Микроудобрения

Глава знакомит читателя с микроудобрениями, которые представляют собой наиболее радикальное средство борьбы с дефицитом микроэлементов у растений. Дана характеристика основных видов микроудобрений. Описаны способы применения микроудобрений, получившие широкое распространение в агрономической практике.

7.1. Виды микроудобрений

Изначально низкое содержание доступных для растений форм микроэлементов — широко распространенное явление, характерное для многих почв мира. Это в значительной степени обусловлено более низким содержанием микроэлементов в земной коре по сравнению с другими химическими элементами (см. рис. 1.1). В почвах агроэкосистем дополнительному уменьшению содержания подвижных соединений микроэлементов способствуют использование различных агротехнических приемов, применение безбаластных минеральных удобрений и разнообразных химических мелиорантов. К тому же усиливается сорбция микроэлементов почвой (см. 2.2). Кроме того, применение интенсивных технологий сопровождается отчуждением микроэлементов из корнеобитаемого слоя почвы с продукцией растениеводства (табл. 7.1). В связи с этим дефицит микроэлементов в почвах рассматривается как одна из основных причин, лимитирующих в настоящее время продуктивность культурных растений в высокоразвитых странах.

Устранение дефицита микроэлементов у растений может достигаться различными путями. Перспективно использование в сельском хозяйстве достижений в области генетики и селекции, связанных с созданием резистентных к дефициту микроэлементов генотипов растений. Однако возможности компенсаторных механизмов растений ограничены (см. гл. 6). В условиях агроценоза физиологическая эффективность действия таких механизмов может существенно снижаться вследствие систематического использования разнообразных мелиорантов (см. 6.2.1). Кроме того, такой подход не позволяет компенсировать неизбежное отчуждение микроэлементов из почвы с урожаем, а также их потери вследствие вымывания. Последнее обстоятельство особенно актуально для ландшафтно-геохимических районов с промывным водным режимом. Не случайно поэтому в мировой земледельческой практике для обеспечения растений микроэлементами и восполнения их запасов в почвах широко применяются разнообразные виды микроудобрений.

Таблица 7.1 Вынос микроэлементов с урожаем различных видов культурных растений [модифицировано по: Mengel, Kirkby, 1987]
Культура Урожай, т/га Вынос, г/га
Сu Мn Zn
Злаки
Ячмень: зерно, 2,2 34 30 70
Солома 2,5 11 360 60
Пшеница: зерно, 2,7 33 100 160
Солома 3,8 11 180 56
Овес: зерно, 2,9 34 134 56
Солома 5,0 34 Не опр. 330
Кукуруза: зерно, 9,5 66 100 170
Солома 11,0 55 1700 359
Сухие травы
Люцерна 10,0 66 500 470
Красный клевер 6,0 45 600 400
Тимофеевка 6,0 33 340 220
Другие культуры
Табак: листья 2,2 33 600 80
Хлопчатник:
семена и корпия
1,7 66 120 350
Картофель: клубни 27,0 44 100 60
Томат: плоды 50,0 80 145 180
Капуста 50,0 44 110 90

Все удобрения разделяют на две основные группы: минеральные и органические. В свою очередь, минеральные удобрения делят в зависимости от вида основного питательного элемента (макро- или микроэлемент) на макро- и микроудобрения. Последние могут быть представлены как собственно минеральными формами, так и органоминеральными соединениями. Микроудобрения, как правило, классифицируют по основному микроэлементу, который они содержат (железосодержащие, марганцевые, цинковые и др.). Макроудобрения не относятся к абсолютно химически чистым соединениям и могут содержать микроэлементы в виде примесей. В почвы определенное количество микроэлементов привносится и с органическими формами удобрений. В агрономической практике часто используют различные отходы промышленности, обогащенные микроэлементами.

Железосодержащие

Наиболее широкое распространение получило использование комплексов железа и некоторых отходов промышленности, содержащих этот элемент.

Комплексы железа. Получают путем смешивания солей железа (железного купороса) с комплексонами (хелаторами). Характеристика основных видов комплексонов, используемых в растениеводстве, приведена выше (см. 5.2). Массовая доля железа в комплексонатах составляет от 10 до 17%. Ценность хелатов определяется их устойчивостью к диссоциации в широком диапазоне pH и к микробиологическому разложению, высокой растворимостью в воде, низкой токсичностью, технологичностью их форм. Хелаторы применяются как в форме отдельных комплексов с микроэлементами, так и в составе макроудобрений. В последнем случае комплексоны необходимы для улучшения физико-химических свойств туков и повышения их агрономической ценности. Содержащиеся в некоторых видах макроудобрений примеси микроэлементов в силу своей малой растворимости в воде биологически инертны. Мобилизации микроэлементов способствует введение на определенных технологических стадиях получения минеральных удобрений комплексонов и комплексонатов. Этими соединениями модифицируют нитроаммофоску, аммофос, кальциевую селитру, карбамид, суперфосфат, жидкие комплексные удобрения на основе ортофосфорной кислоты. Весьма эффективно использование гидроксиэтилидендифосфорной кислоты (ОЭДФ), образующей стабильные комплексы с большинством металлов в широком диапазоне pH. Обычно дозы комплексона рассчитывают с учетом концентрации микроэлементов в сырье, с тем чтобы получить хелаты эквимолярного состава.

