Проблема рационального использования удобрений

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 18.09.2024

Ежегодно с урожаем из почвы удаляется некоторая часть химических элементов. Например, урожай 1 т зерновых в среднем выносит 65 кг основных действующих веществ. Следовательно, для нормального развития растений нового урожая необходимо внести в почву минеральные удобрения. С помощью минеральных удобрений можно регулировать процессы обмена веществ в растениях, способствовать накоплению в урожае основных ингредиентов— составных частей пищи человека и животных: белков, жиров, углеводов, витаминов и др.

Мировой опыт сельскохозяйственного производства показывает, что существует прямая зависимость между уровнями применения удобрений и урожайностью зерновых и других сельскохозяйственных культур.

Применение минеральных удобрений во всем мире прогрессивно увеличивается. В 1969 г. во всех странах мира было произведено 29,6 млн. т, в 1970 г. — 67,7 млн., в 1980 г — 222,7 млн. т действующих веществ. По прогнозу специалистов производство минеральных удобрений будет расти (Унянц Г. П., 1981).

Общие сведения о минеральных удобрениях. Минеральные удобрения (минеральные туки) — неорганические вещества (главным образом соли), содержащие необходимые для растений элементы питания. В зависимости от назначения минеральные удобрения принято подразделять на прямые и косвенные. К прямым относятся удобрения, содержащие элементы непосредственного питания растений - N, Р, К, Mg, В, Сu, Мn и др.; к косвенным — удобрения, способствующие улучшению агрономических и физико-химических свойств почвы и мобилизации ее питательных веществ. Одно и то же удобрение может оказывать как прямое, так и косвенное действие.

Прямые минеральные удобрения делятся на односторонние и комплексные. Односторонние удобрения содержат один питательный элемент. К ним относятся азотистые, фосфорные и калийные удобрения, а также микроудобрения. Комплексные удобрения включают два питательных элемента и более.

По структуре минеральные удобрения делят на твердые (порошковидные и гранулированные) и жидкие. По характеру влияния на реакцию почвенного раствора выделяют минеральные удобрения физиологически кислые, щелочные и нейтральные. К физиологически кислым относятся удобрения, катионы которых поглощаются почвой лучше, чем анионы. За счет катионов подкисляется почвенный раствор. При физиологически щелочных удобрениях лучше ассимилируются анионы. В результате происходит подщелачивание почвы. При применении физиологически нейтральных минеральных удобрений реакция почвенного раствора не изменяется.

Азотные удобрения. Азот исключительно важен в жизни растений. Он входит в состав белков, хлорофилла, аминокислот, витаминов и некоторых других соединений, участвующих в обмене веществ. Азотные удобрения увеличивают содержание белка в зерне пшеницы, кукурузы, гречихи, проса и других зерновых культур. Они оказывают благоприятное влияние на содержание клейковины, стекловидность зерна, выход муки, ее -хлебопекарные качества.

Азотные удобрения делятся на следующие виды: а) аммиачные, в которых весь азот или подавляющая его часть находится в виде свободного аммиака (безводный и водный аммиак); б) аммонийные, где азот представлен ионом аммония, связанным с какой-либо кислотой (сульфат аммония); в) нитратные, где азот содержится в окисленной форме в виде азотной кислоты (натриевая селитра); г) аммонийно-нитратные, содержащие азотлак в аммонийной, так и нитратной форме (аммиачная селитра); д) амидные, в которых азот содержится в амидной форме (мочевина). В зависимости от способа производства азотные удобрения подразделяются на жидкие и твердые. Их токсичность для человека и животных определяется химическим составом и агрессивностью отдельных компонентов. Основным сырьем для получения азотных удобрений являются аммиак и азотная кислота.

Фосфорные удобрения. Соединения фосфора участвуют в синтезе аминокислот, белков, жиров, крахмала, сахара и других продуктов обмена непосредственно из неорганических веществ, поступающих из почвы и воздуха. Поэтому фосфорные удобрения оказывают активное влияние на урожай. При их недостатке в почве нарушается развитие зерновых культур, ухудшается качество зерна, уменьшаются содержания белков, входящих в клейковину, и аминокислот. Фосфорные удобрения повышают сахарность свеклы, способствуют увеличению урожая и качества подсолнечника, масляничных культур, табака, картофеля. При их применении на лугах и пастбищах увеличивается питательная ценность сена.

