ФОСФОРНЫЕ УДОБРЕНИЯ

ФОСФОРНЫЕ УДОБРЕНИЯ, вещества, вносимые в почву для улучшения питания р-ний фосфором. При недостатке фосфора в почве р-ния резко снижают урожай. Фосфор в р-ния поступает через корни. В почве содержится от 0,05 до 0,1% фосфорной кислоты (Р₂О₅). Общие запасы фосфора в пахотном слое колеблются от 1 до 10 т/га, а количество фосфорной кислоты в метровом слое почвы достигает 20 т/га. Однако подавляющее количество фосфора в почве находится в малодоступном для р-ний состоянии, и поэтому, несмотря на сравнительно большие запасы фосфора в почве, р-ния часто не дают высокого урожая, т. к. испытывают недостаток в фосфоре. Внесение в рядки 10 кг/га фосфорной кислоты в виде суперфосфата на фоне 2500 кг/га фосфорной кислоты, имеющейся в пахотном слое почвы, значительно повышает урожай растений.

Запасы усвояемого фосфора в почве можно повысить хорошей обработкой, правильным севооборотом, посевом бобовых р-ний (напр., люпина) на зелёное удобрение, внесением спец. бактериального препарата - фосфоробактерина. Значительно увеличивает запасы усвояемого фосфора в почве и повышает урожай всех культур внесение органических удобрений: навоза (ок. 0,2% Р₂О₅), птичьего помёта (1 - 2% Р₂О₅), фекалий (ок. 0,3% Р₂О₅), жмыха (1 - 3% Р₂О₅) и др. Наряду с этими мероприятиями весьма мощным средством снабжения культурных р-ний усвояемым фосфором служит внесение фосфорных удобрений.

Ф. у. можно разделить на след. группы: 1) природные залежи - фосфориты; 2) искусственные, изготовляемые на заводах из апатитов и фосфоритов - простой и двойной суперфосфат, преципитат, термофосфаты; 3) отходы пром-сти - томасшлак, фосфогипс и др.; 4) костяная мука.

Апатиты (см.) в СССР залегают на Кольском п-ове. По запасам апатита СССР занимает 1-е место в мире. Апатито-нефелиновая руда состоит из двух минералов - фторапатита [3Са₃(PО₄)₂·CaF₂] и нефелина (см.). Фторапатит нерастворим в воде и слабых кислотах и при внесении в почву в необработанном виде р-ниями почти не усваивается. Поэтому апатит, после отделения от него нефелина, используется для изготовления суперфосфата и других фосфорных удобрений.

Залежи фосфоритов расположены в различных местах СССР (напр., вятские в Кировской обл., подольские фосфориты в Винницкой обл., егорьевские - в Московской обл., щигровские - в Курской обл., актюбинские и каратауские - в Казахской ССР и многие др.). По запасам фосфоритов СССР занимает 1-е место в мире. Фосфор в фосфоритах содержится в виде апатита. Фтор м. б. замещён Сl, ОН, СО₃:3Ca₃(PО₄)₂·CaF₂ (Cl, ОН, СО₃). Кроме того, в фосфоритах содержатся след. вещества: углекислый кальций, кварц, полевые шпаты, слюда, глауконит, бурый железняк и др. Количество фосфора в фосфоритах колеблется, достигая 36%.

Из фосфоритов путём тонкого размола изготовляют фосфоритную муку, к-рая используется в пром-сти для изготовления суперфосфата и др. удобрений, а также применяется в качестве непосредственного удобрения под различные культуры. Широко применяется компостирование фосфоритной муки с навозом.

Суперфосфат изготовляют на заводах, обрабатывая кислотами апатитовый концентрат, или фосфоритную муку, или их смеси. Под воздействием кислот фосфорная кислота апатитового концентрата или фосфоритной муки переходит в однозамещённый фосфат кальция - растворимый и вполне доступный р-ниям. Простой суперфосфат обычно изготовляют, обрабатывая сырьё серной кислотой. Схематически реакция серной кислоты с фосфатом в упрощённом виде имеет следующий вид:

Кроме однозамещённого фосфата кальция, растворимого в воде, в состав простого суперфосфата входит гипс (CaSO₄); могут также содержаться примеси песка, глины, соединений железа, алюминия и др. Соединения железа и алюминия в суперфосфате относятся к числу нежелательных примесей, т. к. способствуют переходу однозамещённого фосфата кальция в труднорастворимые формы. Простой суперфосфат, приготовленный из апатитового концентрата, содержит 18 - 20% Р₂O₅. Суперфосфат - весьма ценное и самое распространённое фосфорное удобрение. Он пригоден для всех почв (за исключением сильно кислых) и всех культур.