При модификации комплексонами изменяются физико-химические свойства макроудобрений. Так, по сравнению с обычными удобрениями прочность частиц модифицированной селитры повышается на 30%, а ее слеживаемость уменьшается в три раза. Применение ОЭДФ в технологическом процессе получения двойного суперфосфата способствует сокращению расхода фосфорной кислоты (на 5-10%), уменьшению длительности конверсии, получению более крупных однородных кристаллов и снижению слеживаемости продуктов.

Физиологическая активность модифицированных комплексонами удобрений во многом зависит от технологии их приготовления. Например, действие на продуктивность растений аммофоса выше, когда комплексонат меди нанесен на поверхность гранул. Добавление комплексонов к суперфосфату на стадии грануляции не изменяет физиологических свойств удобрения. В целом по эффективности устранения у растений дефицита микроэлементов комплексоны и комплексонаты превосходят традиционные формы микроудобрений — минеральные соли. Пролонгированию биологического действия менее устойчивых, но более дешевых хелатов железа способствует их капсулирование природными смолами и сочетание с твердыми носителями, в частности с пиритными огарками.

Пиритные огарки. Отходы целлюлозо-бумажной промышленности и производства серной кислоты. В огарках, получаемых обжигом флотационных колчеданов, содержится до 46-47% железа, содержание других микроэлементов не превышает 0,5-0,7%. Вносят в почвы в дозах до 5 т/га. Медленнодействующее удобрение; биологический эффект достигается, если корневые системы растений контактируют с очагом внесения пиритных огарков.

Отходы пиролизной и целлюлозо-бумажной промышленности. Используют как относительно безопасные в экологическом плане комплексообразователи, характеризующиеся низкой себестоимостью. Наиболее широкое распространение получили продукты взаимодействия минеральных солей железа с отходами древесины: лигносульфонатами, фенолами, полифлавоноидами. Перспективным сырьем для получения дешевых и экологически безопасных комплексонов служит гидролизный лигнин. Природный лигнин — важнейший источник гумусовых веществ почвы не только по причине его высокого содержания в растительных остатках и относительной устойчивости, но и в силу химического состава. Это нерегулярный полимер с разветвленными макромолекулами, построенными из остатков замещенных фенолоспиртов. Особенности химического состава лигнина обусловливают возможность появления большого числа разнообразных продуктов, в частности фенолов и хинонов — прямых предшественников гуминовых соединений. Последние характеризуются большим количеством функциональных групп, способных взаимодействовать с минеральными компонентами почвы, в том числе и с микроэлементами. Гидролизный лигнин отличается от природного большей конденсированностью и новообразованными многоядерными системами, которые создают непрерывную углерод-углеродную сеть, разрыхленную сохранившимися кислородными мостиками (связи С—О—С).

В качестве перспективной технологии промышленной переработки гидролизного лигнина с получением хелатирующих веществ относительно низкой себестоимости может рассматриваться процесс окислительной деструкции лигнина азотной кислотой. По физико-химическим свойствам, составу элементов и функциональным группам получаемые продукты близки к природным фульвокислотам. Производные окислительной деструкции гидролизного лигнина содержат большое количество разнообразных функциональных групп, участвующих в комплексообразовании с катионами металлов. По комплексообразующей способности производные гидролизного лигнина превосходят лигносульфонаты — отходы целлюлозо-бумажной (не гидролизной) промышленности. В результате при подготовке антихлорозных препаратов значительно снижается расход производных лигнина.

Марганцевые

Основным источником марганца для производства удобрений выступают оксидные марганцевые руды осадочного происхождения. Марганцевые руды разделяют в зависимости от содержания в них основного вещества и железа на три класса: марганцевые — содержат более 40% марганца и менее 10% железа; железомарганцевые — содержат 5-40% марганца и 10-35% железа; марганцовистые железные — не более 5% марганца. В оксидных рудах соединения марганца плохо растворимы в кислотах. Поэтому для производства удобрений эффективнее использовать карбонатные марганцевые руды или отходы промышленности, прошедшие стадию восстановительного обжига и содержащие марганец в форме МnО. Для получения различных форм удобрений в основном используют оксид и сульфат марганца. Эти формы марганца применяют и самостоятельно. Физиологическая эффективность соединений марганца изменяется в ряду: MnS04 > МnО > МnСО3 > МnO2. Для нужд сельского хозяйства производят несколько основных видов марганцевых удобрений.

