Жидкие комплексные удобрения и их применение
Жидкие комплексные удобрения (ЖКУ) представляют собой водные растворы или суспензии, содержащие два и более питательных элементов. Они не имеют в своем составе свободного аммиака и поэтому лишены существенного недостатка жидких азотных удобрений — необходимости транспортирования и хранения в герметически закрытой таре и обязательного внесения в почву на определенную глубину. Их можно разбрызгивать по поверхности поля с последующей заделкой любым почвообрабатывающим орудием, а также вносить местно, лентами.
При переливах из одной емкости в другую, при заправке машин для внесения потери питательных веществ из этих удобрений практически отсутствуют. При работе с ЖКУ неблагоприятные условия погоды не оказывают столь существенного влияния, как при использовании твердых удобрений. Очевидным достоинством ЖКУ является отсутствие потребности и мешкотаре. При необходимости в ЖКУ можно вводить микроэлементы, некоторые пестициды и стимуляторы роста. ЖКУ просты в обращении, они не воспламеняются, не взрывоопасны, не ядовиты. Техника безопасности при работе с ними очень проста.
Применение ЖКУ позволяет полностью механизировать трудоемкие процессы погрузки, разгрузки и внесения в почву, полностью исключается ручной труд и существенно снижаются затраты на их применение . Отмеченные свойства ЖКУ делают их весьма перспективными для отечественного земледелия.
Применение растворов удобрительных солей имеет давнюю историю. Еще в 1808 г. Хемфри Дейви пытался использовать в качестве удобрений растворы неорганических солей. Особенно хорошие результаты были им получены со слабыми растворами углекислого аммония. В 1840 г. Ю. Либих предложил поливать почву до вспашки раствором костей домашних животных в разбавленной серной кислоте.
В овощеводстве и в настоящее время применяют растворы различного состава обычно низкой концентрации (0,1—0,2%). В ряде стран овощные культуры, а также плодовые деревья, ягодники, виноград поливают водой, в которой предварительно растворяют удобрения. В последнем случае стремятся удовлетворить потребность растений одновременно в воде и пище. Эти приемы носили и носят, однако, местный характер и не связаны с промышленным производством жидких удобрений. В настоящее время речь идет уже о промышленных жидких комплексных удобрениях, применение которых осуществляется в более или менее широкий масштабах.
В сравнительно большом объеме ЖКУ применяются в США, где их использование было начато в Калифорнии в 1953 г.. К 1981 г. применение этих удобрений возросло до 4,4 млн. т в натуре (1,56 млн. т питательных веществ). Доля ЖКУ в общем потреблении удобрений превышает 7%, В последние 10 лет в США растет и производство суспензированных удобрений; примерно одна треть от всех ЖКУ используется в форме суспензий.
ЖКУ приобретают популярность и в других странах. Несколько заводов построено во Франции, Великобритании, Испании, Италии, Югославии, Канаде, Бельгии. Так, во Франции потребление ЖКУ в 1971 г. составило 195 тыс. т (натуры), в 1975 г. возросло до 300 тыс. т. В настоящее время использование ЖКУ держится примерно на этом же уровне, составляя 2,4% от применения всех питательных веществ. В Великобритании в 1971—1972 гг. использовалось 124 тыс. т ЖКУ, в 1973—1974 гг. — 145, в 1980 г. — 180 тыс. т (свыше 2,5% всех использованных удобрений), в Канаде в 1969—1970 гг. — 20,3 тыс. т, в 1980 г.— 45 тыс. т (около 2,7% всех удобрений). В Италии в 1980 г. внесено 75 тыс. т жидких комплексных удобрений, или свыше 1,3% минеральных удобрений.
В России в начале 60-х годов началось изучение ЖКУ на агрохимических станциях НИУИФ и в совхозе «Заря коммунизма» Московской области. В конце 60-х годов широкие научные и опытно-производственные испытания ЖКУ на экстракционной ортофосфорной кислоте были проведены в Литве. Опыт сельского хозяйства этой республики показал высокую эффективность использования этих удобрений в сельском хозяйстве. С 1974 г. в Воскресенском филиале НИУИФ проведено широкое производственное и научное изучение агрохимических и технологических свойств опытно-промышленных партий ЖКУ на супер-фосфорной кислоте марки 10:34:0, с конца десятой пятилетки в России начат промышленный выпуск этой марки. В 1980 г. поставки ЖКУ составили 26 тыс. т P2O5, а в 1983 г. достигли 563 тыс. т Р2О5, что составляет 8,7% всех фосфорных удобрений, использованных в сельском хозяйстве, и свыше 14% фосфора сложных удобрений. Выпуск этих удобрений будет расти. Такое быстрое наращивание производства и поставок ЖКУ свидетельствует об их высокой технологической и агроэкономической эффективности.
Химический состав ЖКУ, виды, формы, марки. Принципиальная схема получения ЖКУ заключается в нейтрализации аммиаком фосфорной кислоты экстракционной или термической) до pH около 6,5. В качестве нейтрализующего агента в зависимости от схемы получения используют водный или безводный аммиак. Увеличение содержания азота в жидком удобрений достигается прибавлением нитрата аммония или мочевины, или смеси нитрата аммония с мочевиной.
В США, как правило, наиболее часто применяемым азотсодержащим компонентом является раствор, имеющий примерно равное количество азота мочевины и нитрата аммония, так как при таком их соотношении получается максимальная взаимная растворимость. Это обстоятельство имеет решающее значение при хранении и транспортировании раствора, а также, когда он применяется для непосредственного внесения. В таблице 64 приведены состав растворов мочевины — нитрата аммония (MHA) и их основные свойства.
В качестве источника азота для ЖКУ можно применять и отдельно нитрат аммония или мочевину.
Однако имеется еще одно важное обстоятельство, которое может существенно влиять на выбор источника азота для ЖКУ. Присутствие в растворе нитрат-иона снижает общую концентрацию удобрения, особенно когда в растворе присутствует калий. В результате проходящей реакции образуется нитрат калия — наименее растворимая соль, которая встречается в системе жидких удобрений. На мочевине можно получать гораздо более концентрированные удобрения. Например, при использовании MHA наивысшей растворимостью при 0 °C обладает раствор 7:7:7, а при использовании мочевины получают марку 9:9:9 (табл. 65).