Для получения более высокопроцентного фосфорного удобрения изготовляют т. н. двойной суперфосфат. Для этого фосфатное сырьё обрабатывают серной кислотой и получают ортофосфорную кислоту по след. схеме:

Раствор фосфорной кислоты (Н₃РO₄) сливают, причём в осадке остаётся гипс и другие нерастворимые части. Раствор фосфорной кислоты сгущают выпариванием и обрабатывают им фосфоритную муку. При этом образуется однозамещённый фосфат кальция без примеси гипса:

Двойной суперфосфат содержит 43 - 46% Р₂O₅, что сильно повышает его транспортабельность. Основное его отличие от простого суперфосфата в том, что он почти не содержит гипса. По действию на р-ния двойной суперфосфат мало отличается от простого.

Преципитат (осаждённый фосфат) содержит от 30 до 38% Р₂O₅. Его главной составной частью является двухзамещённый фосфат - СаНРO₄-2Н₂O. Изготовляют его осаждением ортофосфорной кислоты известковым молоком. Фосфорная кислота получается так же, как и при изготовлении двойного суперфосфата:

Н₃РO₄+Са(ОН)₂=СаНРO₄·2Н₂O.

Преципитат слабо растворим в воде, но хорошо растворим в лимоннокислом аммонии; фосфор его хорошо усваивается р-ниями. По действию на р-ния на почвах, насыщенных основаниями, преципитат не уступает суперфосфату, а на кислых почвах имеет даже нек-рые преимущества перед суперфосфатом. На почвах, ненасыщенных основаниями, преципитат прекрасно усваивается р-ниями и не подкисляет почву.

Весьма удобен преципитат при местном внесении (в лунки под рассадные культуры, под клубни картофеля и т. п.), так как он не оказывает отрицательного действия на р-ния, к-рое иногда сказывается при местном внесении суперфосфата.

Томасшлак представляет собой отход металлургической пром-сти, получаемый при переработке чугуна на железо и сталь. Примеси фосфора к чугуну делают железо и сталь хрупкими. В 1879 инженер Томас предложил способ очищения чугуна от фосфора при помощи извести. При темп-ре 1800 - 2000° фосфор сгорает в фосфорный ангидрид (Р₂O₅), к-рый образует с СаО известковую соль, всплывающую наверх в виде шлака вместе с кремнекислым кальцием и др. примесями, удельный вес к-рых ниже удельного веса железа. Полученный так. обр. шлак сливают и после остывания измельчают в порошок, к-рый и является удобрением, получившим название томасшлак. Его хим. состав изменяется в зависимости от состава чугуна. В состав томасшлака входит окись кальция (СаО) - до 50%, фосфорная кислота от 16 до 20%, железо (закись и окись) 12 - 16%, магний 2 - 4%, марганец 5,6%, кремнекислота 6 - 8% и окись алюминия 1 - 2%. Фосфорная кислота томасшлака на 60 - 70% растворима в слабых кислотах. Томас-шлак обладает щелочной реакцией. Его можно применять на всех почвенных разностях, но особенно хорошо действует он на кислых почвах. В мировой пром-сти Ф. у. томасшлак занимает ок. 25%. Размеры его производства зависят от добычи железа и стали из железных руд с примесью фосфора.

Термофосфатами называются Ф. у., получаемые сплавлением фосфоритной муки или апатита с щелочами при высокой темп-ре. Термофосфаты имеют неопределённый хим. состав; содержание фосфорной кислоты в них, почти растворимой в слабых кислотах, зависит от исходных компонентов и колеблется в пределах от 17 до 25%. По действию на р-ния термофосфаты близки к томасшлаку. Особенно ценны термофосфаты на кислых почвах, где они не только хорошо усваиваются р-ниями, но и сдвигают реакцию почвы с кислого интервала к нейтральному.