Сернокислый марганец. Кристаллический порошок, хорошо растворимый в воде. Сульфат марганца содержит не менее 20% марганца. Получают сернокислотным способом из пиролюзитной или карбонатной руд, которые предварительно обжигают. Для некорневой подкормки и обработки семян используют водные растворы сульфата марганца в концентрации 0,01-0,5%. При внесении в почву доза этой соли составляет 5-15 кг/га.

Хлористый марганец. Хорошо растворимый в воде порошок, содержит около 17% марганца. Применяют как сульфат марганца.

Марганизированный суперфосфат. Гранулированное удобрение, содержит около 1-2% марганца и 18-19% пятиоксида фосфора. В двойном суперфосфате содержание фосфора вдвое выше. От 70 до 80% марганца в продукте содержится в водорастворимой форме. Изготавливают путем механического смешивания марганцевого концентрата с суперфосфатом на стадии грануляции. В технологическом процессе оксиды марганца взаимодействуют со свободной фосфорной кислотой с образованием дигидро- и гидрофосфатов марганца:

2H3PO4 + MnO = Mn(H2PO4)2 × H2O,

H3PO4 + MnO = MnHPO4 + H2O

Применяется главным образом для внесения в почву.

Марганцевые шлаки и шламы. Отходы производства сталей и марганцевого производства. Разнообразны по составу, содержат от 10 до 17% марганца. Кроме того, могут содержать значительное количество оксидов кальция и магния, кремнекислоты, полуторных оксидов, немного соединений фосфора и серы. Удобрение обычно используют для внесения в почву.

Цинковые

Соединения цинка для минеральных удобрений в основном получают в результате переработки полиметаллических сульфидных руд. В процессе обогащения руды образуется цинковый концентрат с основным цинксодержащим минералом сфарелитом (ZnS). Из сульфидных руд цинк извлекают пирометаллургическим или гидрометаллургическим способом. Первый способ основан на восстановлении обожженного концентрата углем и отгонке паров цинка. В основе второго способа лежит электролиз растворов, полученных при обработке серной кислотой цинкового концентрата. Значительное количество металлического цинка и его соединений получают при переработке вторичных цветных металлов, различных промышленных отходов. Производят несколько основных цинковых удобрений.

Сернокислый цинк (ZnS04 × 7Н20, ZnS04). Белый кристаллический порошок, содержит до 25% цинка, хорошо растворим в воде. Производят путем растворения цинксодержащего сырья в серной кислоте. В основном применяют для предпосевной обработки семян и некорневых подкормок растений. Сернокислый цинк может быть использован в виде порошка для опыливания семян (доза 0,5-1 кг/т) или водных растворов с концентрацией 0,05-0,1%.

Суперфосфат с цинком. Получают путем смешивания соединений цинка с суперфосфатом на стадии грануляции. Удобрение содержит около 0,5-0,8% цинка в основном в форме дигидрофосфата. Водорастворимые соединения цинка составляют 80-85% его общего количества, а цитратрастворимые формы 15-20%. В двойном гранулированном суперфосфате количество цитрат- растворимых форм цинка выше.

Цинковые полимикроудобрения (ПМУ). Темно-серый порошок, содержит до 25% цинка, а также относительно небольшое количество алюминия, меди, магния, марганца, железа и других элементов. Изготавливают из промышленных отходов при производстве белил. Применяют для предпосевной обработки семян (до 4 кг/т) и внесения в почву (3-5 кг/га).

Медные

Источниками для промышленного получения медьсодержащих удобрений служат различные руды. Содержание меди в них редко превышает 2%. Медные руды представляют собой комплексное сырье, поэтому в процессе их технологической переработки получают соединения не только меди, но и других металлов. Из природного сырья медь извлекают пирометаллургическим или гидрометаллургическим методом. Значительное количество меди и ее соединений получают в результате переработки вторичных цветных металлов. Основные виды медьсодержащих удобрений приведены ниже.

Сернокислая медь (CuS04 × 5Н20 — медный купорос, CuS04 × Н20).Кристаллическая соль голубовато-синего цвета, содержит меди 25-35%, в зависимости от степени гидратированности, хорошо растворима в воде. Получают растворением гранул или порошка металлической меди в серной кислоте. Используют в основном для предпосевной обработки семян и некорневых подкормок растений. Водные растворы сернокислой меди для некорневых подкормок имеют концентрацию 0,02-0,05%, для обработки семян 0,02-0,1%. Опыливают семена сульфатом меди из расчета 0,5-1 кг/т.