Фосфорные и фосфорсодержащие удобрения по степени растворимости и усвояемости растениями подразделяют на три группы: а) водорастворимые — легко усваиваются растениями (суперфосфат, двойной суперфосфат, а также сложные удобрения — моноаммонийфосфат, диаммонийфосфат, нитроаммофоска, карбоаммофоска); б) цитратнорастворимые — фосфор содержится в формах, растворимых в аммиачном растворе лимоннокислого аммония (преципитат- дикальцийфосфат); в) лимоннорастворимые — нерастворимые в воде и аммиачном растворе цитрата аммония, но растворимые в 2%-ном растворе лимонной кислоты. К ним относятся томасшлаки, обесфторенные фосфаты, частично фосфоритная мука. Лимоннорастворимые удобрения медленно переходят в почвенный раствор и действие их продолжается несколько лет.

Степень опасности фосфорных удобрений для живых организмов определяется их химическим составом, а также возможностью выделения при хранении вредных газообразных веществ.

Калийные удобрения. Калий в отличие от азота и фосфора не входит в органические соединения растений, но имеет важное значение в их углеводном и белковом обмене. Он усиливает фотосинтез и отток сахаров из листьев в другие органы, способствует поддержанию тургора клеток и, следовательно, прочности стеблей и злаков, увеличивает накопление сахаров в клеточном соке. Применение калийных удобрений повышает качество корней сахарной свеклы, волокон льна долгунца, семян подсолнечника, корнеплодов.

Калийные удобрения делятся на три группы: а) концентрированные — продукты заводской переработки сырых солей (калий хлористый, калий углекислый, сульфат калия, калиймагнезия и др.), б) смешанные, получаемые при смешении сырых солей с концентрированными; в) сырые соли (сильвинит и др.). Как калиевые удобрения используют также отходы промышленности (калиевая цементная пыль, древесная зола и др.).

Комплексные удобрения. Они содержат два или три основных питательных элемента для растений (азот, фосфор, калий). В их состав могут входить также магний, микроэлементы: бор, медь, марганец, цинк и др.

По количеству основных питательных веществ комплексные удобрения подразделяются на двойные (фосфорно-калийные, азотно-фосфорные, азотно-калийные) и тройные (азотно-фосфорно-калийные). По способу получения выделяют: а) сложные (аммофос гранулированный из фосфоритов, селитра калиевая техническая); б) сложносмешанные (нитрофоска, нитрофос) и в) смешанные комплексные удобрения.

Комплексные удобрения отличаются высокой концентрацией действующих веществ и являются наиболее экономичными по затрате труда на внесение их в почву и расходом на тару и др.

Химические мелиоранты. К ним относятся известкование и гипсование. Известковые удобрения — это разнообразные известковые материалы, предназначенные для кислых почв. Они подразделяются на природные карбонатные твердые породы, требующие размола (известняки, доломиты), и многочисленные отходы промышленности, содержащие известь. К известковым удобрениям относятся: мука известковая, мука доломитовая, жженая или комовая известь, гашеная известь и др. Известно более 25 известковых удобрений. Все они представляют собой высокодисперсную пыль. Частички пыли могут попадать в дыхательные пути и вызывать раздражение слизистых оболочек. Особенно опасно попадание пыли известковых удобрений в глаза. Предельно допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны (мг/м 3 ) для доломита 6, .известняка 6, цемента 6.

Гипсование применяется для обогащения почв со значительным содержанием натрия. В качестве гипсового материала применяют гипс сыромолотый (гипсовая мука), штукатурный гипс (алебастр) и фосфогипс - отход при производстве экстракционной фосфорной кислоты.

Бактерийные удобрения. К их числу относятся: азотбактерин, нитрогин, фосфоробактерин сухой. Бактерийные удобрения при кратковременном контакте не представляют опасности. Однако не исключена повышенная чувствительность отдельных лиц к сухим бактерийным препаратам.

Микроудобрения. Микроэлементам (бор, медь, цинк, марганец, железо, молибден, кобальт) принадлежит важная роль в процессе питания растений. Внесение их в почву дает эффект на фоне основных действующих веществ — азота, фосфора и калия. Применяются путем внесения в почву и опрыскивания растений растворами борной кислоты, молибдата аммония, сульфата меди, а также в виде смеси микроэлементов.