Разновидностью термофосфата является фосфатшлак Черникова, к-рый получается в результате сплавления при высокой темп-ре доменных шлаков с фосфоритной мукой или с апатитом и содержит значительное количество усвояемой фосфорной кислоты. В отличие от суперфосфата, термофосфаты имеют не кислую, а щелочную реакцию. Для производства термофосфатов серная кислота не требуется.

Костяная мука изготовляется из костей ж-ных и служит местным источником Ф. у. Костяную муку на удобрение стали применять раньше других Ф. у. В состав костей входит трёхосновной фосфат кальция Са₃(РO₄)₂ (58 - 62%) и магния Mg₃(PO₄)₂ (1 - 2%), а также углекислая Известь СаСO₃ (6 - 7%), органическое вещество, состоящее, гл. обр., из жира и оссеина (25 - 30%); в оссеине содержится 4 - 5% азота. Необработанные (сырые) кости медленно разлагаются в почве. Поэтому перед изготовлением костяной муки из костей бензином извлекают жир, а оссеин разваривают в клей. Оставшуюся минеральную часть костей размалывают в муку.

Фосфор, содержащийся в костяной муке, нерастворим в воде и в слабых кислотах. В качестве непосредственного удобрения костяную муку можно применять только на почвах, ненасыщенных основаниями, т. е. на кислых дерново-подзолистых почвах, выщелоченных чернозёмах и краснозёмах. Из костяной муки можно получать суперфосфат, к-рый раньше и производили из этого сырья.

Ф. у. по их доступности р-ниям разделяются на след. 3 группы: 1) Растворимые фосфаты Са(Н₂РO₄)₂, полностью растворимые в воде, доступные всем р-ниям и пригодные для внесения на всех почвах; сюда относятся простой и двойной суперфосфаты. 2) Полурастворимые фосфаты, нерастворимые в воде, но растворимые в слабых кислотах и лимоннокислом аммонии; они доступны всем р-ниям и применяются на всех почвах, но эффективность их на кислых почвах несколько выше, чем на почвах, насыщенных основаниями. К этой группе относится преципитат, томасшлак, термофосфаты, фосфатшлак Черникова. 3) Нерастворимые фосфаты (апатит, фосфоритная и костяная мука и фосфаты полуторных окислов АlРO₄ и FePO₄).

Апатит непосредственно в качестве удобрения не применяется, т. к. он очень мало доступен р-ниям. Фосфоритная и костяная мука применяются в качестве непосредственного удобрения (на кислых подзолистых почвах и выщелоченных черноземах) и как сырьё для изготовления суперфосфата.

Эффективность фосфоритной муки как удобрения зависит от особенностей самих р-ний, от свойств почв, от природы фосфорита и от сопутствующих удобрений.

Работами П. С. Коссовича, Д. Н. Прянишникова (см.) и его учеников установлено, что способность отдельных р-ний усваивать труднорастворимые фосфаты чрезвычайно различна. Одни р-ния (люпин, горчица, гречиха) используют труднорастворимые фосфаты почти так же, как и легкорастворимые; другие р-ния (лён, просо, клевер, мак, репа и др.) почти не могут усваивать труднорастворимые формы фосфатов. Большая часть р-ний занимает среднее положение между названными группами; такие р-ния используют труднорастворимые фосфаты частично. Способность р-ний усваивать труднорастворимые формы фосфатов изменяется с возрастом. Обычно в 1-й период жизни р-ния очень слабо усваивают труднорастворимые формы фосфатов. В более поздние периоды жизни эта способность резко возрасстает. Так, напр., томаты в начале роста совсем не усваивают фосфора фосфоритной муки, а начиная с бутонизации используют фосфоритную муку так же, как и суперфосфат.

Русский учёный Н. А. Энгельгардт (см.) в 80-х годах прошлого столетия установил, что фосфоритная мука прекрасно действует на кислых дерново-подзолистых почвах. Проф. А. Н. Лебедянцев опытами в 1914 - 22 доказал, что она эффективна и на выщелоченных чернозёмах. Следовательно, фосфоритная мука в качестве непосредственного удобрения м. б. применена на почвах, ненасыщенных основаниями. В таких почвах фосфоритная мука разлагается, причём кальций в трёхкальциевом фосфате замещается на водород. Эта обменная реакция происходит на поверхности частиц, поэтому мука д. б. мелко размолота и хорошо перемешана с почвой.

Мука из аморфных фосфоритов усваивается р-ниями лучше, чем из фосфоритов кристаллического сложения. Существенное влияние на усвоение фосфора из фосфоритной муки оказывают сопутствующие удобрения, применяемые вместе с нею. Одни из них увеличивают, а другие уменьшают доступность фосфора фосфоритной муки. Физиологически кислые удобрения (напр., сернокислый и хлористый аммоний) при совместном внесении с фосфоритной мукой увеличивают растворимость фосфора. При внесении суперфосфата на кислых почвах к нему рекомендуется добавлять фосфоритную муку, что нейтрализует кислотность суперфосфата и повышает растворимость фосфора в фосфоритной муке. Не рекомендуется совместное внесение фосфоритной муки с известью и с удобрениями, содержащими кальций, т. к. при этом понижается доступность фосфора.

При внесении суперфосфата на кислых почвах образуются фосфаты полуторных окислов (АlРO₄ и FePO₄). Они образуются также и в суперфосфате до внесения его в почву, т. к. в фосфоритной муке, из к-рой изготовляют суперфосфат, содержится нек-рое количество железа и алюминия, к-рые реагируют с монофосфатом кальция [Са(Н₂РO₄)₂] и свободной кислотой (Н₃РO₄). Растворимость фосфатов полуторных окислов при реакции среды в пределах рН-4,0-6,5 низкая. При кислой реакции (рН меньше 4) растворимость полуторных окислов возрастает, но в этом случае р-ния использовать их не могут, т. к. кислая реакция, а также железо и алюминий действуют на р-ния отрицательно. При щелочной реакции почвы фосфаты полуторных окислов подвергаются гидролизу, в результате чего фосфорная кислота освобождается, с кальцием даёт соли фосфата кальция и лучше используется растениями. Усвояемость фосфорной кислоты полуторных окислов низкая. Особенно плохо усваивают р-ния фосфорную кислоту из фосфатов железа. В отличие от фосфоритной муки, фосфаты полуторных окислов на кислых почвах используются р-ниями хуже, чем на почвах, насыщенных основаниями.

Сроки и способы внесения Ф. у. и заделки их в почву зависят не только от почвенных разностей и требований р-ний, но и от свойств самих удобрений; так, фосфоритную муку следует вносить с таким расчётом, чтобы она хорошо прореагировала с почвой. С этой целью её необходимо применять в тонко измельчённом состоянии, вносить заблаговременно, заделывать глубоко и тщательно перемешивать с почвой. При мелкой заделке фосфоритная мука не эффективна, т. к. в воде она нерастворима и будет находиться вне зоны корневой системы, в верхнем пересохшем слое почвы. По тем же причинам непригодна фосфоритная мука и для подкормки р-ний, в особенности при поверхностном внесении и при мелкой заделке. Не рекомендуется фосфоритная мука и для внесения в рядки, т. к. при этом контакт удобрений с почвой ограничен, а р-ния в 1-й период их жизни обычно плохо усваивают труднорастворимые фосфаты. При внесении суперфосфата, наоборот, надо стремиться к тому, чтобы уменьшить его контакт с почвой, т. к. при взаимодействии суперфосфата с почвой доступность содержащегося в нём фосфора понижается. Поэтому суперфосфат лучше применять в гранулированном виде, т. к. это повышает его эффективность примерно в 1¹/₂ раза. Гранулированный суперфосфат в первую очередь следует применять в качестве рядкового удобрения в дозе 0,5 - 0,75 ц/га, т. к. при внесении в рядки он даёт высокий эффект. При применении суперфосфата в качестве основного удобрения его вносят в дозе 2,5 - 4 ц/га под глубокую пахоту, где он во влажном слое полнее используется растениями. Суперфосфат вносится под культивацию на лёгких почвах. При применении суперфосфата в подкормку его вносят растениепитателем в зону расположения корней.

О дозах Ф. у. под отдельные с.-х. культуры см. соответствующие статьи. См. также Система удобрений и Удобрения.

Н. Авдонин

Литература - см. Удобрения, Фосфор.

Источники:

1. Сельскохозяйственная энциклопедия. Т. 5 (Т - Я)/ Ред. коллегия: П. П. Лобанов (глав ред) [и др.]. Издание третье, переработанное - М., Государственное издательство сельскохозяйственной литературы, М. 1956, с. 663