Суперфосфат с медью. Получают в технологическом цикле производства суперфосфата путем введения медьсодержащей добавки, главным образом сернокислой меди. В удобрении микроэлемент содержится в виде дигидрофосфата, массовая доля меди составляет 0,4-0,8%.

Пиритные огарки. Промышленный отход производства серной кислоты и целлюлозо-бумажной промышленности. Характеризуются низким содержанием меди (до 0,3-0,7%), которая находится в форме сульфатов, сульфидов и оксидов, и высоким содержание железа (до 45-50%). Содержат также другие микроэлементы: марганец, цинк, молибден, кобальт и др. Недостаток пиритных огарков состоит в том, что в них мало меди и много баластных элементов, в том числе токсичных (Pb, As). Используют только для внесения в почву.

Молибденовые

Эти удобрения получают из молибденовых руд, в которых массовая доля молибдена составляет 0,1-1%. Кроме того, при получении молибдена используют различные отходы промышленности, например электролампового производства.

Молибдат аммония (молибденовокислый аммоний). Это соединение получают из молибденовых концентратов, которые предварительно подвергают окислительному обжигу. В результате молибденит (MoS2) превращается в оксид молибдена (МоО3). Из огарков молибден извлекают 8-10%-ным раствором аммиака. Молибдат аммония растворим в воде, содержит около 52% молибдена. Используется для предпосевной обработки семян (0,2-6 кг/т), а также для некорневой подкормки растений в виде водных растворов концентрацией 0,05-0,1%.

Молибденизированный суперфосфат. Простой суперфосфат содержит около 0,1-0,2% молибдена и 20% пятиоксида фосфора. Изготавливают путем смешивания соединений молибдена с суперфосфатом в процессе грануляции. Наибольшая эффективность достигается при внесении в рядки при посеве в дозе 50-100 кг/га. Двойной суперфосфат содержит около 0,2% молибдена и 43-45% пятиоксида фосфора, это удобрение вносят в рядки из расчета 25-50 кг/га.

Отходы электроламповой промышленности. Растворимый в воде порошок, содержащий около 5% молибдена и 90% сульфатных и нитратных солей аммония. Молибден находится в форме молибдата аммония. Применяется, как молибдат аммония.

Борные

Соединения бора получают из боросиликатных руд, главным образом из датолитовых и данбуритовых. Турмалиновые руды также можно использовать для получения соединений бора, но после предварительного извлечения цветных металлов. Вследствие колебаний минералогического состава содержание В203 в боратовых рудах изменяется в широких пределах — от 1 до 27%. Практически весь ассортимент борсодержащих удобрений производится с использованием борной кислоты.

Борная кислота. В нашей стране борную кислоту получают в основном из датолитового сырья при обработке серной кислотой. Это наиболее концентрированное борное удобрение, содержащее около 17% бора. Представляет собой порошок белого цвета, хорошо растворимый в воде. Применяется для обработки семян, некорневых подкормок, а также в качестве компонента, содержащего бор, в составе сложных и смешанных удобрений. Для обработки семян и некорневых подкормок рекомендуют использовать 0,05- 0,1% водные растворы.

Борный суперфосфат. В простом суперфосфате содержится не менее 0,2% бора и около 20% пятиоксида фосфора. В двойном суперфосфате содержание бора и фосфора примерно в два раза выше. При производстве борфосфорных удобрений выдерживается соотношение Р205: В — 100:1. Удобрение изготавливают в результате добавления борсодержащих добавок, в основном борной кислоты или бората кальция, к суперфосфату в процессе грануляции. Бор в удобрении содержится главным образом в водорастворимой форме. Вносят в почву перед посевом или в рядки из расчета 100-400 кг/га.

Борфосфорное удобрение. Получают путем разложения датолитовой руды или концентрата экстракционной фосфорной кислотой. Готовый продукт содержит до 37-38% пятиоксида фосфора и 1,5-1,8% бора. Состав и применение удобрения аналогичны таковым двойного суперфосфата с бором.

Бормагниевое удобрение. Порошок серого цвета, содержащий около 2,3% бора и 14-20% оксида магния. Получают из маточных растворов, образующихся при производстве борной кислоты. Вносят в почву в дозах 20-60 кг/га. Поскольку бор в этом удобрении находится в виде растворимой в воде борной кислоты, удобрение может применяться для некорневых подкормок, а также для обработки семян. В этом случае расход препарата составляет 10-25 кг/га.

Борнодатолитовое удобрение. Получают из датолитовой породы (2СаО × В203 × 2Si02 × 2Н20) в результате ее разложения серной кислотой. Готовый продукт представляет собой светло-серый порошок, содержащий 9,5-10,5% борной кислоты и 0,5-1% серной кислоты. Обычно вносится в почву. Может использоваться самостоятельно или в составе сухих тукосмесей. По агрохимической эффективности не уступает борной кислоте.

