Хибинские апатиты (Мурманская область), Верхнекамское месторождение калийных солей (Пермский край), фосфориты Егорьевского месторождения (Московская область).

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.
• FAO Statistical Yearbook 2023. World Food and Agriculture.
• Доклад «Рынок минеральных удобрений в России» (РАНХиГС, 2022).