«Вторая весна» ЖКУ

В последние годы на рынке Украины наметилась тенденция все возрастающей популярности жидких удобрений. В первую очередь это касается азотных удобрений, таких как КАС и жидкий аммиак. Однако жидкие комплексные удобрение (ЖКУ) также переживают свою «вторую весну». Сильно утратив популярность в постсоветское время, ЖКУ снова привлекают внимание как аграриев, так и трейдеров. Есть ли у них шанс закрепиться на рынке и в технологиях украинских аграриев – об этом данная статья.

Жидкие удобрения достаточно популярны в мире: в США на долю жидкого аммиака приходится до 52% всех азотных удобрений, 22% комплексных используются в жидком виде. Второе место в мире по уровню потребления жидких удобрений занимает Канада. В Европе жидкие удобрения менее популярны, причиной чему является значительно меньший размер полей и хозяйств, а также слабое развитие инфраструктуры для их хранения и внесения.

Особенного развития жидкие комплексные удобрения достигли после второй мировой войны. Движущими силами развития их индустрии стали синтез суперфосфорной кислоты, производственно-технологические инновации и разработка суспендированных удобрений. Последние «набирали обороты» с наибольшей скоростью: в 1974 на долю суспендированных ЖКУ приходилось 25% всех жидких удобрений, а в 1984 году — уже до 40%. Однако, в последующие годы их популярность значительно снизилась, уступая место чистым растворам.

Наряду с повышением содержания элементов питания, одновременно развивалась техника для хранения и внесения жидких удобрений. Значительные научные разработки в этой области способствовали быстрому росту рынка жидких удобрений.

Среди жидких комплексных удобрений выделяют два основных вида – суспензии и растворы. В растворах вещества полностью растворены в воде, тогда как в суспензии растворены частично, и некоторые компоненты, в частности калий, суспендированы в воде. Суспендирующие агенты (преимущественно глинистые материалы) используются в СЖКУ для удержания последних от выпадения в осадок. Жидкие удобрения в виде растворов могут храниться достаточно длительное время, тогда как суспензии вносят на протяжении короткого периода после смешивания.

Суспендированные ЖКУ сочетают в себе преимущества твердых и жидких удобрений – высокое содержание элементов питания и возможность приготовления смесей с разными соотношениями питательных веществ. Общее содержание элементов питания в СЖКУ может превышать 40% при разном соотношении элементов питания, но такие удобрения имеют менее привлекательные физические свойства.

Существуют также ограничения по смешиванию СЖКУ с пестицидами. Некоторые контактные гербициды, например паракват, дезактивируются в суспензии, взаимодействуя с негативно заряженными глинистыми частичками. В этом случае рекомендуется использовать суспендирующие агенты, не содержащие негативных зарядов (например, ксантановая камедь), хотя они как правило являются более дорогостоящими.

В последнее время суспензии становятся все более популярными в странах Северной Америки. Основными преимуществами их является более низкая по сравнению с растворами цена составляющих, возможность присутствия в составе нерастворимых примесей, что делает их конкурентоспособными по сравнению с твердыми удобрениями. Выбор в пользу суспендированных жидких удобрений делается в случае, если необходимо внесение высоких норм калийного компонента. Для СЖКУ не существует определенной линейки марок, поскольку появляется возможность их приготовления с широким диапазоном содержания основных элементов питания.

Жидкие фосфорсодержащие удобрения производят в двух основных формах: на основе ортофосфата аммония и полифосфата аммония. Различие между разными ЖКУ состоит в марке фосфорной кислоты, используемой в процессе производства. Большинство фосфорной кислоты для жидких удобрений производится мокрым методом (экстракционная фосфорная кислота), при котором измельченная фосфоритная руда обрабатывается кислотами. Но некоторые ЖКУ производят на основе фосфорной кислоты, произведенной сухим методом – термическая фосфорная кислота (она является химически более чистой, с меньшим количеством примесей, но и цена на нее выше). Полифосфаты производят путем конденсации ортофосфорной кислоты, полученной обоими методами (чаще первым).