Борацитовая мука. Изготавливают путем размола борных руд (СаО × MgO × 3В2О3 × 6Н20) без предварительной обработки. Используют для внесения в почву.

Кобальтовые

Соединения кобальта получают в основном при переработке никелевых руд, в которых массовая доля элемента составляет 0,15-0,2%. Источниками вторичного кобальтового сырья служат отходы производства: различные сплавы и катализаторы.

Сернокислый и хлористый кобальт — хорошо растворимые в воде соли с содержанием кобальта до 25%, используют для обработки семян и некорневых подкормок в виде водных растворов с концентрацией 0,05-0,1%. При совместном внесении в почву с макроудобрениями доза этих солей составляет 0,1-0,5 кг/га.

Следует отметить, что в качестве примесей кобальт содержится во многих удобрениях: фосфоритной муке (7-11 мг/кг), суперфосфате, томасшлаке (11 мг/кг), пиритных огарках и др.

Комплексные

Микроэлементы используют также для модификации комплексных макроудобрений, которые содержат не менее двух основных элементов питания. Комплексные макроудобрения подразделяют на сложные, сложносмешанные и смешанные удобрения. Сложные удобрения производят в едином технологическом цикле в результате химических реакций между исходными компонентами. Сложносмешанные удобрения изготавливают, смешивая порошки односторонних удобрений с последующим или одновременным введением в состав смеси жидких продуктов, содержащих элементы питания (аммиакатов, кислот и др.). Смешанные удобрения получают в результате механического смешивания не менее двух простых удобрений.

В мировой агрохимической практике широкое распространение получила модификация микроэлементами сложных удобрений. Производство сложных удобрений и их модифицированных микроэлементами форм осуществляют на одних и тех же установках. В нашей стране микроэлементами обогащают аммофос, диаммофос, карбоаммофоску, нитродиаммофос, нитроаммофоску, нитрофоску и др. Содержание микроэлементов в этих удобрениях колеблется в зависимости от технологии изготовления в следующих пределах: марганец 1-3%, цинк 0,3-0,8, медь 0,6-0,9, кобальт около 0,1, бор 0,2-0,5%. Дозы этих удобрений рассчитываются главным образом с учетом содержания в них и в почвах макроэлементов.

Эффективно применение микроэлементов в составе жидких удобрений, в том числе и комплексных (ЖКУ). Производство ЖКУ считается перспективной отраслью туковой промышленности развитых стран. Обычно эти комплексные удобрения практически не содержат вредных примесей (мышьяка, фтора, хлора, тяжелых металлов). В состав ЖКУ вводят кроме основных элементов питания и микроэлементов витамины, аминокислоты, стимуляторы роста, хелатирующие агенты и другие биологически активные соединения. В качестве базовых растворов ЖКУ широко применяют растворы полифосфата аммония, карбамидно-аммиачной смеси, а также смесей азотных, фосфорных и калийных удобрений. Растворимость соединений микроэлементов в орто- и полифосфатных растворах повышается с увеличением содержания в растворе полифосфатов. Содержание суммы микроэлементов в таких растворах достигает 3,5%. В базовых растворах микроэлементы образуют с полифосфатами аммония комплексы различного состава, оказывающие влияние на температуру растворов и их вязкость. Повышенная вязкость растворов может осложнять их использование для проведения подкормок. За рубежом микроэлементы добавляют преимущественно в форме хелатов. В технологиях по производству суспензий применяют суспендирующие добавки: бентонит, силикатную глину, лигносульфоновые кислоты, поливиниловый спирт и др. При производстве ЖКУ необходимо учитывать растворимость их компонентов в смесях.

Специальные

Для предотвращения вымывания микроэлементов из корнеобитаемого слоя почвы и оптимизации минерального питания растений кроме различных отходов производства применяются специальные удобрения с замедленной растворимостью соединений микроэлементов. Специальные микроудобрения пролонгированного действия получают в технологическом цикле с использованием стекловидных и аморфных веществ, а также субстратов с ионообменными свойствами. Широко распространена технология изготовления медленнодействующих микроудобрений путем плавления исходных компонентов и образования стекловидных веществ. В зарубежной практике эти удобрения называются фриттами. Для получения фриттов соединения микроэлементов (соли, оксиды, гидроксиды), фосфаты щелочных или щелочноземельных металлов, кремнезем и другие соединения подвергают термической обработке при температуре 1000-1300 °С. Полученный сплав быстро охлаждают и измельчают до размеров частиц 0,15-0,2 мм. Разработана также технология получения стекловидного фосфорного удобрения, обогащенного микроэлементами (Mn, Zn). Этот способ основан на совместном плавлении аппатитового концентрата и отходов, содержащих микроэлементы. Продукт реакции содержит метафосфаты микроэлементов, растворимые в лимонной кислоте (1-2%). Стекловидные формы микроудобрения могут эффективно действовать в течение нескольких лет.