Минеральные удобрения и окружающая среда. В связи с ростом объема производства минеральных удобрений во всем мире все чаще ставится вопрос, не причиняют ли они ущерба в отдельных случаях плодородию почвы и окружающей природе. Как показывают результаты многочисленных опытов, очень длительное применение минеральных удобрений (даже при сравнительно высоких их нормах) не только не снижает плодородия почвы, но и способствует его росту благодаря накоплению остатков фосфора и калия, а также интенсивности микробиологической деятельности. Правда, физиологически кислые туки (в основном азотные) при длительном применении (особенно на малобуферных легких почвах) могут значительно повышать кислотность почв. Длительное использование минеральных удобрений приводит также к нежелательному накоплению в почве анионных (хлор, фтор, серная кислота) и катионных остатков. Однако эти отрицательные последствия вполне устранимы путем подбора соответствующих форм удобрений.

Ущерб окружающей природе (нарушение сложившихся природных циклов оборота веществ и энергии, ухудшение качества получаемой продукции и др.) минеральные удобрения наносят только при несоблюдении научно обоснованных принципов и приемов работы с ними (производство, транспортировка, хранение и применение). В таких случаях происходит разложение химикатов, выделение нежелательных продуктов в атмосферу, вымывание их из почвы, минерализация подземных и поверхностных вод. При современной технологии внесения удобрений растения усваивают только 50% их, остальные уходят со стоком. Попадая в реки и озера, минеральные удобрения резко нарушают условия развития водных организмов, могут усилить развитие водорослей и высших водных растений, создать неблагоприятные условия для многих видов рыб. При нерациональном применении удобрений окружающая среда загрязняется азотом, фосфором и калием.

Азот поступает в почву в аммиачной, амидной и нитратной формах. Нитратная форма вследствие подвижности легко вымывается из почвы. Вода с повышенным содержанием нитратов - потенциальная опасность для здоровья животных и человека. Поэтому Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) рекомендует ПДК нитратов: для умеренных широт 22 мг/л, для тропических — 10 мг/л. Во многих странах приняты свои ПДК для нитратов. Так, по Федеральному стандарту США уровень нитратов в питьевой воде не должен превышать 45 мг/л, в ФРГ этот показатель составляет 50 мг/л. В нашей стране по ГОСТ 2874 — 73 ПДК нитратов в питьевой воде не должно быть более 10 мг/л.

Количество нитратов, поступающих в поверхностные и грунтовые воды, зависит от объема и способа применения минеральных удобрений, а также от местных климатических особенностей. Много азота удобрений теряется в процессе эрозии. В Нидерландах при средней дозе внесения азота 124 кг/га с водами поверхностного стока уносится от 5 до 25% азота. В специально поставленных опытах в штате Висконсин (США) в намытой почве рек и озер обнаружено органического вещества в 2,1 раза, азота в 2,7, фосфора в 3,4 и обменного калия в 19,3 раза больше, чем в оставшейся на месте.

Загрязненная нитратами грунтовая вода имеет интенсивный горько-соленый вкус. Она непригодна для питьевых целей. Внесение чрезвычайно высоких доз при определенном сочетании факторов (низкая влажность почвы и воздуха, высокая температура почвы, несбалансированность элементов питания, дефицит фосфора, калия и молибдена и др.) может привести к накоплению нитратов в растениях. Содержание нитратов в растениях выше 0,5% представляет потенциальную опасность отравления животных.

Под действием некоторых видов кишечных бактерий нитраты могут переходить в нитриты, обладающие значительной токсичностью. Нитриты, соединяясь с гемоглобином крови, переводят его в метгемоглобин, который препятствует переносу кислорода кровеносной системой. Развивается заболевание, получившее название метгемглобинемии. Оно обычно встречается у детей. У ребенка, пораженного такой болезнью, появляется синюшность от недостатка кислорода, удушье, и может наступить смерть.

Загрязнение среды фосфором минеральных удобрений из-за небольшой подвижности элемента невелико, и практически концентрация его в природных поверхностных водах не возрастает. Повышенное поступление фосфорных удобрений в воду может быть связано с эрозией почвы. При многолетнем применении больших доз фосфорных удобрений в почве могут накапливаться содержащиеся в них в небольших количествах тяжелые металлы: уран, торий и их дочерние продукты радиоактивного распада. Особенно много таких примесей в суперфосфате. Кроме урана и тория в фосфорных удобрениях содержатся стронций, фтор и редкоземельные элементы. Поэтому во избежание возможности вовлечения в биологический круговорот токсических и радиоактивных элементов применение фосфорных удобрений должно находиться под постоянным контролем агрохимиков.

Определенную опасность представляет и внесение необоснованно повышенных доз калийных удобрений. Увеличение их концентрации может привести к значительному изменению массового отношения калия и натрия к массе кальция и магния. Нарушение баланса указанных элементов в пастбищном корме и разрастание отношения калия к сумме магния и кальция нередко приводит к заболеванию скота пастбищной тетанией.

Перечисленные отрицательные последствия применения минеральных удобрений не идут ни в какое сравнение с огромным положительным их значением в повышении плодородия почвы. Ущерб, причиняемый окружающей среде, чаще всего связан с неумелым использованием минеральных удобрений и поэтому не может служить причиной запрещения или хотя бы ограничения их применения.

Меры по безопасности работы с минеральными удобрениями.В целях профилактики воздействия минеральных удобрений на организм человека, работающего с ними, и предохранения окружающей среды от загрязнения необходимо строго соблюдать рекомендованные правила.

Пока отсутствуют радикальные способы борьбы с загрязнением окружающей среды нитратами и фосфатами минеральных удобрений. Однако разработано достаточно эффективных частных способов и приемов, позволяющих исключить ущерб, причиняемый ими природе и человеку. Прежде всего, должны соблюдаться правила хранения, транспортировки и применения удобрений. Как показывает мировая практика, отрицательные последствия обусловлены не самими удобрениями как таковыми, а главным образом ошибками, допускаемыми при их производстве, хранении, транспортировке и применении. В профилактике загрязнения окружающей среды большое значение имеют рациональные технологии применения удобрений (правильный выбор дозы, сроки и способы внесения, способы регулирования процессов нитрификации, использование высококонцентрированных удобрений с малым количеством балластных веществ и др.). Это прежде всего касается азотных удобрений, нитратная форма азота которых обладает способностью к быстрым превращениям в почве. Не рекомендуется вносить азотные удобрения в почву без заделки.

Удобрения должны вноситься в почву ленточным способом на глубину 15 см и на расстоянии 10-15 см между рядами. При таком методе в местах внесения удобрений создается высокая концентрация ионов аммония, подавляющих жизнедеятельность нитрифицирующих организмов. Для замедления процесса нитрификации рекомендуется также использование различных ингибиторов. Так, в мочевину рекомендуется добавлять ингибиторы уреазы, в сульфат аммония и кальциевую селитру — 2-хлор (трихлорметил)-перидин.

Большое значение в снижении потерь азота имеет применение новых видов удобрений с длительным сроком действия. К числу их относятся капсулированные удобрения.

Как отмечалось выше, значительная часть потерь активных элементов удобрений связана с эрозионными процессами, поэтому борьба с эрозией почв является в то же время эффективным методом охраны окружающей среды от загрязнения. Необходимо избегать обогащения питательными веществами грунтовых вод в условиях орошения путем подбора соответствующих норм внесения туков. К их числу можно отнести интенсивное использование земель, в частности выращивание пожнивных и допосевных культур, а в садоводстве и виноградарстве — использование под посевы междурядий; чередование выращивания интенсивно удобряемых культур с растениями, не требующими больших норм удобрений, и др.

В районах с интенсивным промывным режимом и высокими нормами применения азотных удобрений необходимо наблюдение за режимом грунтовых вод и содержанием в них нитратов. Оно позволит более рационально использовать удобрения, а после соответствующего изучения установить для каждого поля максимум однократного внесения азота.

В статье рассмотрена глобальная задача современности – рациональное природопользование, улучшение экологической обстановки и защита окружающей среды. Показано, что быстрое и значительное увеличение урожайности, невозможное без использования удобрений, является решающим фактором в решении вопроса обеспечения постоянно растущего народонаселения нашей планеты продуктами питания. На основании анализа органических и минеральных удобрений сделан вывод о том, что наиболее эффективным является использование безбаластных сложных органоминеральных удобрений, представляющих собой смесь органических и минеральных удобрений. На основании объективной оценки основных типов выпускаемых промышленностью и используемых агрохимическим комплексом минеральных удобрений показано наличие у них принципиальных недостатков, обусловленных их поликристаллическим строением. Отмечено, что кардинальным путем реализации рационального природопользования является отказ от традиционных поликристаллических удобрений и обращение для разработки принципиально новых высокоэффективных удобрений к аморфным материалам. Приведены разработки авторов по созданию, промышленному производству и практическому применению экологически безопасного фосфорсодержащего стеклообразного удобрения пролонгированного действия.

Ключевые слова: рациональное природопользование, органические удобрения, минеральные удобрения, поликристаллическое строение, экологически безопасное фосфорсодержащее стеклообразное удобрение.

Kogan V.E. 1 , Karapetian K.G. 2

ENVIRONMENTALLY SAFE FERTILIZERS – BASIS OF RATIONAL NATURAL RESOURCES MANAGEMENT

Abstract

The article considers one of the most important global tasks of nowadays – rational use of natural resources, improvement of the ecological situation and protection of the environment. It is shown that a rapid and significant increase in yield, which is impossible without the use of fertilizers, is a decisive factor in solving the problem of providing the ever growing population of our planet with food. Based on the analysis of organic and mineral fertilizers, it was concluded that the use of ballastless complex organic-mineral fertilizers is the most effective. They are a mixture of organic and mineral fertilizers. On the basis of an objective assessment of the main types of mineral fertilizers produced by the industry and mineral fertilizers used by the agrochemical complex, it is shown that they have fundamental shortcomings due to their polycrystalline structure. It was noted that the drastic way of implementing rational use of natural resources is the abandonment of traditional polycrystalline fertilizers and circulation for the development of fundamentally new highly effective fertilizers for amorphous materials. The author’s research on the creation, industrial production and practical application of ecologically safe phosphorus-containing vitreous fertilizers of prolonged action is presented in the article.

Keywords: rational use of natural resources, organic fertilizers, mineral fertilizers, polycrystalline structure, ecologically safe phosphorus-containing vitreous fertilizer.

Рациональное природопользование, улучшение экологической обстановки и защита окружающей среды – вот та глобальная задача, которую с особой остротой поставил перед человечеством наш век. На земном шаре сложилась весьма сложная ситуация, обусловленная тем, что, с одной стороны, наблюдается неуклонный рост населения, которому необходимо постоянно возрастающее количество различных продуктов питания, включая растительную пищу, а, с другой стороны, отсутствием возможности увеличения посевных площадей. Разрешение сложившейся ситуации возможно, прежде всего, посредством быстрого и значительного увеличения урожайности. Решить данную задачу можно лишь посредством своевременного сбалансированного питания растений, обеспечивающего их элементами, необходимыми для полноценного роста и жизни.

Источниками питания растений, как доказал еще в 1840 году немецкий химик Ю. Либих [1], являются воздух, вода и почвенные растворы минеральных веществ. В результате происходящего в природе естественного круговорота питательных элементов они возвращаются в почву. В то же время важно подчеркнуть, что часть элементов питания, израсходованная на развитие растений, выносится с урожаем, т.е. не возвращается в почву, а для сохранения плодородия почвы требуется полное возмещение элементов питания.

В процессе жизнедеятельности человек зачастую загрязняет и ухудшает почву, забывая о том, что этот тонкий верхний слой Земли не является чем-то быстро и легко воспроизводимым искусственным путем, а представляет собой результат естественных сложнейших физико-химических и биологических процессов, протекавших миллионы лет. Поэтому, наряду с вопросом повышения урожайности, не менее остро встает вопрос о научно обоснованном использовании земельных ресурсов. При этом большое внимание требует к себе проблема восстановления утраченного плодородия почв вплоть до их полной сельскохозяйственной непригодности, приводящей к необходимости проведения сложных, длительных и дорогостоящих работ по рекультивации. Их осуществление становится все более насущной задачей и потому, что загрязнение окружающей среды, засорение земель наносят огромный ущерб планете.

Решение всех сформулированных вопросов однозначно невозможно без использования удобрений. Это утверждение, пожалуй, сегодня ни у кого не вызывает возражений. Однако сразу же возникает, на наш взгляд, искусственно создаваемая полемика (обычно весьма острая) о типе (по происхождению) удобрений, которые следует использовать: органические или минеральные? Органические удобрения – это продукты естественного происхождения (торф, солома, навоз, фекалии и др.), в которых питательные элементы преимущественно находятся в органических соединениях, в то время как минеральные удобрения – это неорганические вещества (или продукты переработки ископаемых минералов), в основном минеральные соли, специально производящиеся на химических и горно-химических предприятиях. Безусловно, использование как одних, так и других типов удобрений имеет свои плюсы и минусы. Однако тот факт, что процессы, происходящие в растениях при синтезе в них углеводов, жиров и белков не зависят от источника исходных веществ (органического или химического), говорит в пользу убежденности авторов в том, что наиболее эффективным является использование безбаластных сложных органоминеральных удобрений, представляющих собой смесь органических и минеральных удобрений.