При производстве ЖКУ на основе ортофосфорной кислоты суммарное содержание основных элементов питания редко превышает 30%, так как в более концентрированных растворах при низких температурах происходит кристаллизация солей и выпадение их в осадок. С экономической точки зрения такая концентрация является низкой. При производстве на основе полифосфорной кислоты возможно достичь более высокой концентрации элементов питания.

Введение в состав ЖКУ калийного компонента является основным «лимитирующим фактором», поскольку хлорид калия имеет низкую растворимость и при его введении в состав значительно снижается содержание всех элементов питания. ЖКУ как правило имеют низкое содержание калия (сложно добиться содержания выше 11% К2О, часто встречаемая концентрация 9% — наиболее целесообразна для производства). Поэтому калийные удобрения рекомендуется вносить отдельно. Более высокого содержания калия можно добиться при приготовлении суспендированных удобрений.

К основным преимуществам ЖКУ относят следующие: (1) в сравнении с жидкими азотными удобрениями не содержат свободного аммиака, поэтому могут транспортироваться и храниться в негерметичной таре; (2) могут быть внесены на поверхность почвы без необходимости в немедленной заделке; (3) в сравнении с твердыми удобрениями более равномерно распределяются по поверхности поля; (4) равномерность состава: каждая капля жидкого удобрения имеет одинаковый состав; (5) работы с ЖКУ полностью механизированы, ниже стоимость операций по хранению, внесению в почву и погрузочно-разгрузочных работ, а также при транспортировке; (6) потери при перегрузке и хранении не превышают 1%, тогда как для твердых удобрений этот показатель составляет 10-15% и более; (6) как правило, меньше возможность хищения; (7) при необходимости в их состав могут вводиться другие компоненты (микроэлементы, регуляторы роста, пестициды), при этом добавочные компоненты распределяются во всем удобрении, что позволяет их внести наиболее равномерно; (8) ЖКУ не ядовиты и не взрывоопасны; (9) присутствующие сегодня на рынке сеялки достаточно легко адаптируются под внесение жидких удобрений при посеве; (10) себестоимость ЖКУ ниже, чем твердых удобрений (в процессе их производства исключатся энергоемкие и затратные технологические стадии гранулирования, сушки, пылеулавливания и др.).

Вносить ЖКУ следует теми же способами, что и твердые удобрения: сплошным распределением по поверхности почвы перед вспашкой и культивацией, локально при посеве, в корневые и внекорневые подкормки сельскохозяйственных культур; также перспективно внесение ЖКУ в системе фертигации. ЖКУ могут быть использованы и для капсулирования и дражирования семян, их предпосевной обработки.

Внекорневая подкормка ЖКУ актуальна в условиях поздней и холодной весны, когда поглощение растениями фосфора из почвы усложнено. При этом, к удобрению могут быть при необходимости добавлены микроэлементы, регуляторы роста, пестициды или микробные препараты. На озимых зерновых внекорневые подкормки ЖКУ рекомендуются в фазу кущения до выхода в трубку, особенно если с осени фосфора было внесено мало.

Суспендированные ЖКУ вносят преимущественно сплошным методом на поверхность почвы перед ее обработкой.

Жидкие или твердые: что выбрать?

Очень часто основным преимуществом ЖКУ называют наличие в нем влаги, которая якобы в засушливых условиях оказывается «золотым ключиком», открывающим двери в лучшее поглощение элементов питания из удобрения. На самом деле, количество воды, присутствующее в жидком удобрении, несравнимо с той водой, которая уже присутствует в любой почве. Если удобрение вносится в очень сухую почву, жидкое удобрение не останется в растворе, а твердое удобрение не растворится. Если почва оптимально увлажнена, тогда жидкое удобрение останется в растворенном виде, а твердое удобрение растворится и тоже перейдет в растворенное состояние. Поэтому не совсем корректно говорить о том, что жидкое удобрение имеет какое-то преимущество благодаря присутствию в его составе воды. Таким образом, даже в засушливые годы принципиальной разницы между жидкими и твердыми удобрениями по доступности фосфора, как правило, не существует.

В данном случае преимуществом можно назвать то, что при внесении в почву ЖКУ достигается более равномерное распределение элементов питания в определенном слое почвы, нежели при внесении гранулированного удобрения. Поскольку фосфор обладает очень низкой подвижностью в почве, то при внесении твердых удобрений доступный фосфор локализируется вблизи гранулы, и растения смогут поглотить его только тогда, когда корни достигнут зоны высвобождения элемента.