Разработаны формы микроудобрений на основе ионообменных смол. Последние представляют собой органические полимеры, функциональные группы которых участвуют в ионообменных реакциях. Структура ионитов преимущественно гелеобразная, но производят и пористые иониты. Промышленность многих стран выпускает ионообменные смолы с несколькими типами ионообменных групп (катиониты и аниониты). Ионитный субстрат насыщают солями элементов питания в динамических условиях. Для снижения себестоимости ионитных удобрений разработаны методы синтеза полимерной основу путем поликонденсации лигносульфоновых кислот и других отходов целлюлозо-бумажной промышленности (катионит КС-1). Отдельные микроэлементы или их композиции вводят в катионит в виде растворов солей по специальной технологии. Готовая форма микроудобрения содержит 10 ±5% микроэлементов. Микроудобрения на полимерной основе обладают высокой агрономической ценностью. Они плохо растворимы в воде, а высвобождение микроэлементов из них происходит путем ионного обмена в течение нескольких лет.

Значительная продолжительность действия микроудобрений отмечается в случае применения фосфорных соединений микроэлементов. В настоящее время используют аммонийные фосфаты марганца, цинка, меди, кобальта, а также фосфаты бора. Разработаны способы получения удобрений на основе гидрофосфатов микроэлементов, содержание которых можно регулировать в широком диапазоне, изменяя реакцию среды и соотношение исходных компонентов в технологическом цикле.

Уменьшению растворимости соединений микроэлементов способствует также изготовление формованных удобрений с помощью прессования, экструдирования, кристаллизации перенасыщенных растворов. Прессование заключается в уплотнении порошкообразных веществ, что сопровождается уменьшением их растворимости в результате уменьшения площади наружной и капиллярной поверхностей. В качестве исходных компонентов для производства используют суперфосфат, карбамид, соли микроэлементов и другие соединения. В зависимости от свойств компонентов в состав шихты могут дополнительно вводиться связующие вещества и наполнители. Прессованные удобрения выпускаются в широком ассортименте в форме таблеток и цилиндрических стержней. Экструдирование основано на смешивании соединений элементов питания с различными связующими добавками. В качестве последних используют поливиниловый спирт, мочевино-формальдегид, гидроксид силиката алюминия, ангидрид малеиновой кислоты, винилацетат и другие вещества. В зависимости от технологии смесь подвергают нагреванию при температуре 100-200 °С. Таким способом получают удобрения в форме цилиндрических стержней. Недостаток экструдирования состоит в необходимости нагрева реагентов, что делает невозможным введение в состав удобрения различных биологически активных соединений органической природы.

Микроэлементы-примеси

В качестве примесей микроэлементы могут содержаться как в минеральных, так и в органических удобрениях. Содержание микроэлементов в минеральных удобрениях зависит от состава сырья и технологии его переработки. Фосфорные удобрения в наибольшей степени обогащены примесями микроэлементов (табл. 7. 2). В виде примесей в туках больше всего содержится марганца и цинка, несколько меньше меди и кобальта, мало молибдена и бора.

Таблица 7.2 Среднее содержание микроэлементов в виде примесей в минеральных удобрениях и мелиорантах, мг/кг [модифицировано по: Анспок, 1990]
Удобрения В Мо Zn Сn Со Мn
Фосфоритная мука
месторождение Кингисеппа Не обнаружено 9,9 2,1 1,4 22,5
месторождение Каратау » » Не обнаружено 30,6 550,0
Суперфосфат » » 0,4 2,0 0,7 134,8
Суперфосфат двойной » » 109,0 8,0 Не обн. 34,0
Калийная соль (сырая) 8,4 10,0 0,3 10,0 1,3 42,2
Калий хлористый Не обн. 0,2 10,0 5,0 1,0 5,0
Аммиачная селитра 0,2 0,1 0,6 Не обнаружено
Аммония сульфат 6,4 0,1 15,0 9,01 125,0 1,0
Натриевая селитра 0,4 0,1 8,0 Не обнаружено 25,9
Аммофос Не обн. Следы 14,5 2,9 Следы 37,0
Мочевина Следы Не обн. 1,3 0,9 0,7 Следы
Комплексные NPK-удобрения Не обн. » 123,0 34,0 Не обн. 138,0
Известковые материалы 4,0 0,3 20,0 10,0 1,6 100,0

Содержание микроэлементов в органических удобрениях также зависит от их вида. Здесь приведены усредненные значения количества микроэлементов, привносимого с подстилочным навозом (табл. 7.3). Ежегодное внесение свежего навоза в дозах от 20 до 40 т/га позволяет возместить потери микроэлементов из почвы вследствие их выноса злаковыми травами, кукурузой, бобовыми и зернобобовыми культурами.