К настоящему времени значительное распространение получили суспензии MHA на основе аттапульгита с содержанием азота до 37%. Источником фосфора в ЖКУ является фосфорная кислота. При использовании термической ортофосфорной кислоты (ТОФК) получают прозрачные ЖКУ. Суммарное количество питательных элементов в тройном жидком удобрении марки 1:1:1 (9:9:9) составляет 27%. Лимитирующим фактором, не позволяющим повышать содержание питательных веществ в жидком удобрении, является температура кристаллизации раствора, резко возрастающая с увеличением концентрации.
На основе ТОФК можно готовить ЖКУ с самым разным соотношением питательных веществ (табл. 65, 66). Обращает внимание, что общая концентрация удобрения возрастает, если изменять соотношение N и P2O5 в удобрении в сторону увеличения содержания фосфора. В НИУИФ проведены исследования, которые показали, что ЖКУ можно получать и на экстракционной ортофосфорной кислоте (ЭОФК). Марки 7:20:0 и 9:9:9 применялись в сельском хозяйстве Литвы. Для агрохимического изучения были получены и другие марки: 3,5:10:10; 5:10:10; 6:18:6; 14:14:0; 12:8:8; 10:5:10 и т. д.
Удобрения на основе ортокислоты, кроме мочевины, содержат моно- и диаммонийфосфаты. Типичный солевой состав марки 9:9:9 выглядит следующим образом: (NH4)2HPO4 — 12—15%, NH4H2PO4 — 2—4, CO(NH2)2 — 12—13, KCl — 13—14%. На долю амидного азота приходится 61—66% общего азота.
Как видно из этих данных, концентрация ЖКУ на ортофосфорной кислоте все же низкая, и по экономическим соображениям они рекомендуются для местного использования. При перевозках на небольшие расстояния для внесения с оросительной водой, в том числе в садах, ягодниках, виноградниках и т. д., эти растворы могут использоваться с высоким экономическим эффектом
Резкий качественный скачок в производстве и применении ЖКУ вызвал использование в качестве источника фосфора суперфосфорной кислоты, представляющей собой смесь ортофосфорной и полифосфорной кислот. Термин «суперфосфорная кислота» относят к кислоте, содержащей значительное количество (обычно от 40 до 80%) Р2О5 в виде неортофосфатов.
Применение суперфоcфорной кислоты обеспечивает следующие преимущества.
Благодаря высокой растворимости полифосфатов аммония можно получать основные (базисные) растворы и уравновешенные азотно-фосфорные удобрения значительно более высокой концентрации, чем на ортофосфате (табл. 66).
В связи с тем что полифосфаты эмульгируют примеси, осаждающиеся при аммонизации экстракционной ортофосфорной кислоты, добавление сравнительно небольших количеств суперфосфорной кислоты (20—30%) дает возможноcть готовить прозрачные удобрения на основе экстракционной ортокислоты.
В ЖКУ на суперфоефорной кислоте можно вводить значительное количество микроэлементов, в то время как большинство из них (исключение составляют соединения бора) в присутствии только ортофосфатов переходит в малорастворимое состояние (табл. 67).
Использование микроэлементов в форме оксидов предпочтительнее, поскольку они обеспечивают более высокую растворимость и стабильность растворов. Вводятся микроэлементы в основные растворы (8:24:0, 10:34:0, 11:37:0) при температурах 50—90 “С, при этом растворимость соединений Zn, Cu, Fe в растворах полифосфатов аммония в 10—60 раз выше, чем в растворе ортофосфата. Помимо указанных соединений цинка (табл. 67), в растворах полифосфата легко растзоряется ZnCO3, a ZnS не растворим как в ортофосфате, так и в полифосфатах аммония.
Смешивание основных растворов с мочевиной, нитратом аммония и хлористым калием обычно не изменяет вязкости раствора и времени его хранения без изменения свойств.
В НИУИФ разработаны способы введения микроэлементов бора, меди и молибдена в раствор 10:34:0, который может выпускаться с добавкой: 1) В, Cu, Mo; 2) В, Cu; 3) Mo, Cu; 4) В, Mo; 5) В; 6) Cu; 7) Mo. Массовые доли микроэлементов составляют (в %): бора и меди — 0,05, молибдена — 0,005.
На основе еуперфосфорной кислоты, путем ее аммонизации, готовят основные растворы: 10:34:0, 11:37:0, которые используют для дальнейшего смешивания с азотным и калийным компонентами или вносят непосредственно в почву.
Состав фосфорной кислоты ЖКУ на суперфосфорной кислоте определяется базовым раствором. Fleming приводит следующий средний состав жидких полифосфатов (в % общей Р2О5).
Однако нужно подчеркнуть, что соотношение формы фосфора в ЖКУ подвержено определенным колебаниям. Так, суммарное содержание полиформы в термической суперфосфорной кислоте, содержащей около 76% общей Р2О5 — 38—50%, в экстракционной из апатитового концентрата — 48—57, а в кислоте из флот-концентрата Каратау — 64—66%.
Растворимость полифосфатных систем зависит от степени аммонизации, соотношения различных форм присутствующих в суперфосфорной кислоте полифосфатов. Наилучшая растворимость и связывающие (секвестирующие, хелатные) свойства достигаются в смесях полифосфатов с длиной цепи до пяти единиц фосфора; полифосфаты с более длинной цепью относительно менее растворимы. Кроме того, полифосфаты с длинной цепью (и метафосфаты) склонны к большему гидролизу, чем пиро- и триполифосфаты. Именно поэтому оптимальный базовый раствор должен содержать 50—70% конденсированных форм.
Практически единственным (по экономическим соображениям) источником калия для ЖКУ является хлористый калий. Следует подчеркнуть, что он имеет низкую растворимость и поэтому заметно уменьшает концентрацию жилкого удобрения. Еще менее растворим нитрат калия, который образуется, если источником дополнительного азота является нитрат аммония или раствор МНА. Мочевина в этом отношении несколько улучшает общую растворимость системы.
Важно отметить, что даже использование суперфосфорной кислоты не улучшает положения: марка 1:1:1 и в этом случае будет лишь около 10:10:10. Для ЖКУ пригоден только достаточно чистый хлористый калий.
Хлорид калия можно заменить поташом или калиевой щелочью. Сумма питательных веществ при этом заметно увеличивается, но стоимость этих соединений очень высока, и производство ЖКУ становится нерентабельным. Неудивительно поэтому, что калий — не популярный элемент в ЖКУ.
Отдельные фирмы в США поощряют раздельное внесение твердого калийного удобрения с осени, что вполне допустимо и из агрохимических соображений. Средняя концентрация ЖКУ, выпускаемых в США, в 1371 г. составила 33% (8,5% N; 16,1 — P2O5; 8,4% K2O), в 1973 г. — 32,8% (8,7% N; 15,6 — P2O5; 8,5% K2O), а в 1981 г.—35,2% (9,0 % N; 16,0) — P2O5; 10,2% K2O). Таким образом, в США происходит постепенное повышение концентрации ЖКУ, главным образом за счет увеличения использования суспензий.
Введение в раствор стабилизирующих добавок коллоидной глины, например, аттапульгита, бентонита или кремниевой кислоты (например, аэросила 175 и др.), предохраняющих пересыщенный раствор от выпадения твердой фазы,— один из кардинальных способов повышения суммы питательных веществ ЖКУ.
Расход сухой глины на 1 т удобрения обычно 9—22 кг, но может быть несколько выше. Сумма питательных веществ составляет 40% и более (возможные марки 12:12:12; 8:16:16; 5:15:20; 10:30:10; 15:15:15; 20:20:0; 12:24:12; 10:20:20).
Для применения суспензий необходим специальный комплекс машин, отличающийся от машин для обычных ЖКУ.
Академик АН Узбекистана М.Н. Набиев с сотрудниками при разработке способов получения сложных удобрений на основе азотно-кислотного разложения фосфатного сырья предложил метод производства суспензированных жидких удобрений, называемых СУМ-Ж-5. Эти удобрения представляют собой сильно взмученную пульпу после взаимодействия HNOa и фосфатного сырья, аммонизированаую до pH 1. Сумма питательных веществ около 22% (азот и фосфор без калия), основная часть азота представлена нитрат-ионом. Плотность удобрения 1,5—1,7, вязкость 100—150 сП.
Физические свойства. Жидкие комплексные удобрения имеют плотность, значительно превышающую единицу, поэтому оценивать их концентрацию целесообразно по количеству питательных веществ в единице объема. Это весьма существенно, поскольку при работе с удобрениями, определении емкости складов, машин для транспортирования и внесения плотность удобрений приобретает решающее значение.
Приведенные данные (табл. 68) вносят существенные коррективы в оценку концентрации ЖКУ; по содержанию питательных веществ в единице объема они не уступают твердым удобрениям. Во Франции для ЖКУ используют способ выражения их концентрации только в кг на 100 л. Например, марка 10:34:0 обозначается как 14:48:0 и т. д.
Прозрачные ЖКУ на основе ортофосфорной кислоты имеют плотность 1,2—1,3 г на см3, их вязкость не превышает 10 сантипуаз (обычно 2—5 сП). ЖКУ, получаемые на экстракционной ортокислоте, отличаются от ЖКУ на термической кислоте внешним видом — являются мутными растворами. Дисперсная взвесь в этих ЖКУ при хранении медленно осаждается и превращается в студнеобразную массу, которая длительное время не теряет текучести. Под давлением она легко передается по трубопроводам, перекачивается и вносится в почву с помощью опрыскивателей. Поскольку ЖКУ склонны к переохлаждению, то при спокойном хранении загустение и кристаллизация их происходят при температуре около -20 °C. Поэтому в тех районах, где средняя температура самой холодной декады не ниже — 20 °С, ЖКУ, полученные на основе экстракционной ортофосфорной кислоты, можно хранить в течение зимы в открытых хранилищах, у которых лишь трубы и вентили надо покрыть теплоизоляционным материалом. Базисные растворы 10:34:0, 11:37:0 имеют несколько большую плотность — 1,35—1,4 г на 1 см3 и вязкость до 80 сантипуаз, температура их кристаллизации — 18 °C, но и эти растворы склонны к сильному переохлаждению при спокойном хранении. Весной при наступлении положительных температур загустевшие и закристаллизовавшиеся ЖКУ восстанавливают свои свойства.
Отечественной промышленностью выпускаются две формы жидкого комплексного удобрения: 8:24:0 и 10:31:0, а также разработана технология получения марок 9:9:9 и 18:18:0 (табл. 69)
При длительном хранении до 6 мес при температурах от -18 °С до +35 °C не происходит заметного изменения физико-химических свойств ЖКУ 10:34:0. Устойчивость раствора полифосфата аммония определяется степенью конверсии Р2О5. При снижении степени конверсии ниже 45% уменьшается общая растворимость солей и возможно выпадение осадков.
Состав осадков, образующихся в процессе производства и выпадающих при хранении, состоит в основном из усвояемых форм фосфатов железа, алюминия и магния — NH4(Mg, Al, Fe)PO4*Н2O.
При температуре ниже — 5 °C для 9:9:9, — 18 °C для 10:34:0 происходит частичная кристаллизация раствора, при оттаивании состав ЖКУ не меняется. При температуре выше +35 °C из раствора 10:34:0 также выпадает твердая фаза, что вызвано гидролизом полифосфатных цепей, увеличением содержания ортофосфатов и, как следствие, снижением общей растворимости солей.
Намечено освоение производства более концентрированного раствора — 11:37:0. Согласно ТУ на опытную партию степень конверсии его составляет 55%, плотность при 20 °C — 1,43 г на 1 см3, а массовая доля водонерастворимого остатка — не более 0,5%.
При приготовлении на основе базисного раствора различных смесей с заданным соотношением питательных веществ получающиеся растворы имеют различные физико-химические характеристики (табл. 70).
Менее благоприятными физическими свойствами обладают суспензии. Это плотные и вязкие жидкости с удельной массой 1,4—1,5 г на 1 см3 и вязкостью 100—1000 сантипуаз. Суспензии сравнительно легко загустевают и расслаиваются. Срок хранения их не должен превышать 3 нед, поэтому готовить их целесообразно непосредственно перед использованием.
Наиболее распространенными стабилизирующими агентами являются аттапульгитовая и бентонитовая глины, которые обладают высокоразвитой удельной поверхностью и ярко выраженной способностью к сорбции и обмену катионов. Решающее значение в приготовлении устойчивых суспензий имеет добавление глины. Рекомендуется 25%-ная суспензия глины в чистой воде, в которую целесообразнее вводить вначале раствор 10:34:0, затем мочевину-нитрат аммония и в последнюю очередь хлористый калий. Для приготовления суспензий пригоден красный флотационный хлористый калий с размером частиц 0,8—1 мм.
Наиболее эффективна технология применения растворов суспензий, основанная на использовании для транспортирования ЦАУ-9 и ЦАУ-13,5, а для внесения — машин ПЖУ-5 и ПЖУ-9.
Эффективность ЖКУ на ортофосфорной кислоте. Имеются две основные формы жидких комплексных удобрений: на ортофосфорной кислоте и на суперфосфорной. Каждая из этих форм может выпускаться в виде растворов и суспензий.
Эффективность ЖКУ целесообразно увязывать с оценкой значения гранулометрического состава сложного удобрения. Агрохимический аспект этой проблемы заключается в установлении того, насколько и в каком направлении контакт удобрения с почвой влияет на его эффективность. Скорость взаимодействия удобрения с почвой находится в обратной связи с размером частиц, следовательно, можно считать, что жидкие удобрения взаимодействуют с почвой полнее, то есть с большим объемом почвы, и быстрее (вследствие наличия воды), чем гранулированные. Очень существенно, что скорость взаимодействия удобрений с почвой может, по-видимому, определять и характер образующихся соединений, их растворимость, а следовательно, и доступность растениям.
Приводимые ниже опыты, поставленные на основных почвах страны, служат для определения принципиальных, но не количественных закономерностей. Удобрения в опытах вносили по фосфору, перемешивая их со всем объемом почвы или лентой на глубину 8—10 см от поверхности почвы. Влажность почвы поддерживали на уровне 60% (реже 70%) HB. Повторность трех-четырехкратная. Данные опытов приведены в таблице 71.
Результаты опытов позволили сделать принципиальное заключение о закономерности действия фосфатного компонента на различных почвах при уменьшении размера частиц сложных фосфорсодержащих удобрений.
На кислой, активно фиксирующей фосфор почве (красноземе), при низком исходном фосфатном уровне можно ожидать снижения действия жидкого комплексного удобрения в сравнении с гранулированными формами. Это возможно и на бедных кислых почвах дерново-подзолистого типа. Однако снижение эффективности наблюдается только при использовании полного жидкого удобрения, содержащего азот, фосфор и калий в соотношении, близком к 1:1:1, причем дополнительный азот представлен нитратом аммония. Применение неуравновешенного удобрения с соотношением N:Р2O5 как 1:4,5 (так же, как 1:3) не вызывает снижения действия фосфатного компонента на кислой (неизвесткованной) дерново-подзолистой почве. На известкованных дерново-подзолистых почвах так же, как и на черноземах, эффективность растворов и гранулированных удобрений примерно одинакова. На карбонатных почвах со щелочной реакцией (карбонатные черноземы, каштановые почвы, сероземы) агрохимическая ценность жидких форм, как правило, выше, чем гранулированных.
На кислой дерново-подзолистой почве происходит кратковременное снижение содержания легкоподвижного фосфора при внесении раствора, что связано с большей фиксацией фосфатов полуторными окислами. На черноземе этого не наблюдается. На сероземе уменьшение размера частиц удобрения имело большое положительное значение для образования легкоподвижных соединений фосфора в почве и их дальнейшей динамики. Во всех случаях при внесении жидкого удобрения в сероземе содержится намного больше подвижного фосфора, чем при использовании гранулированного удобрения.
Принято считать, что в эффективности сложного удобрения решающая роль принадлежит фосфорному компоненту. Однако для жидких комплексных удобрений может иметь определенное агрохимическое значение и форма азотного компонента.
Нитрат аммония и мочевина в почве ведут себя различно. Нитрат аммония в известной степени подкисляет среду, а мочевина, в первый период гидролизуясь до карбоната аммония, сдвигает реакцию среды в щелочную сторону. Это превращение происходит в достаточно короткие сроки, пока мочевина в значительном количестве не диффундирует за пределы микроучастка взаимодействия капли раствора с почвой. Положительная роль мочевины обычно отмечалась на кислых почвах, в которых смещение реакции в щелочную сторону может на определенный период снизить фиксацию фосфатного компонента из ЖКУ. Однако как раз в начальный период роста растение в наибольшей степени нуждается в обеспечении легкоподвижными фосфатами.
Опыты показали, что на кислой дерново-подзолистой почве, и в особенности на красноземе, ЖКУ на нитрате аммония значительно менее эффективны, чем твердые гранулированные удобрения. ЖКУ на мочевине на дерново-подзолистой почве равноценны твердым удобрениям, а на сильнокислом (рНка 4,0) красноземе уступают, но значительно в меньшей степени, чем ЖКУ на нитрате аммония (табл. 72).
На типичном черноземе со слабокислой реакцией (рНKCl 5,8) (табл. 73) форма азотного компонента не оказывает влияния на действие ЖКУ: эффективность растворов и гранулированных удобрений является равноценной. На сероземе также не отмечено влияния формы азотного компонента на эффективность ЖКУ. Растворы проявили более высокое действие и оказались лучшими источниками фосфора для растений, чем гранулированные удобрения.
Изучение превращения в почвах жидких комплексных удобрений с различным азотным компонентом подтвердило приведенные выше закономерности: наличие в удобрении мочевины положительно сказывалось на накоплении подвижного фосфора в кислых почвах и не имело значения на черноземе и сероземе.
Эффективность ЖКУ на ортофосфорной кислоте в полевых опытах. Результаты многочисленных полевых опытов свидетельствуют о примерно одинаковой эффективности жидких ортофосфатов и гранулированных стандартных удобрений на дерново-подзолистых почвах, выщелоченных и оподзоленных черноземах (табл. 74—78).
Данные многолетних исследований Раменской агрохимической опытной станции НИУИФ показали, что качество товарной продукции (зерна, клубней, сена) одинаково при использовании жидких и твердых удобрений. Также очень близкими были коэффициенты использования азота, фосфора и калия.
В опытах, проведенных Д.А. Филимоновым на суходольном лугу в Егорьевском районе Московской области, жидкое удобрение 9:9:9 сравнивали с нитрофоской и смесями на аммиачной селитре и мочевине. Удобрения вносили вразброс в дозе N60P60K60. Прибавки урожая сена по жидким удобрениям получены не ниже прибавок от нитрофоски и эквивалентного количества смеси простых удобрений (табл. 76).
В отдельные годы прибавки урожая сена от применения смесей на мочевине были ниже, чем от смесей на аммиачной селитре. Это, видимо, было связано с потерями азота из мочевины, чему способствовала сухая и теплая погода в период внесения удобрений.
Исследования, проведенные в Ставропольском крае, подтвердили высокую эффективность жидкого ортофосфата, превосходящую на карбонатных почвах действие гранулированного аммофоса (табл. 77). Это же установлено и на черноземе Молдавии (табл. 78).
В большинстве опытов на сероземах (табл. 79) жидкое удобрение СУМ-У-Ж было равноценно твердым удобрениям, но в опытах с озимой пшеницей, капустой поздней и луком СУМ-У-Ж существенно превосходило их.
Изучение эффективности суспензированных удобрений в вегетационных и полевых опытах показало, что их действие полностью совпадает с действием соответствующих аналогов прозрачных удобрений и, следовательно, зависит от свойств азотного и фосфорного компонентов. Наличие суспензирующего агента не влияет на эффективность жидких удобрений (табл. 80).
Жидкие комплексные удобрения на суперфосфорной кислоте. В ЖКУ на суперфосфорной кислоте около половины фосфора находится в полиформе. В целом эффективность удобрений, содержащих полифосфаты, определяется наличием ортоформы, темпами гидролиза полифосфатов до ортофэрмы и свойствами соединений, которые образуются при внесении в почву полифосфатов. Две последние характеристики зависят от свойств почвы. Рассмотрим принципиальные законе мерности действия жидких полифосфатов на основных почвах России. Применявшиеся в опытах растворы 10:34:0 и 11:37:0 содержали 45—65% общего фосфора в полиформе.
На дерново-подзолистых почвах жидкие полифосфаты аммония действуют как твердые и жидкие ортофосфаты. Последействие фосфора этих удобрений равноценно (табл. 81).
Известкование почвы не меняет этой закономерности (табл. 82).
Изучение превращения жидких полифосфатов в дерново-подзолистой почве показало, что они формируют фосфатный режим в общем такой же, как и ортофосфаты.
На сильнокислом бедном фосфором красноземе жидкие полифосфаты обычно несколько менее эффективна, чем гранулированные ортофосфаты (табл. 83).
Особенностью поведения полифосфатов в кислых почвах в отличие от ортофосфатов является большее взаимодействие их с железом, в то время как ортофосфаты в большей степени фиксируются алюминием.
В опытах, проведенных с зерновыми культурами на типичном выщелоченном черноземе, действие жидких полифосфатов было равноценно действию как жидких, так и гранулированных ортофосфатов (табл. 84).
Иное положение наблюдается при использовании ЖКУ на ряде карбонатных черноземов (табл. 85—87). На кукурузе установлено лучшее, чем гранулированного аммофоса, действие не только раствора 10:34:0, но и раствора ортофосфата. Пшеница в большей степени увеличивает урожай от внесения раствора 10:34:0, а жидкий ортофосфат действует на нее так же, как аммофос, а иногда (например на карбонатных черноземах Крыма) — значительно лучше. При этом во всех опытах на карбонатных черноземах установлено более высокое содержание подвижных ортофосфатов при внесении жидких форм и большее накопление фосфора растениями.
На сероземе жидкие полифосфаты, действуя равноценно или несколько превосходя жидкие ортофосфаты, как правило, имеют преимущество перед гранулированными ортофосфатами (табл. 88).
Эффективность жидких удобрений в последействии показана по материалам опыта (табл. 89), в котором последействие учитывали 4 года.
Полифосфаты аммония в первый год действовали на фасоль значительно лучше, чем ортофосфаты. В первый год последействия различия между орто- и полифосфатами не проявилось. Во второй год последействия полифосфаты заметно увеличивали урожай соломы пшеницы в сравнении с ортсфосфатами. В третий и четвертый год лучшее действие полифосфатов аммония отмечалось уже в ранние фазы развития paстений и четко проявилось на урожае зерна и соломы.
В сумме за 5 лет использование фосфора (табл. 90) из полифосфатов оказалось в 1,5—2 раза выше, чем из ортофосфатов. Усвояемость жидких форм была выше, чем твердых.
Таким образом, на сероземных почвах жидкие полифосфаты аммония имеют более высокую усвояемость, чем ортофосфаты. По действию на урожай полифосфаты равноценны, а в ряде случаев, в частности при местном внесении, превосходят ортофосфаты. В последействии полифосфаты также оказывались лучшими источниками фосфора, чем ортофосфаты. Реакция разных растений на полифосфаты, видимо, не одинакова. Чаще лучшее их действие при сплошном внесении проявляется на бобовых культурах и кукурузе, реже на яровой пшенице.
Большая эффективность полифосфатов на карбонатных почвах объясняется тем, что при их внесении в почве длительное время сохраняется значительно большее количество легкоусвояемой ортоформы. Это же подтверждают данные последействия удобрений. С помощью 32P в одном из опытов было учтено состояние остаточного фосфора и установлено, что запас растворимых ортофосфатов по двум большим дозам фосфора оказался по полифосфату значительно (почти в 2 раза) выше, чем по ортофосфату. Следовательно, при внесении в почву, содержащую значительные количества карбоната кальция (который в данном случае определяет реакции фосфатов в почве), полифосфаты формируют больший запас растворимых и усвояемых фосфатов, чем ортофосфаты.
В серии вегетационных опытов с томатами и кукурузой на гумусовой кислой почве (pH KCl 4.5) и карбонатной почве, бедной органическим веществом (pH KCl8,3), изучено действие жидкого полифосфата аммония состава 14:48:0 в сравнении со шлаками, тройным гранулированным суперфосфатом и жидким ортофосфатом аммония. Удобрения применяли в возрастающих дозах. На кислых почвах полифосфат оказал значительно лучшее действие на кукурузу, чем шлаки. На карбонатной почве эффект от полифосфата был еще большим (табл. 91).
Специальными опытами показано, что пироформа избирательно (предпочтительно) фиксируется карбонатом кальция из раствора полифосфата, при этом поглощение ортоформы существенно ограничивается, то есть она в основном остается не связанной карбонатом кальция.
Следует отметить также, что в присутствии небольшого количества пироформы кристаллизация ортофосфатов из разбавленных растворов идет по типу образования метастабильных соединений, но не гидроксилапатита. Установлено также, что внесение пирофосфата вызывает растворение осажденного ортофосфата, повышая тем самым доступность последнего растениям.
Следует отметить, что одно специфическое свойство полифосфатов, которое проявляется в условиях карбонатных почв,— улучшение снабжения растений цинком. На это указывают многие исследователи, работающие с полифосфатами, но реальные доказательства получены лишь Juste, Singh, Dartigues, Caurpron, Singh, Dartiques и нами. Экспериментами с кукурузой показано, что при внесении полифосфатов повышается подвижности цинка в растении, улучшается транспорт его в надземную часть.
Высокоэффективны и микроэлементы, введенные в состав раствора 10:34:0. По данным лаборатории микроэлементов НИУИФ, бор в количестве 0,33% в ЖКУ 10:34:0 повысил урожай моркови более чем в 1,5 раза, чем такое же количество бора, но введенное в аммофос. В опытах с салатом на дерново-подзолистой легкосуглинистой почве установлено высокое положительное действие молибдена, введенного в количестве 0,09% в раствор 10:34:0. На кукурузе испытывался жидкий полифосфат аммония с содержанием 0,5% Zn. Эффективность его оказалась на 16—18% выше, чем раствора без цинка.
В последнее время начаты исследования по определению влияния химических свойств полифосфатов, в частности содержания полиформы, на эффективность и усвоение фосфора растениями. Известно, что высокое содержание полиформы в ЖКУ необходимо для стабилизации растворов при хранении. Однако при использовании суспензий на базе раствора 10:34:0 значение полиформы как стабилизирующего фактора резко снижается. Поэтому важно определить оптимальное содержание полиформы в удобрениях для получения наибольшего агрономического эффекта на карбонатных почвах, где полифосфаты имеют преимущество перед ортофосфатами.
В таблице 92 приведены результаты испытания ЖКУ 10:34:0 с различным коэффициентом конверсии (К). Наилучшие результаты на сероземе получены при К в интервале 19,4—48,4%. Усвоение фосфора было максимальным при К, равном 38,6%. По варианту с внесением ЖКУ с К, равным 67%, установлено снижение урожая и усвоения фосфора по сравнению с оптимальным вариантом.
На карбонатном черноземе урожай кукурузы и потребление фосфора были наибольшими при К, равном 48,4 %. В других опытах -повышение коэффициента конверсии свыше 50% снижало урожай и усвоение фосфора растениями.
Эффективность ЖКУ на суперфосфорной кислоте в полевых опытах. К настоящему времени полевых опытов с жидкими удобрениями, полученными на основе суперфосфорной кислоты, еще относительно мало. В зоне дерново-подзолистых почв учтено 70 опыто-лет. Из 70 сравнений в 17 жидкие удобрения несколько превосходили твердые, в 16 — уступали им, в 37 случаях — действовали равноценно. Если прибавку от удобрения выразить в процентах, то в среднем из 70 случаев сравнения она составила от жидких и твердых удобрений соответственно: на зерновых культурах — 64 и 69%, на картофеле — 57 и 52 кормовых — 70 и 55%. Таким образом, в среднем результаты, полученные от ЖКУ и твердых удобрений, практически одинаковые (табл. 93).
Длительные опыты с ЖКУ. Для комплексной оценки эффективности ЖКУ очень важны материалы многолетних полевых опытов, в которых получены данные влияния удобрений на урожай и качество сельскохозяйственных культур, а также на накопление фосфора и изменение других агрохимических показателей почвы.
На Раменской агрохимической опытной станции НИУИФ проводятся три полевых опыта по агрохимической оценке жидких комплексных удобрений.
Опыт I по изучению действия и последействия новых форм комплексных удобрений при сплошном и локальном способах их внесения под монокультуру картофеля Лорх. Заложен в 1967 г. на слабоокультуренной легкосуглинистой дерново-подзолистой почве. Результаты опыта представлены в таблице 94.
Все формы комплексных удобрений (исключение наблюдалось в 1969 г.) при сплошном и местном способах внесения действовали практически одинаково на урожай клубней, содержание и сбор крахмала. Жидкие как орто-, так и полифосфаты были во все годы опыта при обоих способах внесения равноценны гранулированным удобрениям.
Все сравниваемые формы комплексных удобрений оказывали примерно равное действие на накопление растениями картофеля азота, фосфора, калия и кальция.
Сравнительная оценка последействия удобрений за 5 лет дала примерно равные результаты всех испытывавшихся фосфорсодержащих комплексных удобрений как при воздействии на урожай, так и усвоение фосфора (табл. 95).
Опыт II проводится с 1969 г. Изучается действие форм комплексных удобрений в звене севооборота: ранний картофель, озимая пшеница.
Во все годы отмечено высокое действие удобрений; действие жидких и твердых комплексных удобрений на орто- и суперфосфорной кислоте на урожай и содержание крахмала в картофеле и белка в пшенице примерно равноценно (табл. 96).
Жидкие и твердые удобрения оказывали одинаковое влияние на потребление азота, фосфора и калия испытуемыми культурами. В ходе проведения опыта наблюдали за изменением основных агрохимических показателей почвы.
Параллельно внесению удобрений в oпытe увеличивалось содержание подвижного фосфора (табл. 97).
Как показывают приведенные материалы, накопление фосфора по всем формам удобрений, как жидким, так и твердым, идет примерно одинаково. Фракционный анализ образцов почвы по Гинзбург-Лебедевой установил равное влияние на различные почвенные фосфаты жидких и твердых комплексных удобрений.
Опыт III — ежегодное и периодическое внесение фосфорсодержащих удобрений. Опыт проводится на двух рядом расположенных полях при бессменном выращивали озимой пшеницы Мироновская 808 и картофеля Лорх в течение 6 лет. Далее высевается овес на зеленый корм, под который вносят лишь азотно-калийные удобрения, затем культуры меняют местами. Поле с пшеницей заложено в 1970 г., с картофелем — в 1971 г.
В опыте проведено 4 цикла, данные урожая и показатели качества товарной продукции представлены в таблице 98. По результатам, приведенным в таблице, видно, что, независимо от способа внесения, ЖКУ 10:34:0 действовали на урожай картофеля и пшеницы и содержание крахмала в клубнях и белка в зерне так же, как и твердые удобрения. В среднем за 12 лет потребление азота, фосфора и калия растениями было одинаковым по ЖКУ и твердым удобрениям.
Динамика содержания подвижных форм фосфора и калия представлена в таблице 99. Приведенные данные показывают одинаковое действие жидких и твердых удобрений на изменение этих показателей.
Таким образом, материалы многолетних опытов показывают одинаковое действие на растения и плодородие почв жидких комплексных удобрений и твердых.
Эффективность ЖКУ 10:34:0 в сравнении о твердыми простыми удобрениями изучалась на Краснодарской овощекартофельной селекционной опытной станции в опытах с овощными культурами на лугово-черноземной почве (гумус 3,4%, рН KCl 6,2) и выщелоченном черноземе (гумус 4,8%, рН KCl 6,9). При внесении ЖКУ получен равный или чуть больший урожай томатов, огурца и лука.
В многолетних полевых опытах на Граковском опытном поле получено равное действие ЖКУ в севообороте в сравнении со смесью на аммофосе.
В 1975—1980 гг. во Всесоюзном институте чая и субтропических культур проведен полевой опыт, в котором изучалось действие базисного раствора 10:34:0 в сравнении с эффективностью гранулированных удобрений. Краснозем содержал гумуса 6,7%, подвижной Р2О5 67,5 мг на 100 г (по Ониани) и 40 мг на 100 г по Аррениусу. Фосфорсодержащие удобрения вносили ежегодно или периодически: раз в 2 года (табл. 100).
Результаты опыта показали, что на высокогумусном красноземе старой чайной плантации при достаточно высоком содержании в почве подвижного фосфора раствор 10:34:0 при ежегодном внесении действует на уровне аммофоса и гранулированного полифосфата аммония и несколько лучше на двойном суперфосфате.
На черноземах слабовыщелоченном и карбонатном, темнокаштановой почве и сероземе в большинстве полевых опытов установлено устойчивое превосходство жидкого полифосфата 10:34:0 в сравнении с гранулированными ортофосфатами (табл. 101).
X. Адхамовым на кафедре агрохимии Ташкентского СХИ под руководством П. В. Протасова была выполнена работа по исследованию сравнительной эффективности под хлопчатник ЖКУ 10:34:0 и аммофоса при разных способах внесения. Всего было проведено три трехлетних опыта. В первом из трех случаев сравнения с оптимальными вариантами внесения аммофоса под чизель ЖКУ 10:34:0 имело превосходство в 1,8 ц с 1 га хлопка-сырца. Во втором опыте (табл. 102) преимущество раствора выражалось величиной 2,6 ц с 1 га. В третьем опыте из 5 сравнимых вариантов эффективность раствора оказалась на 2 ц с 1 га выше. В целом за 27 опыто-лет лучшая эффективность раствора 10:34:0 по сравнению с аммофосом на хлопчатнике в условиях типичного серозема равнялась 2 ц с 1 га хлопка-сырца.
В Институте химии АН Узбекистана разработан способ получения ЖКУ состава 20:20:0 на основе амионизации полифосфорной и азотной кислот. Удобрение содержит 55% общего фосфора в виде полиформы. А.И. Романовская, Э. Бузуруков и С.Л. Шацман испытывали раствор 20:20:0 на хлопчатнике, выращиваемом на типичном сероземе в течение трех лет. Годовая норма удобрений N200Р120К60.
Результаты опыта показали равноценное прямое действие как аммофоса, так и ЖКУ 20:20:0. Последействие раствора было на 2 ц с 1 га выше.
Экономическая эффективность жидких комплексных удобрений. Опубликованные зарубежные данные, а также расчеты, выполненные в НИУИФ, показывают, что капитальные затраты на строительство цехов по производству ЖКУ примерно на 20—25% ниже, чем для твердых минеральных удобрений. Однако себестоимость жидких и твердых удобрений различается в меньшей степени, что связано с использованием в первом случае более чистых и более дорогих полупродуктов. Это относится к фосфатам и калию. В настоящее время совершенно ясно, что наиболее желательным источником фосфора для ЖКУ является суперфосфорная кислота, хотя вполне возможно применение ортофосфатов, а также суспензий на основе ортофосфатов аммония и кальция.
В США отпускные цены на твердые и жидкие удобрения различаются на 5—10%. Стоимость перевозки и хранения ЖКУ несколько дешевле, чем твердых удобрений.
Специалисты, занимающиеся проблемой использования жидких удобрений, единодушно сходятся в том, что главное их преимущество перед твердыми наблюдается в сфере применения. Возможность полной механизации всех процессов обращения, легкость осуществления этой механизации, полная безопасность работ, резкое снижение затрат труда — вот те факторы, которые стимулируют интерес к жидким комплексным удобрениям. По общему мнению, экономическая эффективность жидких удобрений бесспорна. В работе Чубы приведены данные исследований, проведенных в Польше с целью сравнения затрат времени, труда и средств при применении жидких или твердых удобрений (табл. 103).
Отечественные данные дают сходную картину снижения затрат человеческого труда.
В таблице 104 приведены расчеты, выпольенные НИУИФ и другими научными учреждениями по данным опытов с относительно низкоконцентрированными ЖКУ на ортофосфорной кислоте (9:9:9, 7:20:0). Благодаря механизации затраты на внесение ЖКУ в 2—2,6 раза ниже, чем на использование твердых удобрений. В Ионавской базовой лаборатории НИУИФ затраты на перевозку ЖКУ на ортофосфорной кислоте на расстояние 20 км и на дальнейшее обращение с ними в 1,6 раза ниже, чем для твердых удобрений.
По данным Краснодарского филиала ЦИНАО, при равной или несколько большей прибавке от ЖКУ (преимущество раствора получено на карбонатном черноземе) рентабельность от внесения этих удобрений более устойчива (табл. 105).
Анализ структуры затрат на применение 1 т удобрений свидетельствует о сокращении капитальных вложений на 28,5%, эксплуатационных затрат — на 24,7 и трудовых затрат на 56,2% (табл. 106).
По данным Литовского НИИЗ, при внесении ЖКУ 10:34:0 под озимую рожь в норме 45 кг на 1 га NP эксплуатационные затраты на применение удобрений составили 17,9 руб. на 1 га, при внесении сухой смеси — 20,9 руб. на 1 га, или на 17% выше. Приведенные затраты, по данным этих авторов, на производство и применение 100 тыс. т. Р2О5 составляют для ЖКУ 10:34:0 25,7 млн. руб., смесей на двойном суперфосфате и аммофосе соответственно 29,3 и 31,7 млн. руб. Народнохозяйственный эффект от замены сухих смесей жидким удобрением составит в первом случае 18, во втором — 30 млн. руб. в пересчете на 500 тыс. т P2O5. Затраты труда, в соответствии с принятыми усредненными затратами на использование ЖКУ 10:34:0 в 1,5 раза меньше, чем для смеси на двойном суперфосфате.
Агрохимические исследования показали принципиальную возможность использования жидких комплексных удобрений на всех почвах России. Особенно перспективны жидкие полифосфаты для районов карбонатных почв. ЖКУ целесообразно внедрять в практику сельского хозяйства в первую очередь в районах высокой эффективности и интенсивности использования минеральных удобрений, поскольку они будут применяться в основное удобрение. Следует принять во внимание, что машины для внесения жидких удобрений используются более производительно, если средняя площадь одного поля (контура) не менее 20 га.
При выборе культур необходимо учитывать особенности их системы удобрения. На первом этапе внедрения ЖКУ целесообразно для непосредственного внесения использовать базисный раствор 10:34:0. Достоинством этой марки являются высокая концентрация и широкий диапазон сроков внесения: осенью, весной и при необходимости в подкормку. Азот в этом случае можно применять в твердом виде или в виде раствора (без давления) мочевины-нитрата аммония. Физико-химические свойства азотных растворов позволяют использовать тот же комплекс машин, что и для ЖКУ. На первом этапе применения ЖКУ 10:34:0 и других марок, видимо, будут использоваться емкости для хранения и машины из-под водного аммиака. В этом случае особое внимание следует обращать на необходимость промывания всех резервуаров водой при переходе с одного удобрения на другое с целью удаления остатков водного аммиака. Присутствие даже небольших количеств водного аммиака приводит к выпадению осадка фосфата аммония, который может также засорять трубопроводы.
При решении вопроса с калийным удобрением следует принять во внимание, что на первом этапе ЖКУ 10:34:0 удобнее применять на почвах, достаточно обеспеченных доступным для растений калием. В этом случае калийное удобрение можно вносить периодически, например раз в 2 года. При удобрении сахарной или кормовой свеклы лучшим источником калия является натрийсодержащая 40%-ная калийная соль, вносить которую также можно раз в два года. На первом этапе использования раствора 10:34:0 калийное удобрение удобнее применять в твердом виде. С развитием технологии производства и применения суспензий калий также можно будет вводить в состав ЖКУ, увеличивая тем самым ассортимент жидких удобрений без снижения их концентрации.
Краснодарский филиал ЦИНАО рассмотрел возможные изменения в системе удобрения сельскохозяйственных культур с учетом создания условий для максимального использования жидких комплексных удобрений. Калий в твердом виде предлагалось вносить в запас на ряд лет под сахарную свеклу и озимую пшеницу, идущую после подсолнечника. Проведенные расчеты показали, что в типичном 12-польном севообороте 20,6% всего азота и 94,4% фосфора может быть успешно использовано в виде жидких комплексных удобрений. Расчеты, сделанные для Краснодарского края, показали, что ЖКУ можно использовать на площади 4203 тыс. га в объеме 727,9 тыс. т в натуре. Распределение по маркая при этом оказалось следующим: 1:34:0 — 54,7%; 1:1:1 —34,8; 1:1:0 — 10,5%.
Внедрение ЖКУ в практику сельского хозяйства необходимо осуществлять с учетом имеющегося опыта по эффективности этого удобрения и эксплуатации системы машин. В целях получения наибольшей агроэкономической эффективности следует концентрировать применение ЖКУ с тем, чтобы в виде раствора вносить 5—75% всего фосфора.
В последние годы успешно разрабатываются способы получения различных марок полных суспендированных удобрений из твердых порошковидных или гранулированные. По материалам фирмы «Фергюссон индастриз» (США), стоимость суспензий на основе аммофоса, приготовленных на специальной установке, оказывается на 15—20% (для разных марок) ниже стоимости аналогичных по составу (концентрации и соотношению питательных элементов) суспензий на основе раствора 10:34:0 и глин. Расширение, исследований применения твердых ортофосфатов аммония и кальция для получения концентрированных суспензий представляется целесообразным.