Низкий уровень растворения гранулированных удобрений является лимитирующим фактором, ответственным за их часто невысокую эффективность. Исследования с меченым фосфором показали, что существуют определенные проблемы с нормальным растворением гранулированных удобрений в карбонатных почвах. Жидкие формы удобрений диффундируют на большее расстояние от места внесения, в результате чего они более доступны по сравнению с твердыми.

Более детальное исследование (CSIRO Land and Water and SARDI, 2002) показало, что при инкубации гранулированного аммофоса (МАР) очень малое количество Р диффундировало в окружающую почву, при этом катионы почвенного раствора (Ca, Mg, Al, Si, Fe) быстро проникали в гранулу, что в результате приводило к быстрой ретроградации фосфора уже в грануле. Это поясняет более высокую эффективность жидких форм фосфорных удобрений в карбонатных почвах .

жку

Количество фосфора в различных секторах почвы вдали от гранулы аммофоса и зоны аппликации ЖКУ на основе моноаммонойфосфата, внесенных в одинаковых нормах Р в серую карбонатную почву (CSIRO Land and Water and SARDI, 2002).

Также данное исследование показало значительное различие в концентрации фосфора на разном удалении от зоны внесения жидких и гранулированных фосфорных удобрений. При внесении гранулированного аммофоса (МАР) большинство фосфора концентрировалось в ближайшей к грануле зоне почвы. Внесение жидкой формы аммофоса способствовало тому, что больше фосфора диффундировало в зону, дальше от места внесения удобрения.

В Канзасском университете (Dr. Hettiarachchi et al., 2012) были проведены исследования взаимодействия фосфора из твердых и жидких удобрений с почвой при внесении в системе минимальной обработки. Удобрения в виде гранулированного и жидкого аммофоса (МАР) вносили вразброс на поверхность почвы и локально лентами (на глубину 10 см). В результате было доказано, что по прошествии полугода наибольшее количество фосфора остается в потенциально доступном состоянии (Са-фосфаты) при локальном внесении жидкого МАР. В остальных вариантах фосфор трансформировался преимущественно в малодоступные соединения (Al- и Fe-фосфаты). Поверхностное внесение фосфорных удобрений в системе минимальной обработки почвы приводит к аккумуляции фосфора в верхнем 0-5 см слое почвы и снижению содержания доступного фосфора ниже по профилю.

Между тем, многочисленными исследованиями было доказано, что само поглощение фосфора из удобрений не зависит от того, в жидкой или твердой форме они были внесены. Большее влияние на поглощение фосфора имеют такие факторы, как способ внесения, особенности культуры, уровень почвенного фосфора и климатические условия.

В большинстве случаев вопрос выбора сухих или жидких удобрений должен решаться исходя из цены на элементы питания, возможности транспортировки и хранения, технологической практики хозяйства. Значительной агрономической разницы в этих типах удобрений нет. Большинство жидких удобрений содержат элементы в той же форме, что и твердые. Эффективность жидких удобрений определяется способом их внесения.

Главным преимуществом жидких удобрений по сравнению с твердыми является возможность приготовления специфических смесей, при этом смесь оказывается гомогенной по составу. При смешивании твердых удобрений достичь такой равномерности невозможно, поскольку это зависит от однородности размера частичек отдельных компонентов.

Ортофосфаты VS. Полифосфаты

Основные фосфорные удобрения в настоящее время представлены в виде солей ортофосфорной и полифосфорных кислот. Фосфорные удобрения на основе ортофосфорной кислоты – это в основном твердые удобрения, а полифосфорной – жидкие.

Безымянный

Полифосфаты объединяют все соединения, в которых присутствуют два и более остатка ортофосфорной кислоты (пирофосфаты, трифосфаты, тетрафосфаты, пентафосфаты, гексафосфаты и т.д.).

Производство полифосфатов аммония базируется на реакции суперфосфорной кислоты, произведенной преимущественно из экстракционной Н3РО4, с безводным аммиаком при температуре 310-370°C; при этом содержание полифосфатов в растворе достигает 70-75%. После этого плав быстро охлаждается, растворяется водой и далее нейтрализуется аммиаком для поддержания высокого содержания полифосфатов в удобрении.

В почве полимерные цепи полифосфатов разрушаются до простых молекул ортофосфатов под влиянием ферментов, продуцируемых микроорганизмами почвы и корнями растений (пирофосфатазы). Некоторые полифосфаты могут разрушаться и в результате неферментативных реакций.

Энзиматическая активность почвы тем выше, чем лучше условия для жизнедеятельности микрофлоры: влажность, температура. В большинстве случаев половина полифосфатов превращается в ортофосфаты в течении 1-2 недель, но в условиях холодной и сухой почвы этот процесс может занять больше времени. Хотя другие авторы указывают на значительно меньшие сроки гидролиза полифосфатов до ортофосфатов – всего несколько дней.

Гидролиз полифосфатов в ортофосфаты зависит от свойств почвы. Gilliam and Sample (1986) определили, что гидролиз проходит быстрее на легких почвах, нежели на тяжелых. Гидролиз повышался с повышением температуры (Dick and Tabatabai, 1986), проходил быстрее на кислых почвах, нежели на щелочных (Blancher, Hossner, 1969; Subba-Rao, Ellis, 1975), а затопление почвы способствовало процессу гидролиза полифосфатов (Hossner, Phillips, 1971).

На рынке полифосфаты чаще всего предлагаются в виде жидкого полифосфата аммония. Поскольку вода извлекается при термической обработке ортофосфорной кислоты, такие продукты имеют более высокую концентрацию по сравнению с жидкими удобрениями на основе ортофосфатов. Также преимуществами ЖКУ на основе полифосфатов является большее удобство при транспортировке и хранении, а также возможность добавлять в них другие компоненты, что часто невозможно с жидкими ортофосфатами.

Полифосфаты предлагаются в виде двух основных марок: 10-34-0 и 11-37-0. На американском рынке чаще всего встречается первая марка, на украинском – вторая. Эти две марки отличаются только по плотности (1,396 и 1,426 г/см3), температуре кристаллизации (-17,8 и 0оС) и содержанию воды. Оба удобрения содержат 65-75% фосфора в виде полифосфатов и имеют рН 5,8-6,2.

Основными указываемыми преимуществами использования удобрений на основе полифосфорной кислоты являются большая доступность и мобильность фосфора этих удобрений в почве, а также то, что эти удобрения способствуют повышению доступности микроэлементов растениям.

К практическим преимуществам полифосфатов можно отнести следующее:

  • Полифосфаты являются базисным удобрением для получения тройных ЖКУ различного состава. Производят их методом холодного смешивания, добавляя карбамид, аммиачную селитру или калий хлористый. При смешивании необходимо руководствоваться таблицами смешивания, а также предварительно лучше провести тест на смешиваемость, поскольку возможна кристаллизация и выпадение осадка.
  • Преимуществом полифосфатов является возможность приготовления удобрений с высоким содержанием элементов питания в прозрачной жидкости, стабильной в широком диапазоне температур с возможностью длительного хранения.
  • Полифосфаты образуют с вносимыми совместно микроэлементами комплексные соединения, таким образом, удерживая их в более доступной для растений форме.

Однако, растворимость сульфатов цинка, марганца и меди в полифосфате аммония не высока. Сульфат цинка может быть добавлен в количестве, не превышающем 2% раствора, поскольку грань между жидким раствором и осадком очень невелика; марганец в 10 раз менее растворим в полифосфате аммония. Тогда как хелаты цинка и марганца с ЭДТА могут быть растворены в нем в достаточных концентрациях. Однако в почве полифосфат аммония способен переводить указанные микроэлементы в более доступную форму и высвобождать их из нерастворимых соединений.

Безусловно, хелатированные формы микроэлементов имеют более высокую цену по сравнению с неорганическими формами. Но при выборе нужно иметь ввиду и более высокую эффективность хелатов. Однако в любом случае присутствие микроэлементов в ЖКУ повышает эффективность всех компонентов удобрения.

  • Поскольку полифосфорные удобрения содержат комбинацию из орто- и полифосфатов, то растения способны использовать фосфор более эффективно.

Полифосфаты могут рассматриваться как фосфорные удобрения пролонгированного действия. Непосредственно после внесения растения могут использовать присутствующие в их составе ортофосфаты, полифосфаты же становятся доступными после их разложения в почве. Большинство полифосфатных удобрений содержат от 40 до 60% фосфора в виде ортофосфатов, которых достаточно для обеспечения быстрого ответа растений на внесение.

  • ЖКУ на основе полифосфатов может быть смешан с микробными препаратами при внесении в качестве стартера.

Тем не менее, полевые опыты редко демонстрируют какие-либо преимущества внесения полифосфатов. Большинство опытов по сравнению эффективности орто- и полифосфатов свидетельствует, что внесенные в одинаковой норме, они дают одинаковую прибавку урожайности культур. Связано это с тем, что (Hoeft R.G., Nafziger E.D., et al., 2000):

(1) полифосфаты становятся доступными растениям только после превращения в фосфатную (ортофосфорную) форму, на что требуется всего несколько дней при нормальной почвенной температуре и влажности;

(2) только 10–20 % фосфора удобрений (любых) используется растениями в первый год после их внесения. Хотя некоторые опыты свидетельствуют о более высоком коэффициенте поглощения фосфора из полифосфата по сравнению с ортофосфатами, это мало отражалось на урожайности культур;

(3) используемые фосфорные удобрения на основе полифосфатов обычно содержат до 50 % фосфора в виде ортофосфатов;

(4) в случаях сильного дефицита фосфора в почве полифосфаты не способны в достаточной степени высвобождать недоступные для растений почвенные запасы микроэлементов;

(5) без внесения цинка полифосфаты усиливают его дефицит для растений в большей степени, чем ортофосфаты, а в случае его внесения увеличение урожайности культур на фоне полифосфатов и ортофосфатов одинаково;

(6) мобильность полифосфатов в почве ничуть не выше, чем ортофосфатов.

Поскольку полифосфаты аммония часто производят из фосфорной кислоты, полученной мокрым путем, то в них присутствуют различные сторонние примеси, в частности Fe, Ca, Mg, Al, F, C и др. Эти примеси могут существенным образом влиять на свойства удобрения. Например, присутствие углерода и некоторых металлов влияет на цвет и прозрачность конечного продукта (хотя эти характеристики и не ухудшают качество самого удобрения). Другие примеси, например, магний, со временем могут приводить к выпадению осадка.

На выпадение осадка влияют следующие факторы: содержание полифосфатов, количество примесей, температура хранения, рН продукта, длительность хранения, другие составляющие, добавленные в удобрение (цинк и др.).

Содержание полифосфатов в удобрении – очень важная характеристика, поскольку они не только увеличивают растворимость фосфатов аммония, но также удерживают в растворенном состоянии некоторые металлические примеси, продолжая таким образом срок хранения удобрения. С течением времени полифосфаты гидролизуют, что приводит к ухудшению физических характеристик продукта. Поэтому нужно строго следовать правилам хранения. При неправильном хранении полифосфатов может выпадать серовато-коричневый и белый осадок на дне канистры, образовываться творожистые хлопья и слизкая, волокнистая масса.

Вопрос о сроках и способах внесения полифосфатов должен решаться исходя из тех же критериев, что и использование всех фосфорных удобрений. В связи с высокой способностью фосфора взаимодействовать с компонентами почвенного раствора и переходить в малодоступную для растений форму, удобрения следует вносить с наибольшей доступностью для корней и как можно ближе по срокам к периоду наибольшего потребления растениями.

Полифосфорные удобрения вносят на всех видах почв под все культуры осенью или весной под вспашку, в предпосевную культивацию, при посеве в рядки, в корневую и внекорневую подкормку, а также с поливной водой при орошении.

Наиболее часто полифосфаты аммония вносят как стартерное удобрение и в раннюю подкормку культур, поскольку удобрение имеет идеальное для многих культур соотношение азота и фосфора.

Внекорневые подкормки рекомендуются на озимых культурах в фазу кущения, выхода в трубку. Особенно на полях, не получивших с осени достаточного количества фосфорных удобрений. Применяют в дозах 25-50 л/га, предварительно разбавив удобрение водой.