Таблица 7.3 Содержание микроэлементов в подстилочном навозе с влажностью 75% [по: Минеев, 1984]
Микроэлемент Содержание, г/20 т
Минимальное Максимальное Среднее
В 22,5 260,0 101,0
Мn 375,0 2745,0 1005,5
Со 1,25 23,5 5,2
Сu 38,0 204,0 78,0
Zn 215,0 1235,0 481,0
Мо 4,2 20,9 10,3

В макроудобрениях (органических и минеральных) содержится какое-то количество микроэлементов, однако его не всегда достаточно, чтобы обеспечить положительный баланс микроэлементов в агроценозе. Это может быть обусловлено не только относительно низким содержанием в удобрениях микроэлементов, но и нерастворимыми формами последних. Низкая подвижность отмечена для целого ряда примесей, содержащихся в минеральных удобрениях. В торфе некоторые микроэлементы (например, Си) содержатся главным образом в виде слабо растворимых в воде органических соединений. Поэтому использование таких форм микроэлементов растениями во многом определяется степенью минерализации органического вещества.

7.2. Способы применения

Технологии применения микро- и макроудобрений существенно отличаются между собой. Дозы микроудобрений во много раз меньше, чем дозы макроудобрений, что обусловливает высокие требования к точности дозирования и равномерности внесения микроэлементов. Наиболее широкое распространение получили внесение микроэлементов в почву, некорневые подкормки и предпосевная обработка семян.

Внесение в почву. Этот способ применяют для радикального повышения содержания микроэлементов в почвах на протяжении всего периода вегетации растений. При внесении микроудобрений в почву могут наблюдаться отрицательные эффекты, обусловленные образованием труднорастворимых форм микроэлементов и их вымыванием за пределы корнеобитаемого слоя. В связи с этим не рекомендуется использовать дорогостоящие растворимые формы микроэлементов, особенно для внесения в почву с осени. В этом случае обычно используют различные макроудобрения, модифицированные микроэлементами, а также труднорастворимые промышленные отходы и специальные удобрения пролонгированного действия.

Необходимо исключить возможность избыточного внесения микроудобрений в почву. Превышение предельно допустимых концентраций микроэлементов в почве, особенно микроэлементов, относящихся к группе тяжелых металлов, экологически опасно, так как приводит к загрязнению почв, природных вод, сельскохозяйственной продукции.

Предпосевная обработка семян. Один из наиболее распространенных способов использования микроудобрений. Он технологичен, позволяет экономично расходовать микроудобрения и совмещать их внесение в почву с посевом семян. Кроме того, такая обработка способствует оптимизации питания микроэлементами растений на самых ранних этапах их развития. Обработку семян растений микроэлементами (табл. 7.4 ) сочетают с применением пленкообразующих веществ, протравителей, регуляторов роста. Такой прием называется инкрустацией семян. В качестве пленкообразователей применяют 2%-ный водный раствор натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (NaKMЦ) и 5%-ный раствор поливинилового спирта (ПВС). Расход пленкообразователей составляет от 1 до 2,5% массы семян. Полимерная пленка пропускает воду и позволяет прочно удерживать химикаты на поверхности семени. Инкрустация семян проводится заблаговременно или непосредственно перед посевом.

Таблица 7.4 Дозы солей микроэлементов для инкрустации семян (по: Чумаченко и др., 1991]
Соль микроэлемента Культура Доза, г д. в. /т семян
Цинк сернокислый Кукуруза, пшеница, рожь, овес, ячмень, горох, бобы 150-200
Борная кислота Кукуруза, горох, бобы, лен 20-40
Марганец сернокислый Кукуруза, пшеница, рожь, ячмень 80-140
Медь сернокислая Пшеница, ячмень, кукуруза, бобы, горох 170-200
Молибденовокислый аммоний Кукуруза, соя, бобы, горох 160-250
Кобальт сернокислый Кукуруза, горох, бобы, вика 70-80

Прим. Д. в. — действующее вещество.

Вместе с тем критерии необходимости предпосевной обработки семян микроэлементами еще недостаточно разработаны. В настоящее время при осуществлении этой процедуры практически не учитывается содержание в семенах микроэлементов и особенности их утилизации в период формирования проростка.

Некорневые подкормки. Проводят в основном при визуальном обнаружении у растений признаков дефицита микроэлементов. Этот способ позволяет оперативно корректировать питание растений микроэлементами и избежать негативных последствий внесения микроудобрений в почву. Специфика утилизации растением химикатов при некорневых подкормках во многом определяется структурой листа.

Первой и наиболее существенной преградой на пути проникновения химикатов в растение выступает кутикула. Она представляет собой липидную пленку и выполняет защитную функцию. Кутикулярные липиды синтезируются в эпидермальных клетках, распределяются на поверхности кутикулы (эпикутикулярные липиды) и внутри полимерного матрикса (интракутикулярные липиды), ориентированы перпендикулярно к поверхности. Верхний слой кутикулы — основное препятствие, лимитирующее поступление химических соединений в растение, составляет менее 10% ее толщины. Начальная скорость десорбции химиката, например 2,4-Д, с внутренней поверхности кутикулы может превышать этот показатель с внешней стороны в шесть раз. Следовательно, кутикула асимметрична: в поперечном направлении отмечается значительный градиент ее проницаемости. На поверхности листа наиболее высокопроницаемые участки кутикулы локализованы над устьицами и у основания волосков.

На основании структуры кутикулы выдвинута гипотеза транскутикулярного переноса химических соединений, где разделяются пути проникновения липофильных и полярных молекул. В связи с липофильностью кутикулярной мембраны ее барьерная функция в отношении растворимых в липидах молекул выражена слабо. В кутикуле не обнаружено проницаемых для воды и водорастворимых соединений пор. Поэтому в качестве альтернативного пути транскутикулярного переноса (для воды и растворенных в ней веществ) рассматривают дефекты в кутикуле, вызванные кристаллизацией липидов. Кристаллизация кутикулярных липидов происходит при обычных температурах роста и развития растений, а количество дефектов в кутикуле обратно пропорционально размерам кристаллов. Гипотеза, связывающая проницаемость эпидермиса для химических соединений с экгодесмами, не подтверждена. В настоящее время эктодесмы относят к артефактам.

Диффузия экзогенного раствора капли через кутикулу описана в 1980 г. Г. Хартли и И. Грахам-Брисом:

где Р — проницаемость кутикулы; t — время; V — объем капли; А — поверхность кутикулы под каплей; С0 — начальная концентрация вещества в капле (t= 0); С1, — концентрация вещества в капле при t > 0. Из этого уравнения вычисляется время, необходимое для проникновения в лист половины растворенного в капле вещества (t1/2). При С10 = 0,5 уравнение принимает, по Ж. Шёнхеру и М. Ридеру (1989), вид t1/2 = (0, 693/Р) V/А.

Если капля — полусфера, то V/А = 2r/3, где r — радиус капли. Значит, наиболее быстрое поглощение листьями растворов происходит при минимальных размерах капли. Следовательно, использование при некорневых подкормках концентрированных рабочих растворов и их аэрозолей способствует ускоренному проникновению химических соединений в лист, при этом снижается вероятность негативного действия неконтролируемых природных условий (температуры, влажности воздуха, ветра, осалков и т. д.).

Кутикула — не единственный барьер, препятствующий поступлению химикатов в лист. Для проникновения в цитоплазму близлежащих клеток вещество преодолевает сопротивление (R) клеточных стенок и плазмалеммы эпидермы. В общем виде составляющие сопротивления мембраны связаны, по Ж. Шёнхеру и М. Ридеру (1989), уравнением:

R = ICM/(KCMDCM) + ICW/DCW + IPL/(KPLDPL

где I — толщина мембраны; К — коэффициент распределения химиката; D — коэффициент диффузии; СМ — кутикулярная мембрана, CW — клеточная стенка, PL — плазмалемма. С увеличением толщины мембран и уменьшением их проницаемости сопротивление покровов листа трансмембранному переносу химических веществ возрастает. Тем не менее наибольший вклад в сопротивление вносит кутикула.

Как и большая часть биологических мембран, покровы листа заряжены отрицательно. Фиксированный отрицательный заряд кутикулы обнаруживается при pH > 3. Отрицательно заряженные функциональные группы способствуют перемещению катионов металлов из наружного раствора в клетку по градиенту электрохимического потенциала. Связывание ионов металлов клеточными структурами растения происходит за счет сил электростатического взаимодействия и по типу хелатирования. Устойчивость связей зависит от природы металла, в частности от его координационных свойств.


Основные факторы, определяющие эффективность некоректных подкормок растений соединениями железа [по: Битюцкий, Кащенко, 1996]

Использование хелатирующих веществ наиболее целесообразно при проведении некорневых подкормок соединениями железа. Основные принципы применения Fe-хелатов для борьбы с хлорозом изложены выше (см. 5.2.2). На эффективность некорневых подкормок растений соединениями железа влияют многие факторы (рисунок). Фотохимические реакции играют определяющую роль в усвоении листьями хелатов железа. Поэтому в отличие от корневого при некорневом питании к главным свойствам биологически активных форм соединений железа кроме растворимости в воде относят их фотохимическую активность.

Поделиться:

Дополнительные материалы по теме: