Глава 29 ФОСФОРНЫЕ УДОБРЕНИЯ

29.1. Роль фосфора в питании растений

Окисленные соединения фосфора необходимы всем живым организмам. Фосфорная кислота входит в состав нуклеиновых кислот, содержание фосфора в которых доходит до 20 % (в расчете на Р₂0₅). Фосфор содержится в других органических веществах растений — фитине, лецитине, сахарофосфатах. В фитине содержится 27,5 % Р₂0₅. Его больше накапливается в семенах, особенно у бобовых и масличных культур — до 2 % массы сухого вещества, в зернах злаков до 1 %. Лецитины и другие фосфатиды входят в состав фосфолипидных мембран, регулирующих проницаемость клеточных органелл в цитоплазме всех клеток растений. Сахарофосфаты участвуют в процессе дыхания растений, биосинтезе сложных углеводов, в процессе фотосинтеза.

Особая роль принадлежит макроэргическим соединениям, в состав которых входит фосфор (АТФ, АДФ и др.). При гидролизе этих соединений величина свободной энергии достигает 60 кДж на 1 моль. АТФ (аденозинтрифосфорная кислота) является главным акцептором энергии, выделяющейся при разложении органических веществ в клетках, переносчиком и поставщиком энергии, необходимой для синтеза белков, жиров, крахмала, аминокислот и других веществ.

Фосфора в растениях в 2—3 раза меньше, чем азота. Содержится он в основном в плодах и семенах, его количество выражают в расчете на пятиокись Р₂0₅ или пересчитывают на фосфор — Р.

Фосфор оказывает большое влияние на рост и развитие pacj тений. Оптимизация фосфорного питания повышает урожаи

культур и его качество. У зерновых культур увеличивается доля зерна в массе всего урожая, в зерне накапливается больше крахмала, в корнеплодах повышается содержание сахаров. У прядильных культур формируется длинное тонкое и крепкое волокло. Фосфор ускоряет развитие культур, повышает зимостойкость озимых культур и многолетних трав, особенно бобовых, увеличивает прочность стеблей и устойчивость хлебных злаков к полеганию.

При недостатке фосфора замедляется синтез белка и сахаров, листья растений приобретают синеватый и бронзовый оттенки, вырастают мелкими и узкими, края их загибаются кверху. Рост растений замедляется, задерживается созревание урожая. При избытке фосфора он накапливается в минеральной форме, особенно в вегетативных органах растений. В этом случае возможно преждевременное созревание и снижение величины урожая.

Фосфаты особенно интенсивно поглощаются растениями в начальные периоды роста. Оптимальное фосфорное питание растений в начальные фазы создает резерв фосфатов, который может распределяться между органами растений в последующие периоды роста. Поэтому снижение уровня питания фосфатами в последующие периоды не снижает урожай и его качество. Если же недостаток фосфатов бывает в начале роста растений, то улучшение питания фосфором в последующие фазы не исправляет это отрицательное влияние, происходит снижение урожая и его качества. Фосфорное голодание растений в начале их роста обусловливает слабое использование азота и зольных элементов, которое не улучшается даже при оптимальном последующем питании.

Ежегодно фосфор выносится из почвы с урожаями сельскохозяйственных культур, почва обедняется фосфатами, вследствие чего снижаются продуктивность и качество урожая. Вынос фосфора из почвы с урожаем сельскохозяйственных культур выражают в килограммах пятиокиси Р₂0₅ на 100 кг товарной продукции с соответствующим количеством побочной. Примерные Цифры выноса фосфора с урожаями приведены в табл. 22.

При урожайности зерна яровой пшеницы 2 т/га вынос фосфора из почвы составит 24 кг/га. Для того чтобы урожайность последующих культур не только не снижалась, но и повышалась, необходимо в почву вносить фосфаты в виде удобрений. Поддержание фосфатного питания растений на оптимальном уровне 11 - 7126 Евтефеев

необходимо и для повышения качества продукции, устойчивости культур к вредителям и болезням.

Наибольшее распространение получила первая группа фос- % форных удобрений. Сырьем для производства фосфорных удоб- '?> рений служат изверженный минерал — апатит — Ca₅(P0₄)₃F % и осадочные фосфориты. При переработке апатита и фосфоритов фосфаты переводятся в однозамещенные, доступные для растений.

Однозамещенные фосфаты

1. Простой суперфосфат порошковидный — Са(Н₂Р0₄)₂ • Н₂0. Из апатита получают простой суперфосфат — порошок светло-серого цвета с содержанием цитратно-растворимой пятиоки-си фосфора Р₂0₅ не менее 19 %. В простом суперфосфате присутствует свободная фосфорная кислота 5—5,5 %, которая обусловливает его повышенную кислотность и гигроскопичность. Для снижения кислотности в суперфосфат добавляют известь или фосфоритную муку. В массе удобрения содержится до 40 % сульфата кальция (CaS0₄).

При внесении в почву монофосфат превращается в двузаме-щенные и трехзамещенные фосфаты кальция:

Са(Н₂Р0₄)₂ + Са(НС0₃)₂ = 2СаНР0₄ • 2Н₂0 + 2СО, Са(Н₂Р0₄)₂ + 2Са(НС0₃)₂ = Са₃(Р0₄)₂ + 4Н₂0 + 4С0₂

Образование дву- и трехзамещенного фосфата кальция в нейтральных, насыщенных основаниями почвах обусловливает химическое поглощение фосфорной кислоты суперфосфата, ограничивает его перемещение в почве и вымывание в грунтовые воды. Свежеосажденные дву- и трехзамещеные фосфаты кальция растворяются в слабых кислотах почвенного раствора и поглощаются растениями.

В кислых почвах, содержащих полуторные окислы, образуются труднодоступные для растений фосфаты железа и алюминия:

Са(Н₂Р0₄)₂ + 2А1(ОН)₃ = 2А1Р0₄ + Са(ОН)₂ + 4Н₂0

Значительное количество аниона фосфорной кислоты (Н₂Р0₄) поглощается ППК в обменной форме не только в нейтральных, но и в кислых почвах. Это имеет большое значение для питания растений, так как обменно-поглощенные ионы фосфорной кислоты по доступности приравниваются к водорастворимым фосфатам. Фосфатные анионы, адсорбированные твердой фазой почвы, хорошо вытесняются анионами бикарбоната (НС0₃), лимонной, муравьиной, щавелевой и других кислот. Растения при дыхании выделяют через корни углекислый газ, который в почвенном растворе образует угольную кислоту, диссорциирующую на ионы Н* и HCOJ. Последний обменивается с ППК на анион Н₂РС>4. Органические и минеральные кислоты образуются в почве и при разложении органических веществ микроорганизмами, так что анионов десорбции фосфатов в почве достаточно, что обеспечивает хорошую доступность обменно-поглощенной фосфорной кислоты для растений. Однако обменно-адсорбированные фосфат-ионы, обмениваясь с почвенным раствором, постепенно превращаются в химически осажденные, снижается их растворимость и доступность для растений.

Для уменьшения химического поглощения фосфат-ионов из порошковидного суперфосфата нужно его вносить локально (в рядки при посеве, в лунки при посадке и т. д.). Уменьшение контакта суперфосфата с почвой достигается при его гранулировании.

2. Гранулированный суперфосфат производят из порошковидного путем формирования гранул диаметром от 1 до 4 мм. Его готовят из лучшего апатита, он содержит меньше влаги (1—4 %) и до 22 % усвояемой Р₂0₅. Свободной фосфорной кислоты в нем меньше (до 2,5 %). Меньше слеживается, легко рассеивается при внесении в почву, его можно смешивать с семенами только непосредственно перед посевом для внесения в рядки в небольших дозах (10—12 кг Р₂0₅ на 1 га). По действию гранулированный суперфосфат намного эффективнее порошковидного. Наиболее рациональным является локальное внесение этого удобрения.

3. Концентрированный (двойной) суперфосфат содержит до 40 % Р₂0₅. Содержание в простом суперфосфате сульфата кальция (до 40 %) увеличивает расходы на упаковку, перевозку и внесение. Содержащийся в удобрении гипс полезен только на солонцеватых почвах и на бедных сульфатами дерново-подзолистых почвах для бобовых и капустных культур, потребляющих больше серы. На большинство других культур гипс не оказывает положительного влияния и поэтому является балластом в простом суперфосфате.

Для повышения процента действующего вещества в суперфосфате фосфориты сначала обрабатывают избыточным количеством серной кислоты. Серная кислота разлагает трехкальциевый фосфат с образованием фосфорной кислоты, сульфата кальция и фтористого водорода. Образующуюся фосфорную кислоту отфильтровывают от гипса и используют ее для обработки новой порции высокопроцентного сырья, получая концентрированный суперфосфат с небольшим количеством примесей:

[Са₃(Р0₄)₂]₃ • CaF₂ + 14Н₃Р0₄ + ЮН₂0 =

= ЮСа(Н₂Р0₄)₂ • Н₂0 + 2HF

Такой суперфосфат называют двойным. Этот экстракционный способ получения фосфорной кислоты намного дороже, поэтому двойного суперфосфата выпускается мало. Действие двойного суперфосфата на урожай одинаково с простым, но при его использовании сокращаются расходы на перевозку и внесение. Нго целесообразно применять для локального внесения, это лучшее фосфорное удобрение.

4. Суперфос — фосфорное удобрение, получаемое при неполном разложении фосфоритов фосфорной кислотой, содержит до 38 % Р₂0₅, из них 19 % —легкодоступных фосфатов. По эффективности он уступает двойному суперфосфату.

Двузамещенные фосфаты

1. Преципитат — двузамещенный фосфат кальция (СаНР0₄ • 2Н₂0) — порошок белого или светло-серого цвета, содержит от 25 до 35 % Р₂0₅ в зависимости от качества фосфатного сырья, малогигроскопичен, не слеживается, хорошо рассеивается при внесении, растворяется в лимоннокислом аммонии, доступен для растений.

Получают преципитат нейтрализацией фосфорной кислоты известковым молоком:

Н₃Р0₄ + Са(ОН)₂ = СаНР0₄ • 2Н₂0

Вносят в почву как основное удобрение, заделывая на глубину вспашки. Растения начинают поглощать фосфор преципитата только при наличии хорошо развитой корневой системы. Молодые проростки и всходы не могут усваивать нерастворимый в воде двузамещенный фосфат кальция. Преципитат целесообразнее вносить в кислые почвы, в которых он может превосходить Действие суперфосфата.

2. Обесфторенный фосфат — фосфорное удобрение, получаемое путем прокаливания фосфатного сырья при температуре 1400—1450 °С в присутствии водяных паров. При такой переработке из апатита и фосфоритов удаляется фтор. Из апатита получают обесфторенный фосфат, содержащий 30—32 % Р₂0₅; из фосфоритов — 20—22 %. Эти фосфаты растворимы в 2%-ной лимонной кислоте. По эффективности при внесении в основное удобрение обесфторенный фосфат приравнивается к суперфосфату. Его можно использовать для минеральной подкормки.

3. Томасшлак, мартеновский фосфатшлак — отходы металлургической промышленности, получаемые при переработке железных руд, содержащих фосфор. При плавке руд для связывания фосфорного ангидрида добавляют известняк, получая тетракальциевый фосфат — 4СаО • Р₂0₅ с содержанием 8—16 % Р₂0₅ в зависимости от примесей: алюминия, железа, ванадия, магния, марганца, молибдена и др. Отделенный шлак размалывают и в виде порошка вносят в почву. Используют в качестве основного удобрения, добиваясь максимальной эффективности от его внесения на кислых почвах.

Трехзамещенные фосфаты

1. Фосфоритная мука — фосфорное удобрение для кислых почв, содержит фосфор в основном в форме Са₃(Р0₄)₂ и различные примеси. Пятиокиси (Р₂0₅) содержит 19—25 %. Удобрение получают размолом фосфоритов до муки, тонина которой до 0,18 мм. Таких частиц в муке должно быть не менее 80 %. Это удобрение нерастворимо в воде и слабых кислотах, фосфориты начинают разлагаться в почве при потенциальной кислотности не ниже 2,5 мг • экв на 100 г почвы. Чем выше кислотность почвы, тем эффективнее фосфоритная мука. Действие этого удобрения зависит от общей величины поглотительной способности почвы и степени насыщенности основаниями. При низкой насыщенности почвы основаниями (ниже 70 %) и выраженной потенциальной кислотности действие фосфоритной муки эффективно.

В почве легче разлагается фосфоритная мука из аморфных фосфоритов. Чем меньше тонина помола, тем больше их удельная поверхность, тем лучше контакт с ППК, содержащим ионы водорода, с кислотами почвенного раствора, которые превращают фосфориты в растворимые формы. Внесение совместно с фосфоритной мукой физиологически кислых удобрений (NH₄CI, (NH)₂S0₄ и др.) повышает ее эффективность. Некоторые культуры (люпин, гречиха, горчица) усваивают фосфор из фосфоритной муки на слабокислых и нейтральных почвах. Эффективность фосфоритной муки возрастает в компостах с кислым торфом при соотношении торфа к муке 100 : 1. Фосфоритную муку используют для приготовления торфонавозных и навозофосфоритных компостов.

Для повышения эффективности фосфоритной муки ее нужно вносить в качестве основного удобрения с осени под вспашку на глубину не менее 14—16 см. Глубина заделки основного фосфорного удобрения имеет большое значение, потому что анионы фосфорной кислоты перемещаются в почве незначительно. При поверхностном внесении основного удобрения фосфаты будут находиться в сухом слое почвы и будут малоэффективны. Исключение составляет рядковое локальное внесение малых доз суперфосфата для усиления первоначального роста всходов растений.