ббк 35. 32 я 73 Р277 Компьютерный набор и верстку

Стандартным методом для определения подвижного фосфора и обменного калия в дерново-подзолистых почвах является метод А.Г. Кирсанова, который основан на извлечении фосфора и калия из почвы 0,2 м раствором НСl при соотношении почвы к раствору 1:5 для минеральных почв и 1:50 для торфяно-болотных почв с последующим фотоколориметрическим определением фосфора в виде синего фосфорно-молибденового комплекса на фотоэлекроколориметре и калия на пламенном фотометре. Индексы обеспеченности почвы подвижными формами фосфора и калия приведены в табл. 6.12.

Органические фосфаты в почве представлены различными по природе группами соединений: индивидуальной природы (неспецифиче-

По новейшим данным многих авторов, больше половины фосфорорганических соединений представлены новообразованными специфическими фосфогумусными соединениями. Формы этих соединений пока неясны, хотя некоторые данные позволяют считать, что фосфор в них связан с гумусовыми кислотами через ион металла.

Исследования кафедры агрохимии БГСХА показали, что в гумусе дерново-подзолистых почв содержится 0,8 - 3,5 % Р₂О₅ к его массе. Причем, как правило, чем меньше гумуса в почве, тем выше его насыщенность органическим фосфором.

Природные фосфорорганические соединения претерпевают в почвах физико-химические изменения в результате реакций хелатообразования, сорбции, химического гидролиза, ферментативных превращений и окислительно-восстановительных реакций. В результате этих процессов значительная часть органических фосфатов минерализуется и пополняет запасы потенциально доступных минеральных форм.

Длительное внесение удобрений, особенно органических, увеличивает содержание органических фосфатов, но в меньшей степени, чем минеральных. Особенностью процесса минерализации органических фосфатов почвы является достаточно высокая подвижность ее продуктов, которые мало переходят в труднорастворимые соединения.

Процессы превращения недоступных для растений минеральных и органических соединений фосфора в усвояемую форму протекают очень медленно. Несмотря на большие общие запасы фосфора в почве, его доступных соединений содержится обычно мало и, чтобы получать высокие устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур, необходимо применять фосфорные удобрения.

Фосфорные и фосфорсодержащие комплексные удобрения по растворимости и усвояемости делятся на три группы: водорастворимые, цитратно-лимоннорастворимые, труднорастворимые. К водорастворимым относятся простой и двойной суперфосфат и комплексные удобрения (аммофос, диаммонийфосфат, нитроаммофоска, кристаллин и др.), к цитратно-лимоннорастворимым - преципитат, томасшлак, обесфторенный фосфат, мартеновский фосфатшлак и другие термофосфаты. К труднорастворимым - такие как фосфоритная и костная мука, из которой фосфор извлекается сильными растворителями (20 %-ной соляной кислотой или смесью соляной и азотной кислот).

В мировой практике фосфатное сырье перерабатывают на удобрения следующими четырьмя основными способами. Самый простой способ — это измельчение фосфатов в фосфоритную муку. Наиболее распространенный и изученный способ переработки фосфатного сырья — разложение фосфатов кислотами: серной, фосфорной и азотной. Третий способ — электротермическое восстановление фосфатов углеродом в присутствии диоксида кремния с извлечением элементарного фосфора и его последующей переработки в фосфорную кислоту и ее соли. Этим способом перерабатывается менее качественное сырье, чем при обработке кислотами, но удобрения получают с меньшим количеством примесей. Четвертый способ — термическая обработка фосфатов. Например, щелочное разложение при сплавлении и спекании фосфатов с солями щелочных и щелочноземельных металлов, гидротермическая переработка в присутствии пара. Вследствие дефицита соды и низкого качества удобрений этот способ широко не используется.

Водорастворимые фосфорные удобрения. С у п е р ф о с ф а т п р о с т о й п о р о ш к о в и д н ы й (СаН₂РО₄)₂ х Н₂О + 2СаSО₄ х 2Н₂О. Содержит не менее 19%, а гранулированный — не менее 20% усвояемого фосфора в расчете на Р₂О₅. Это удобрение содержит до 50 - 55 % СаSО₄. Наличие серы благоприятно сказывается на урожайности клевера, культур семейства крестоцветных (капуста, рапс, брюква, турнепс и др.), а также картофеля и других сельскохозяйственных культур.

Простой суперфосфат получают обработкой размолотого апатита или фосфорита серной кислотой. Большая часть фосфора в суперфосфате находится в виде монокальцийфосфата, 5 - 5,5 % массы удобрения — в виде свободной фосфорной кислоты.

В суперфосфате находится небольшое количество дикальцийфосфата СаНРО₄ х 2Н₂О, а также трикальцийфосфата, фосфатов железа и алюминия. Усвояемый фосфор в суперфосфате составляет 88 - 98% общего его содержания.

Простой гранулированный суперфосфат выпускается в виде гранул размером 1 - 4 мм. Он обладает хорошими физическими свойствами: не слеживается, сохраняет хорошую рассеваемость. При гранулировании свободная фосфорная кислота нейтрализуется и суперфосфат высушивается, поэтому количество воды и свободной фосфорной кислоты снижается соответственно до 1 - 4 и 1 - 1,5 %.

Простой суперфосфат можно использовать в качестве основного, припосевного удобрения и подкормок. В качестве основного удобрения его используют под все культуры, но в первую очередь под культуры положительно отзывающиеся на серу (рапс, капуста и др.). Невысокие концентрации фосфора в удобрении позволяют его вносить в рядки при посеве зерновых и других культур равномерно в минимальных дозах — 10 - 15 кг Р₂О₅. Гранулированный суперфосфат может выпускаться с добавками бора (0,2%), тогда он имеет голубой цвет.

При нейтрализации свободной кислотности суперфосфата аммиаком получают аммонизированный суперфосфат. А м м о н и з и р о- в а н н ы й с у п е р ф о с ф а т высшего сорта, выпускаемый Гомельским химическим заводом, содержит 7 - 8% N и 30 - 33% Р₂О₅. Его можно применять под все культуры. В качестве основного внесения целесообразно использовать для культур, которым нужно больше фосфора, чем азота (лен, озимые зерновые, (с осени, и др.). При рядковом внесении аммонизированного суперфосфата дозы его устанавливаются по фосфору.

По классификации Международной ассоциации производства суперфосфата и сложных удобрений (ИСМА) двойным суперфосфатом считается удобрение, содержащее 25% Р₂О₅, тройным 43 - 44% Р₂О₅. Поэтому в странах Западной Европы двойной суперфосфат называют тройным.

Технология производства двойного суперфосфата распадается на две стадии. Вначале получают фосфорную кислоту. Для этого апатит (фосфорит) обрабатывают серной кислотой для извлечения фосфорной кислоты. Затем, отделив фильтрованием от гипса, обрабатывают ее новую порцию высокопроцентного сырья и получают двойной суперфосфат. Двойной суперфосфат в отличие от простого содержит меньше примесей и в нем отсутствует сера. По внешнему виду весьма схож с простым гранулированным суперфосфатом, но имеет более крупные гранулы, к тому же цвет их более темный ( серый или темно-серый).

Выпускается также двойной суперфосфат с добавками бора (0,4%) и других микроэлементов.

Как водорастворимое удобрение двойной суперфосфат является универсальной формой, используемой под все культуры. По действию на урожайность сельскохозяйственных культур взятые в эквивалентной дозе по фосфору простой и двойной суперфосфат для большинства сельскохозяйственных культур дают близкий эффект. Лишь под культуры, положительно реагирующие на серу, двойной суперфосфат по эффективности уступает простому.

В связи с более высокой концентрацией фосфора в двойном суперфосфате по сравнению с простым для более равномерного распределения фосфора при рядковом внесении дозы двойного суперфосфата увеличиваются до 20 кг Р₂О_5.

Для получения высоких урожаев зерновых культур, льна, сахарной свеклы и других культур целесообразно сочетать внесение суперфосфата в основном удобрении с внесением его в рядки при посеве. При таком послойном внесении удобрений создаются хорошие условия питания растений фосфором в первый период роста за счет рядкового внесения, а в последующие периоды за счет основного удобрения, внесенного под плуг или глубокую культивацию.