Урожайность сельскохозяйственных культур коррелирует с общим содержанием гумуса. Именно этот показатель служит оценкой состояния почвенного плодородия в системе агрохимического мониторинга по природно-сельскохозяйственным зонам [2]. Не применение органических удобрений, как и использование лишь минеральных удобрений, усиливающих минерализацию гумуса, снижает его содержание в почве и, в свою очередь, требует его компенсации. Факторами, в значительной степени определяющими воспроизводство и баланс гумуса в почве, являются специализация севооборота, свойства почвы и система удобрений. Здесь необходимо отметить, что именно совместное использование органических и минеральных удобрений способствует не только воспроизводству гумуса, но и улучшает его качественный состав, а также азотный, фосфорный и калийный режимы почвы.

Не только бездефицитный баланс гумуса, но и расширенное его воспроизводство – вот тот комплекс, который должна предусматривать научная организация земледелия. Реализация сказанного становится возможной лишь при рациональном сочетании органических и минеральных удобрений с учетом специализации севооборота и конкретных почвенно-климатических условий. Вопрос же состоит в том, что разработчики и производители удобрений как органических, так и минеральных, должны стремиться к решению сложной, но, безусловно, разрешимой задачи – получению пищевой добавки для сельскохозяйственных культур, максимально исключающей имеющиеся на сегодня недостатки, присущие удобрениям независимо от их происхождения. Нахождение путей и методов оперативного решения этой задачи имеет большое социально-экономическое и экологическое значение, должно способствовать открытию практически неисчерпаемого источника обеспечения сельскохозяйственных предприятий технически и экономически доступной продукцией для восстановления, сохранения и повышения плодородия почв, а также создания благоприятной экологической обстановки.

Ежегодно на предприятиях агрохимического комплекса и других отраслей образуются сотни миллионов тонн органического сырья (навоз, птичий помет, солома, опилки и др.). Лишь небольшая часть его, после соответствующей переработки, используется в качестве удобрений. Большая же доля этого сырья накапливается годами возле животноводческих и птицеводческих предприятий, предприятий деревообрабатывающей промышленности и др. Это приводит как к ухудшению его качественного состава, так и к ухудшению экологической обстановки, т.е. к обострению проблемы охраны окружающей среды.

Использования лишь органических удобрений (навоза, помета, растительных отходов или компостов), не говоря уже об агрохимических проблемах, которые не могут не возникнуть при этом, приводит к внесению в почву большого количества жизнеспособных семян сорных растений и болезнетворных микроорганизмов. Что же касается технологий приготовления органических удобрений из навоза и помета, известных на сегодняшний день, то они необоснованно сложны, энергоемки, требуют больших затрат труда и средств, не обеспечивают в полной мере сохранность питательных веществ, содержащихся в навозе и помете, и экологическую безопасность при использовании таких удобрений.

Сельскохозяйственные отходы, которые наряду с торфом, соломой опилками и т.п., являются материалами растительного происхождения, создают критическую санитарно-микробиологическую обстановку, способствуя прогрессирующему размножению возбудителей различных болезней.

В составе химических удобрений преимущественно содержатся вещества, которые имеются в естественной почве, т.е. присутствуют и при использовании органических удобрений.

Отрицательная роль химизации в сельском хозяйстве – результат завышения доз минеральных удобрений, неоправданно вносящихся в почву, в результате чего приводящих к ухудшению урожая и к проникновению в биосферу значительного количества химикатов, не использованных растениями. Это, в свою очередь, приводит к гибели не только вредных, но и полезных представителей фауны и флоры.

Оптимизация применения удобрений вследствие многочисленности влияющих на урожай факторов достаточно сложная, но, тем не менее, решаемая современной агрохимической наукой задача. В то же время, объективная оценка показывает, что у основных типов выпускаемых промышленностью и используемых агрохимическим комплексом минеральных удобрений имеются и свои отрицательные моменты. Принципиальные недостатки всех этих удобрений обусловлены их поликристаллическим строением, приводящим к ускоренному растворению, вымыванию и выветриванию и, наконец, к избирательному выщелачиванию грунтовыми водами. Следствием сказанного является комплекс негативных моментов, обусловленных использованием минеральных удобрений.

Вымывание и выветривание приводят не только к тому, что внесение удобрений не всегда обеспечивает подкормку растений (велики потери также при транспортировке и ежегодном внесении поликристаллических минеральных удобрений), но и ухудшает экологическое состояния водоемов. Так, нитраты, а менее интенсивно аммиачный азот, калий и фосфаты, выносятся из почвы грунтовыми водами и вместе с ними попадают в водоемы, что вызывает их зарастание в результате эвтрофикации. Бурно разрастаясь, водоросли поглощают питательные вещества, что приводит к гибели рыбы и других обитателей водоемов.

Огромная ударная нагрузка в момент внесения удобрений, отрицательно влияющая на корневую систему, использование растениями в период вегетации лишь небольшой части полезных компонентов, содержащихся в удобрениях, приводящее к необходимости ежегодного повышения вносимой в почву дозы, создавая их избыток, также являются минусами используемых агрохимическим комплексом многотоннажных минеральных удобрений.

Для полноты картины следует отметить и то, что технология производства практически любой разновидности минеральных удобрений связана с определенными проблемами, которые иногда решаются довольно сложно, зачастую не обеспечивая при этом полномасштабного содержания питательных компонентов в формах, наиболее усвояемых растениями.

Авторы настоящей статьи не претендуют на полноту изложения всей многогранной проблемы минеральных удобрений. Приводимый материал – это скорее их видение и анализ путей преодоления имеющихся проблем. Это те поиски и исследования, которые позволили найти кардинальный путь преодоления вышесформулированных недостатков, а именно: отказ от традиционных поликристаллических удобрений и обращение для разработки принципиально новых высокоэффективных удобрений к аморфным материалам.

Среди аморфных материалов, обеспечивающих, исходя из особенностей строения, достижение комплекса заданных физико-химических свойств, технологических параметров и эксплуатационных показателей, первое место, безусловно, принадлежит стеклу. В то же время, использование стеклообразных материалов в качестве минеральных удобрений [3], [4], не говоря уже об их промышленном выпуске [5], [6], [7], [8], [9], до реализуемого нами проекта практически никем не рассматривалось. Отмеченное, на наш взгляд, наиболее вероятно, обусловлено, как минимум, двумя причинами: научной направленностью ученых, традиционно занятых в области разработки минеральных удобрений, с одной стороны, и необходимостью обращения для создания таких удобрений к специальным видам стекол, с другой стороны, что еще недавно (до начала широкого использования конверсионных технологий в народном хозяйстве) было неприемлемо. При этом следует учитывать и то, что природа стеклообразного состояния и понимание процессов стеклования на атомно-молекулярном уровне еще далеки от создания теории стеклообразного состояния, аналогичной по своей общности теории кристаллического состояния.

Список литературы / References

Список литературы на английском языке / References in English

Определение "Рациональное использование удобрений" в ЭБНБ

Успешное и рациональное применение удобрений предполагает знание действия удобрений на почву и возделываемые культуры, а также определение обеспеченности почвы доступными питательными элементами. Большое значение имеют соблюдение агротехнических и растениеводческих приемов: севооборотов, правильной обработки почвы, мелиорации, техники возделывания культур, сортов. Эффективность удобрений зависит не только от количества вносимых отдельных питательных веществ, но и от соотношения их, т. е. все необходимые элементы питания должны вноситься в таком соотношении, чтобы обеспечить получение максимальных урожаев и высокое качество продукции. Достигается это детальным долгосрочным планированием внесения органических и минеральных удобрений, предусматриваются дозы, сроки и способы внесения удобрений с учетом биологических особенностей возделываемых в севообороте культур и почвенно - климатических условий. В системе удобрений учитываются свойства применяемых удобрений, их действие и последействие.

Решающее условие высокой эффективности удобрений - количество выпадающих осадков. В нечерноземной зоне, где осадков выпадает больше, чем испаряется с поверхности почвы, эффективность удобрений выше, чем в лесостепной и степной зонах. Поэтому в зоне неустойчивого увлажнения одновременно с внесением удобрений необходимо проводить мероприятия по накоплению и рациональному использованию влаги.