Полифосфаты оказываются эффективными на карбонатных почвах. Доказано, что полифосфаты способны мобилизировать почвенный фосфор (CSIRO Land and Water and SARDI, 2002). Причиной тому может быть растворение кальцийфосфатов почвы в результате комплексообразования кальция с полифосфатами. Это же может касаться мобилизации некоторых микроэлементов в почве, в частности цинка.

При выращивании на карбонатных почвах анализ растений показывает часто низкую обеспеченность фосфором, хотя при этом почвенный анализ может указывать на достаточный уровень обеспеченности. При этом, несмотря на высокое содержание общего фосфора в карбонатных почвах, они проявляют очень высокую поглощающую способность в отношении внесенного фосфора удобрений. Таким образом, карбонатные почвы являются особенно критичными по отношению к фосфору.

Ортофосфаты, внесенные в почву, достаточно быстро вступают во взаимодействие с компонентами почвенного раствора, превращаясь в малодоступные для растений соединения. Особенно это актуально для почв с высоким рН, на карбонатных и кислых почвах, имеющих высокую способность к ретроградации фосфора. Полифосфаты не вступают в такие реакции в силу своей полимерной структуры, которая и придает им характер удобрения пролонгированного действия.

Щелочные почвы достаточно распространены на планете, на них приходится основная часть сельскохозяйственных земель. Проблемой этих почв является высокая степень фиксации фосфора. Гранулированные фосфорные удобрения быстро ретроградируют в щелочных карбонатных почвах. Поскольку в зоне поблизости гранулы создается высокая концентрация фосфора, он быстро вступает во взаимодействие с иммобилизирующими его катионами.

В отличие от гранулированных фосфорных удобрений, которые прочно фиксируются почвой, полифосфаты аммония не так сильно ретроградируют и даже способны мобилизировать почвенный фосфор в более доступные для растений формы (CSIRO Land and Water and SARDI, 2002). Это достигается в результате реакций комплексации кальция и магния ионами полифосфатов. На карбонатных почвах жидкие фофорсодержащие удобрения проявили себя лучше, нежели аналогичные гранулированные.

Известно, что при внесении содержащих аммоний удобрений при посеве аммиак, выделяющийся при взаимодействии с почвой, может негативно отразиться на прорастании и росте проростков. Сравнительное изучение количества аммиака NH3, выделяемого в почву при внесении разных аммонийсодержащих фосфорных удобрений (Ch. Pairintra, 1973), позволило установить такой ряд по количеству общего аммиака, производимого удобрением в течении 6 дней: UAP (24-42-0) > DAP (18-46-0) > MAP (11-48-0) > APP (15-62-0) с соотношением 18 : 4,5 : 1,5 : 1. В общих чертах эта последовательность характерна для любой почвы, но абсолютные значение увеличиваются по мере увеличения количества карбонатов CaCO3 в почве и при увеличении количества почвенной влаги. При этом, отклик растений пшеницы на внесение разных удобрений повышением урожайности сложился в такой ряд: APP > MAP > DAP > UAP.

На отечественном рынке ЖКУ предлагают российская компания «Фосагро» (ЖКУ 11:37 на основе полифосфатов аммония), суспендированные ЖКУ марок 8:22(10) и 6:24(3) производства ЧАО «Днепровский завод минеральных удобрений» (произведенный на основе аммофоса, диаммофоса и сульфата аммония). Не так давно ООО «НПК «Квадрат» наладила производство собственных ЖКУ марок Квантум-Дифан целого ряда составов, производимых на основе термической ортофосфорной кислоты и рекомендуемых для внесения при посеве и во внекорневые подкормки.

Таким образом, ЖКУ имеют ряд преимуществ, которые позволяют им успешно конкурировать с гранулированными удобрениями. Проблемой широкого внедрения ЖКУ в Украине является в первую очередь высокая цена на них. Из-за отсутствия отечественного производства, Украина практически зависима от импорта, что еще сильнее влияет на ценообразование. Снижение норм внесения ЖКУ до экономически «привлекательного» часто приводит к снижению их эффективности, что также ограничивает широкое применение полифосфатов.

 Инфоиндустрия

эксперт рынка агрохимии Логинова Ирина