В то же время следует иметь в виду, что при внесении повышенных доз фосфорных удобрений в основное удобрение или высоком содержании подвижного фосфора в почве применение фосфорных удобрений в рядки может оказаться неэффективным.

Это удобрение выпускается в ограниченных количествах. Применяют преципитат только для основного внесения. В этом случае он не уступает двойному суперфосфату. В Беларуси в настоящее время преципитат практически не используется.

Термофосфаты являются перспективными удобрениями. Это связано с тем, что они могут применяться на всех почвах и под все культуры, их можно производить из природных фосфатов, непригодных для непосредственного внесения в почву, а также трудно поддающихся химической переработке для получения водорастворимых фосфорных удобрений.

Фосфор в этом удобрении содержится в виде соединений фторапатита, гидроксил-апатита, карбонат-апатита, т.е. находится в форме Са₃(РО₄)₂.

Фосфоритная мука — медленнодействующее удобрение, которое используется для основного внесения. Под влиянием почвенной кислотности она переходит в доступное для растений состояние. В России доля фосфоритной муки в ассортименте фосфорных удобрений составляет 12%. В связи с интенсивным известкованием фосфоритная мука в Беларусь в последние годы не завозилась. В относительно больших количествах применяется в Бразилии. В США ее используют в качестве добавки к смешанным удобрениям. В Японии и некоторых западно-европейских странах ее выпускают из импортируемого сырья. Это самое дешевое фосфорное удобрение, и от него в Беларуси преждевременно отказываться. Его целесообразно использовать на кислых почвах под культуры, способные использовать фосфор из труднорастворимых фосфатов (люпин, горох, гречиха, эспарцет, озимая рожь и овес).

В и в и а н и т Fe₃(РО₄)₂ х 8 Н₂О — болотная руда, в чистом виде содержащая около 28% Р₂О₅, а с примесью торфа (торфовивианит) — от 12 до 26%. По действию приближается к фосфоритной муке. Вивианит залегает обычно небольшими гнездами и прослойками в виде белесой массы. На воздухе быстро синеет. После добычи, длительного проветривания ( для перевода закисных соединений в окисные) и подсыхания масса рассыпается на мелкий порошок, удобный для рассева. Его можно вносить из расчета 90 - 120 кг Р₂О₅ на 1 га.

Новые и перспективные формы фосфорных удобрений. С у п е р ф о с или суперфосфатно-фосфоритное удобрение содержит 38 - 41% Р₂О₅, в том числе 50 - 65% в водорастворимой форме и около 40% составляют ди- и трикальцийфосфаты. Новая форма фосфорного удобрения по внешнему виду похожа на двойной суперфосфат, но с несколько меньшим размером гранул ( 1 - 3 мм). Суперфосы — это фосфориты, частично разложенные экстракционной фосфорной кислотой. На производство суперфоса расходуется на 25 - 30% меньше экстракционной фосфорной кислоты по сравнению с двойным суперфосфатом.

Суперфос используется для основного и припосевного удобрения. По действию на большинство сельскохозяйственных культур он приближается к двойному суперфосфату. Основное внесение этого удобрения эффективно под картофель, ячмень, лен, овес, гречиху и другие культуры. Суперфос производится в России.

В последнее время большое внимание уделяется кислотно-термическому способу получения полифосфатов кальция. Процесс плавления фосфорита производится при температуре 1100 - 1200 ⁰С после взаимодействия его с фосфорной кислотой. Удобрение содержит 55 - 58% цитратнорастворимой Р₂О₅. Добавление к продукту на стадии грануляции водорастворимых ортофосфатов обеспечивает необходимое содержание водорастворимого фосфора в удобрении. Разработан также низкотемпературный способ получения полифосфатов кальция с достаточно высоким содержанием Р₂О₅ (40 - 60%).

Конденсированные фосфаты, входящие в состав полифосфата кальция, в почве гидролизуются до ортофосфатов и, таким образом, становятся доступными для растений. Полифосфат более эффективен на карбонатных почвах, где он по действию превосходит суперфосфат. По данным кафедры агрохимии БГСХА, действие низкотемпературного полифосфата кальция с содержанием 41,5% Р₂О₅ под ячмень на дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах составляло 70% от двойного суперфосфата. Полифосфат кальция производят из фосфоритов Каратау. Содержание водорастворимого фосфора в них составляет 16%.

К р а с н ы й ф о с ф о р — самое концентрированное, перспективное фосфорное удобрение, содержит 22,9% Р₂О₅. Красный фосфор применяют с добавками сернокислой меди CuSO₄ ^. 5 Н₂О ( в качестве катализатора) из расчета 1% меди от массы фосфора. Красный фосфор может быть использован для повышения содержания фосфора в других удобрениях. Так, добавка 20% красного фосфора к простому суперфосфату из фосфоритов Каратау превращает его в высококонцентрированное удобрение, содержащее 48 - 50% Р₂О₅, хорошо действующее как в первый, так и следующие три - четыре года после внесения.
6.5.3 Взаимодействие фосфорных удобрений с почвой
В отличие от стран Западной Европы, где достигнут оптимальный уровень содержания подвижного фосфора в почве и фосфорные удобрения вносятся только для компенсации его выноса с урожаями, в Беларуси на почвах, недостаточно окультуренных, необходимо вносить фосфорные удобрения не только для компенсации выноса, но и увеличения его содержания в почве .

В настоящее время фосфорсодержащие удобрения являются очень дорогими и ощущается их дефицит, поэтому концепция применения фосфорных удобрений пересматривается в сторону снижения доз. Эти дозы предусматривают более умеренные темпы увеличения содержания подвижного фосфора на недостаточно окультуренных почвах, чем это было ранее. Опыты последних лет показали, что на основных массивах почв с содержанием фосфора ниже оптимального уровня оптимальные дозы фосфора должны быть в зависимости от его содержания в почве в пределах от 120 до 180% от выноса с урожаями сельскохозяйственных культур.

Для того, чтобы получить более высокую отдачу от применяемых фосфорных удобрений, необходимо учитывать их превращение в почвах.

Между многочисленными формами органических и минеральных соединений фосфора в почвах существует определенная зависимость, характерная данному типу почвы. Несмотря на различную растворимость и усвояемость растениями, они, как правило, находятся в относительном динамическом равновесии. При нарушении этого равновесия в определенных условиях, свойственных данной почвенно-климатической зоне и агроценозу, различные формы фосфора способны переходить друг в друга. Эти процессы идут как в естественных условиях в ходе почвообразовательного процесса, так и при внесении в почву фосфорных удобрений.

Дерново-подзолистые почвы обладают очень высокой поглотительной способностью в отношении фосфатов, вносимых с удобрениями (890 - 1690 мг/кг почвы). Еще более высокую емкость поглощения фосфат-ионов имеют дерново-подзолистые заболачиваемые почвы.

Ход и скорость поглощения фосфатов и их трансформация в почвах обусловливаются прежде всего степенью их кислотности. Реакция среды вызывает изменение электрического потенциала почвенных коллоидов. Подкисление почвенного раствора способствует большому поглощению анионов, подщелачивание, наоборот, вызывает их уменьшение. От рН почвы зависит степень растворимости и ионизации солей щелочноземельных металлов, алюминия, железа, титана, которые вызывают осаждение фосфора в виде труднорастворимых соединений.

В настоящее время в агрохимии нет однозначного ответа на вопрос об оптимальном значении рН почвы, при котором наблюдается минимальное поглощение фосфатов и вследствие этого наибольшее количество растворимых их форм. Это зависит от почвенно-климатических и других факторов. В целом многие исследователи считают, что наибольшая растворимость фосфатов обнаруживается в интервале рН от 5,0 до 5,5.

На более кислых почвах происходит связывание фосфора, главным образом, полуторными оксидами алюминия и железа, на менее кислых почвах начинает возрастать связывание фосфора кальцием. Фосфаты в почве встречаются в виде солей различной основности. По мере ее повышения растворимость фосфатов в воде все более и более уменьшается, а вместе с тем падает доступность фосфора для растений.

Исследования показали, что природа связи поглощенных фосфат-ионов является преимущественно поверхностно-адсорбционной. При этом адсорбция по типу первичной адсорбции (хемосорбции), характерной чертой которой является поглощение фосфат-ионов как потенциалопределяющих ионов коллоидной частицы почвы (почвенно-поглощающего комплекса) происходит с образованием внутренней частицы двойного электрического слоя, что подтверждается наличием адсорбции катионов раствора соли фосфата как противоиона. Адсорбционное поглощение дерново-подзолистыми почвами составляет примерно 70 - 80% от общего количества поглощенных фосфатов. Остальная часть (20 - 30%) поглощается по химическому типу с образованием отдельной твердой фазы, главным образом, труднорастворимых фосфатов алюминия, железа различной основности, а также фосфатов кальция.

По мере взаимодействия с почвами поверхностно-адсорбированные фосфат-ионы претерпевают изменения и превращаются в химические соединения, характерные для данного типа почвообразования и с различной степенью доступности растениям.

Внесенные в дерново-подзолистые почвы водорастворимые формы фосфорсодержащих удобрений, подчиняясь законам термодинамики, с течением времени превращаются в более устойчивые формы. На начальных этапах взаимодействия с почвой происходит образование рыхлосвязанных фосфатов кальция и аморфных соединений фосфатов алюминия и железа. Фосфор этих соединений сравнительно легко усваивается сельскохозяйственными растениями. При длительном взаимодействии свежеосажденные фосфаты кальция и полуторных оксидов кристаллизуются и переходят соответственно в более основные и труднорастворимые соединения.

В длительных стационарных опытах на дерново-подзолистых легкосуглинистых, супесчаных и песчаных почвах, проводимых кафедрой агрохимии БГСХА, доказано, что систематическое применение органических и минеральных удобрений приводит к возрастанию общего содержания фосфора как за счет минеральных, так и органических форм (И.Р. Вильдфлуш и др., 1999).

На дерново-подзолистой легкосуглинистой почве через 22 года после закладки опыта при навозно-минеральной системе удобрения по сравнению с контролем накопление фосфатов в почве происходило примерно в равной степени за счет фосфатов полуторных оксидов и кальция. Причем в группе фосфатов кальция увеличение происходило в большей мере за счет его легкорастворимых форм, а в группе фосфатов полутораоксидов фосфаты алюминия среди накопленных преобладали над фосфатами железа (табл.6.13 ). В то же время в варианте, где применялись только минеральные удобрения, на долю фосфатов пролутораоксидов приходилось 60%, а фосфатов кальция — 40%. Таким образом, сочетание органических и минеральных удобрений способствует сохранению в почве фосфора в более доступной форме, чем при внесении одних минеральных удобрений.

В опыте Гродненской опытной станции на дерново-подзолистой супесчаной почве при применении в течение 13 лет N₃₀Р₅₀К₅₀ на неизвесткованном фоне при сильнокислой реакции (рН в КС1 4,0) среди накопленных фосфатов в почве по сравнению с контролем на долю фосфатов полутораоксидов приходилось 79% (54% - на фосфаты алюминия и 22% - на фосфаты железа), а на известкованном фоне ( рН _сол. 5,5) на фосфаты полутораоксидов лишь 48% и фосфаты кальция 52 % (табл.6.13 ).

При сочетании N₃₀Р₅₀К₅₀ с 10 т/га навоза на известкованном фоне (при рН в КС1 5,8) фосфорные удобрения в еще большей мере переходили в формы, связанные с кальцием (59%).

На дерново-подзолистых песчаных почвах накопление фосфора в отличии от суглинистых и супесчаных происходило преимущественно за счет фосфатов алюминия.

Таким образом, применение органических удобрений и известкование способствуют сохранению фосфатов, вносимых с удобрениями в более доступной форме, и повышают их эффективность.

Уменьшение связывания фосфатов удобрений с алюминием и железом при применении органических удобрений связано с тем, что при их использовании оксиды алюминия и железа обволакиваются и упаковываются слоем органических коллоидов (“гумусовой пленкой”). По мнению ряда исследователей, в зависимости от почвенных условий, органическое вещество может выполнять роль конкурента фосфат-ионов за адсорбционные места на поверхности твердой фазы почвы, препятствуя их поглощению. Кроме того, некоторые кислоты, образующиеся на различных стадиях разложения органического вещества, весьма энергично вытесняют из фосфатов алюминия, железа и кальция поглощенные фосфат-ионы, пополняя запасы подвижных фосфатов.