Наряду с условиями увлажнения на эффективность удобрений влияют почвенные условия. Почвенное обследование всех пахотных земель проводится Государственной агрохимической службой 1 раз в 5 - 7 лет. По результатам почвенных анализов зональные агрохимические лаборатории составляют почвенные карты и картограммы. Картограммы включают данные о кислотности почв, о содержании в ней подвижного фосфора и калия, об окультуренности почвы, мощности пахотного слоя, засоленности, эрозии и др. На основе картограмм устанавливаются дозы удобрений с учетом биологических особенностей культур севооборота, величины планируемого урожая. Кроме того, следует учитывать влияние предшественника в севообороте, вносимые под него удобрения и степень их использования соответствующей культурой.

Наиболее распространенными методами расчета доз удобрений являются следующие: расчет доз по выносу питательных веществ; расчет доз на дополнительный, т. е. планируемый урожай; расчет доз с учетом содержания в почве доступных растениям питательных веществ.

При расчете дозы по выносу питательных веществ принимается, что растения используют лишь вносимые удобрения. Определяется средний вынос питательных веществ урожаем основной продукции с единицы площади и это количество элементов питания и вносится в виде удобрений с поправкой на коэффициент их использования. Коэффициент использования удобрений определяется опытным путем и условно принимается равным: для азотных 60 - 80 %, для фосфорных 25 %, для калийных 60 %.

При расчете доз на дополнительный урожай условно принимают, что при естественном плодородии почвы можно получить средний урожай, и вносят только такое количество питательных элементов, которое с учетом коэффициента их использования из удобрения, выносится дополнительным урожаем.

За основу расчета доз удобрений с учетом содержания в почве доступных растениям питательных веществ принимают средние дозы и соотношение элементов питания, рекомендуемые под возделываемые культуры ближайшим опытным учреждением. В эту дозу в зависимости от обеспеченности почвы элементами питания вносят соответствующую поправку.

Все дозы минеральных удобрений рассчитывают обязательно в килограммах питательного вещества на 1 га, а в дальнейшем переводят на туки с учетом содержания в них азота, фосфора, калия. Микроудобрения вносят в небольших дозах, и особых расчетов они не требуют.

В начале ХХ века немецкие химики Фриц Габер и Карл Бош разработали метод получения азота из воздуха и смешивания его с водородом. Это окажется одним из величайших научных достижений века.

Вместе эти два элемента образовали жидкий аммиак, ключевой ингредиент синтетических удобрений, который приведет к беспрецедентному развитию сельского хозяйства и поможет накормить быстрорастущий мир.

Но есть и обратная сторона. За последние 100 лет количество антропогенных соединений азота в воде, почве и воздухе увеличилось вдвое. Этот рост во многом обусловлен широким использованием синтетических удобрений.

Азот необходим для жизни на Земле, но его чрезмерное количество опасно, т.к. он является загрязнителем и отравляет водоемы, растения, животных и людей, способствуя изменению климата из-за выбросов сильного парникового газа – закиси азота. Хотя широкому кругу людей об этом почти неизвестно, эксперты называют избыток азота одной из самых серьезных угроз загрязнения, с которыми сегодня сталкивается человечество.

Фото: Эрик Вэнс

Проблемы

В начале ХIX века в природе почти не было антропогенных соединений азота. Однако спустя годы после прорыва Габера-Боша его уровень благодаря массовому потреблению синтетических удобрений, производству боеприпасов и сжиганию ископаемого топлива, при этом оба создают химически активные формы азота, начал стремительно расти.

Под угрозой оказалось и здоровье человека. Выбросы аммиака в сельском хозяйстве смешиваются с загрязнением транспортными выхлопными газами, создавая в воздухе опасные твердые частицы и обостряя респираторные заболевания, включая КОВИД-19. По результатам исследования, загрязнение воздуха может стать причиной увеличения смертности, связанной с заболеванием КОВИД-19, на 15 процентов.

Для того, чтобы остановить волну загрязнения азотом, правительства, компании и международные организации, включая Программу ООН по окружающей среде (ЮНЕП), совместно с учеными работают над исследованием угроз от использования азота и повышением информированности об этом.

С этой целью почти год назад государства-члены ООН одобрили Коломбскую декларацию об устойчивом управлении азотом, цель которой – сокращение азотных отходов вдвое от всех источников к 2030 году.

Читайте также: