Лекции по материалам каждого модуля демонстрируются учебные кинофильмы и только потом студенты сдают промежуточный экзамен отдельно по каждому модулю

АТФ как переносчик энергии участвует в биосинетезе белков, жиров, крахмала, сахарозы, глутамина и многих других соединений. Особенно велика роль фосфорных соединений фотосинтеза, дыхания и брожения.

Таким образом, фосфор входит с состав многих органических биологически важных веществ в растениях, без которых жизнедеятельность организмов невозможна.

Фосфорные удобрения не только повышают урожай, но и меняют его структуру в желательном направлении: повышается доля наиболее ценной, репродуктивной части.

В зрелом злаковом растении больше фосфора сосредоточено в зерне, меньше – в соломе, поэтому чем больше производится товарного зерна, тем меньше фосфора возвращается в почву и тем больше требуется вносить фосфорных минеральных удобрений. Количество фосфора в растениях составляет примерно 33% от количества азота.

В различные периоды жизни растения потребляют неодинаковое количество фосфора. В начальный период с появлением всходов растениям фосфор крайне необходим, хотя и в небольших количествах. Причем, недостаток фосфора в этот период нельзя компенсировать даже обильным последующим внесением.

Наибольшее количество фосфора зерновые в фазах трубкования и колошения, лен – в период цветения, хлопчатник 90% фосфора потребляет после цветения, только корнеплоды, клубнеплоды, капуста потребляют фосфор более или менее равномерно на протяжении вегетационного периода.

Опытами кафедры ТСХА с применением радиоактивного изотопа ³²Р установлено, что доля фосфора в составе урожая, усваиваемая из удобрения, с возрастом овса уменьшалась, а доля фосфора, усвоенная из почвы повышалась. Причем во все фазы развития овса внесенное фосфорное удобрение усиливало усвоение растениями фосфора почвы. Аналогичное влияние, как мы отмечали азотных удобрений – они повышают усвоение азота почвы.

Основным источником фосфорного питания растений являются соди ортофосфорной кислоты. Растения могут использовать соли и других фосфорных кислот – метафосфорной, пирофосфорной и вообще полифосфорных кислот, но после гидролиза их в почве и перевода их с помощью ферментов (фосфатазы) в ортофосфорную кислоту и ее соли.

Фосфорная кислота – трехосновная, поэтому она может отдиссоцировать три аниона: Н₂РО₄^-, НРО₄^2- и РО₄^3-. В условиях слабокислой реакции преобладает первый аниона, в условиях нейтральной – второй.

Доступность растениям различных солей фосфорной кислоты зависит от их растворимости в воде. Наиболее растворимы соли фосфорной кислоты с одновалентными катионами калия, натрия и аммония. Хорошо растворимы и усваиваются растениями однозамещенные фосфаты Са, Мg – Са(Н₂РО₄)₂ и Мg (Н₂РО₄)₂.

Двухзамещенные соли СаНРО₄ и МgНРО₄ нерастворимы в воде, но растворимы с слабых кислотах, в том числе органических. Благодаря кислотности почвы и корневых выделений они также являются важным источником фосфорного питания растений.

Трехзамещенные фосфаты – Са₃(РО₄₎₂ являются труднорастворимыми, то есть не растворяются в воде и слабых кислотах, поэтому не могут усваиваться большей частью с.-х. культур. Они могут частично растворяться и усваиваться только в кислой среде и растениями, которые имеют повышенную кислотность корневых выделений – люпином, гречихой, горчицей и др.

Фосфор в почвах содержится как в органической, так и в минеральных формах. Во всех почвах, как правило, содержание фосфора зависит от механического состава и содержания гумуса. Однако всегда преобладают минеральные фосфаты. Чем тяжелее механический состав, тем выше и содержание фосфора, чем больше содержится в почве гумуса, тем больше содержится и фосфора.

Например, по данным П.М.Смирнова, А.В.Петербургского (1975), в среднеподзолистой почве на 1 га пахотного слоя содержится общего фосфора 2,3 т, из которых органического 0,7 и минерального 1,7 т; в мощном черноземе соответственно 4,4 1,6 и 2,8 т; в сероземе 4,2 0,6 3,6.

Фосфор, входящий в состав органических веществ (сложных белков, фосфатидов, фитина и др.) недоступен растениям. Он становится доступным только после минерализации, то есть разложения органических веществ с помощью микроорганизмов до простых растворимых в воде солей фосфорной кислоты.

Минеральные соединения фосфора в почвах представлены труднорастворимыми солями Ае, Fe, Ca, Mg. При этом в дерново-подзолистых почвах больше фосфатов Ае и Fe, а в черноземах, особенно в карбонатных, больше фосфатов Ca и Mg. Та часть фосфатов, которая представлена растворимыми солями Са(Н₂РО₄)₂, Mg(Н₂РО₄)₂, КН₂РО₄, (NН₂)НРО₄, NН₄Н₂РО₄, NаН₂РО₄ легко доступна растениям.

Растения усваивают фосфор и из менее растворимых двухзамещенных солей фосфорной кислоты СаНРО₄ и МgНРО₄. Трехзамещенные фосфаты становятся доступными после их разложения под воздействием почвенной кислотности или кислых корневых выделений.
Фосфорные удобрения

Из множества минералов, имеющих в своем составе фосфор, только изверженный апатит и осадочные фосфориты являются сырьем для производства фосфорных удобрений.

Апатит является кристаллическим веществом, фосфориты же встречаются как кристаллические так и аморфные.

Общий запас фосфора на Земле в разведанных месторождениях апатитов и фосфоритов достигает 1·10⁸ т, но только небольшая часть их имеет промышленное значение.

При современном масштабе добычи фосфорного сырья, превысившей 28 млн. т фосфора в год, его хватило бы на 3 тысячи лет. Однако нужно помнить, что темпы добычи сырья быстро растут, а методы извлечения фосфора совершенствуются. Перспективен терический метод, позволяющий получать элементарный фосфор и на его основе высококонцентрированные полифосфорные кислоты и затем их соли.

Недостатком этого метода является загрязненность экстракционной фосфорной кислоты и его конечного продукта многочисленными примесями и невысокая концентрация производимых удобрений.

Фосфорные удобрения по растворимости, а следовательно, доступности растениям делятся на три группы:

1. Однозамещенные фосфаты, хорошо растворимые в воде и легкодоступные растениям – суперфосфат простой, двойной, аммонизированный и обогащенный.

2. Двухзамещенные фосфаты, не растворимые в воде, но растворимые в слабых кислотах, поэтому фосфор их доступен растениям – преципитат, обесфторенный фосфат, плавленый фосфат, томасшлак и мартеновский фосфатшлак.

3. Трехзамещенные фосфаты, нерастворимые ни в воде, ни в слабых кислотах, поэтому их фосфор плохо доступен растениям – фосфоритная мука и костяная мука.

Он является основным фосфорным удобрением в нашей стране. Содержание Р₂О₄ в зависимости от исходного сырья и выпускаемого сорта колеблется от 14 до 20%: 1 сорт 18-20%, 2 сорт 16-18%, 3 сорт 14-16%. Содержание гипса достигает 40%. Это порошковидное или чаще всего гранулированное удобрение белого или серого цвета с содержанием свободной фосфорной кислоты не более 5%. Получается оно при обработке тонко размолотого апатита или фосфорита серной кислотой.

На 1 т сырья расходуют 1 т серной кислоты и получают около 2 т удобрения, поэтому содержание Р₂О₅ в полученном удобрении в два раза меньше, чем в исходном сырье.

Порошковидная форма суперфосфата больше контактирует с почвой, поэтому в результате химической реакции фосфор связывается в формах недоступных растениям. Гранулированный же суперфосфат контактирует с почвой только поверхностью гранул, поэтому внутри гранул сохраняется микроочаги доступного растениям монокальцифосфата. Этим объясняется более высокая эффективность гранулированного суперфосфата.

Гранулированный суперфосфат можно вносить как в основное удобрение, так и при посеве и в подкормку.

2. Двойной суперфосфат Са(Н₂РО₄)₂ · Н₂О содержит Р₂О₅ 40-50%. В отличие от простого суперфосфата не содержит СаSО₄. Он выпускается в основном в гранулированном виде. Технология его получения включает две стадии: вначале получают фосфорную кислоту обработкой исходного сырья повышенным количеством серной кислоты

[Са₃(РО₄)₂]₃ СаF₂ + 14Н₃РО₄ + 10Н₂О = 10Са(Н₂РО₄)₂ · Н₂О + 2НF

В обоих случаях фтористый водород улетучивается и улавливается.

Простой и двойной суперфосфаты, взятые в эквивалентных дозах действуют на урожай почти одинаково, поэтому преимущество двойного суперфосфата заключается в уменьшении затрат на упаковку, перевозку, хранение и внесение в почву.

При разложении активного концентрата смесью серной и фосфорной кисло получают обогащенный суперфосфат с содержанием Р₂О₅ до 25%. Его применяют так же, как другие суперфосфаты.

Новшество состоит в том, что фосфорной кислоты берется меньше, тем самым экономится это ценное дефицитное сырье. По своему действию суперфос не только не уступает преципитату, но приближается к действию суперфосфатов. Содержание Р₂О₅ составляет 38%, из которых 19% усвояемого.

После этого полученный продукт сушат и измельчают.

Преципитат обладает хорошими физическими свойствами – не слеживается, хорошо рассеивается, хотя в воде не растворим, но доступен растениям, особенно на кислых почвах.

Преципитат в отличие от суперфосфатов пригоден преимущественно для основного внесение, запахиваемого на необходимую глубину. Питаться фосфором этого удобрения растения начинают после того, как разовьют сильную корневую систему, способную усваивать двухзамещенные фосфаты.

Локальное же удобрение служит пищей молодым проросткам с еще слабо развившейся корневой системой, неспособной к усвоению малорастворимых солей. Поэтому локально нужно вносить фосфорные удобрения содержащие Р₂О₅ в воднорастворимой форме – суперфосфаты гранулированные.

2. Обесфторенный фосфат пока малораспространенное удобрение. Оно содержит Р₂О₅ из апатита 30-32%, из фосфоритов Каратау 20-22%. Это тонкоразмолотый порошок светло-серого цвета, 70-90% которого растворим в 2%-ой лимонной кислоте. Оно получается путем разложения апатита при высоких температурах без затраты серной кислоты.

Обесфтореный фосфат применяется только в основное удобрение, где по своей эффективности приближается к суперфосфату.

Шлаки с более высоким содержание могут применяться как фосфорные удобрения, а с меньшим содержанием фосфора – в качестве известковых удобрений.

Фосфоритная мука содержит фосфор в виде трехкальциевого фосфата, нерастворимого в воде и слабых кислотах. Поэтому его фосфор не доступен растениям. Она вносится только на кислых почвах, где по эффективности не уступает суперфосфату. Причем, чем выше кислотность, тем выше эффективность фосфоритной муки.

Для получения высоких урожаев с.-х. культур необходимо обеспечить фосфорное питание растений на протяжении всей вегетации. Поэтому фосфорное удобрение следует вносить в основное удобрение, при посеве и в ряде случаев и в подкормку.

В качестве основного удобрения можно использовать все формы фосфорных удобрений, а в качестве припосевного удобрения и подкормок – только суперфосфаты, содержащие фосфор в виде монокальцийфосфата.
4. Калийные удобрения
В отличие от азота и фосфора калий не входит в состав органических соединений. Он в растениях находится в ионной форме в цитоплазме и вакуолях, а в ядре отсутствует. Около 20% калия удерживается в клетках растений в обменно-поглощенном состоянии коллоидами цитоплазмы, до 1% его необменно поглощается митохондриями, а основная часть (около 80%) находится в клеточном соке и легко извлекается водой. Поэтому калий вымывается из растений дождями, особенно из старых листьев.

Калий влияет прежде всего на усиление гидратации коллоидов цитоплазмы, повышая степень их дисперсности, что помогает растениям лучше удерживать воду и легче переносить временные засухи.

Калий усиливает накопления крахмала в клубнях картофеля, сахарозы – в клубнях сахарной свеклы, моносахаридов – в плодовых и ягодных культурах.

Калий повышает холодоустойчивость и зимостойкость растений, устойчивость растений против грибных и бактериальных болезней.

Калий усиливает синтез высокомолекулярных углеводов, в результате чего утолщаются клеточные стенки соломины злаковых культур, что повышает их устойчивость против полегания, а у льна и конопли улучшается качество волокна.

Калий важен также при аммонийном питании с.-х. культур. Недостаток калия приводит к нарушению метаболизма в растении. Дефицит его вызывает ослабление деятельности ряда ферментов, нарушения в углеводном и белковом обменах в растении, усиливая затраты сахаров на дыхание, ведет к образованию щуплого зерна, снижению всхожести и жизненности семян и в итоге отрицательно влияет на величину и качество урожая.

При недостаточном калийном питании растения быстрее болезнями, а в послеуборочный период из-за этого снижается сохраняемость урожая.

Внешние признаки калийного голодания растений проявляются в следующем: старые листья преждевременно желтеют, начиная с краев; в дальнейшем их края буреют, а потом отмирают и опадают, вследствие чего края листьев приобретают рваный вид. Больше всего от недостатка калия страдают калийлюбивые культуры: корнеплоды и клубнеплоды, подсолнечник.

Калий поглощается растениями в виде катиона оставаясь в клетке как заряженный ион, который образует лишь слабые связи с веществами клетки. Накапливаясь в клетке в значительных количествах, калий является основным противоионном для нейтрализации отрицательных зарядов как неорганических анионов, так и клеточных полуэлектролитов, а также создает ионную асимметрию и разность электрических потенциалов между клеткой и средой.

Содержание калия в почвах, растениях и удобрениях принято выражать в пересчете на его оксид К₂О. Среднее содержание калия в урожае с.-х. культур приводим в таблице 1.

Таблица 1

Среднее содержание К₂О в урожае с.-х. культур

(в % на абс.сухое в-во)

По сравнению с зерновыми и бобовыми культурами корнеплоды и клубнеплоды содержат в урожае значительно больше калия. Но особенно много калия в продукции овощных культур.

Таблица 2

Содержание К₂О в урожае основных с.-х. культурах

Вынос питательных веществ на единицу урожая основной продукции в значительной степени зависит от соотношения в урожае между товарной и побочной продукцией. У зерновых культур калия меньше в товарной части урожая по сравнению с нетоварной части урожая по сравнению с нетоварной, а в клубнеплодах, многолетних травах, силосных и овощных культурах большая доля калия приходится на хозяйственно ценную часть урожая (таблица 2).

Так, в зерне пшеницы содержится лишь 15% калия от имеющегося в надземной массе, а в соломе – остальные 85%. И наоборот, в клубнях картофеля находится не менее 95% калия, а в ботве – всего лишь до 5% общего выноса его с урожаем этой культуры. Чем меньше калия содержится в товарной части урожая и меньше в нетоварной, остающейся в поле, а также в кормах, используемых в данном хозяйстве, тем в меньшей степени калий исключается из биологического круговорота и тем лучший баланс этого элемента складывается в почвах этого хозяйства.

Валовое содержание калия в почвах в 5-50 раз больше, чем азота, и в 8-40 раз больше чем фосфора. Следовательно, почвы имеют значительно больший запас калия, чем азота и фосфора.

Калий главным образом находится в минеральной части почвы – в органической части его очень мало: 1. В составе кристаллической решетки первичных и вторичных минералов; 2. В обменно- и необменно-поглощенном состоянии в коллоидных частицах; 3. В составе пожнивно-корневых остатков и микроорганизмов; 4. В виде минеральных солей почвенного раствора, что составляет очень малую долю от валового калия.

Наилучшим источником питания растений являются растворимые в воде соли калия. Хорошо используется растениями калий пожнивно-корневых остатков и микроорганизмов после их отмирания. Непосредственным резервом являются обменные катионы и малорастворимые соли, а ближайшим резервом питания служат гидрослюды, вермикулиты, вторичные хлориты, монтмориллонит, необменные катионы. Потенциальным резервом являются полевые шпаты, слюды, пироксины и первичные хлориты.

Содержание в почве подвижного калия который является основной формой питания растений, составляет лишь 0,5-2,0% от валовых запасов К₂О. Однако между формами калия в почве существует подвижное равновесие и если растение поглощает водорастворимый калий, то количество его в почве пополняется за счет обменного, а уменьшение последнего через некоторое время может в значительной степени возобновиться за счет необменного, фиксированного калия. Таким образом, по мере потребления растениями подвижного калия запасы его будут пополняться за счет труднообменного, а также калия кристаллической решетки минералов.

Сырьем для получения калийных удобрений являются природные калийные соли, промышленные залежи которых у нас сосредоточены в европейской части России, в Соликамске (более 12 млрд. т.)

Калийные удобрения подразделяются на концентрированные: хлористый калий, сернокислый калий, хлористый калий – электролит, калийная соль, калимагнезия, калийно-магниевый концентрат и сырые соли.

Флотационный хлористый калий имеет боле крупные естественные кристаллы розового цвета, а регенты удержанные на поверхности кристаллов КCl, резко уменьшают гигроскопичность и слеживаемость удобрения.

Мелкокристаллический хлористый калий, полученный обоими способами, слеживается, поэтому его гранулируют до размеров гранул 1-3 мм, что значительно улучшает физические свойства удобрения.

Сульфат калия имеет хорошие физические свойства, негигроскопичен и не слеживается. Может применяться на любых почвах и под все культуры, но особенно пригоден под те культуры, которые чувствительны к хлору (табак, виноград, цитрусовые, лен, картофель и др.).

Производство К2SО4 обходится очень дорого, поэтому он занимает небольшой удельный вес среди калийных удобрений.
3. 40%-ная калийная соль. Получается механическим смешиванием хлористого калия с тонкоразмолотым сильвинитом. По составу и свойствам занимает промежуточное положение между КCl и КClNaCl.

Калийная соль наиболее эффективна под сахарную свеклу и кормовые корнеплоды, которые положительно реагируют на натрий и малочувствительны к хлору.

Для культур, чувствительных к хлору калийная соль малопригодна из-за выскокого содержания хлора. Она вносится осенью под зяблевую вспашку, при этом хлор за зиму вымывается из корнеобитаемого слоя и в последующем не вредит растениям.

4. Калимагнезия К₂SO₄ · MgSO₄ · 6Н₂О. Содержит 30% К₂О и до 10% МgО. Получается в небольших количествах из природных сульфатных калийных солей Прикарпатского месторождения путем их перекристаллизации.

Калимагнезия хорошее удобрение для культур чувствительных к хлору и потребляющих наряду с калием много магния (картофель, лен, клевер).

|ППК| + 2КCl |ППК| + СаCl2;

|ППК|+ 4КCl |ППК| + АlCl2 + НCl

Калий и другие катионы (Na+, Mg+), входящие в состав калийных удобрений, поглощаются коллоидной частью почвы, а хлор остается в почвенном растворе, поэтому легко вымывается.

В результате перехода калия в ППК снижается его подвижность в почве и предотвращается вымывание, за исключением песчаных и супесчаных почв с малой емкость поглощения. Коэффициент использования растениями калия из калийных удобрений 60-70%.

На почвах среднего и тяжелого механического состава калийные удобрения следует вносить с осени под зяблевую вспашку.

На легких песчаных и супесчаных почвах, особенно в районах с большим количеством выпадающих осадков, где возможно вымывание калия, калийные удобрения лучше вносить весной под перепашку зяби или культивацию.

Все калийные удобрения – физиологически кислые соли, но физиологическая кислотность у них меньше, чем у аммонийных удобрений, и проявляется она при длительном их применении.

На кислых почвах калийные удобрения, особенно высоких доз, лучше вносить на фоне известкования.

Важным условием эффективности калийных удобрений является хорошее обеспечение растений азотом и фосфором. На почвах бедных азотом и фосфором одни калийные удобрения не дают должного эффекта.

На черноземных почвах, содержащих достаточно калия, применение калийных удобрений (с азотно-фосфорными) необходимо только под культуры, потребляющие много калия – сахарная свекла, подсолнечник, картофель, овощи.

С увеличением применения навоза, содержащего много калия на всех типах почв потребность в калийных удобрениях значительно уменьшается.

2. Вопросы по предыдущей лекции:

1. 
   Какова классификация фосфорных удобрений
   
2. 
   Чем отличаются однозамещенные фосфата от трехзамещенных
   
3. 
   Когда и как применяются фосфорные удобрения
   
4. 
   Какие калийные удобрения существуют
   
5. 
   Когда и как применяются калийные удобрения