«Умные» клешни

11.02.2016

Поділитися:

Сегодня уже никого не нужно убеждать в том, что для нормального роста растений и для получения высокого урожая любой культуры необходимо вносить не только макро-, но и микроэлементы. Правда, в отличие от первых, эффективность микроэлементов более зависима от правильности менеджмента, равно как и от источника элементов. Микроудобрения значительно разнятся и за физическим состоянием, и за химической активностью, и за ценой, и за доступностью для растений. Сегодня хелаты играют роль «первой скрипки», занимая до 80% рынка микроудобрений.

Выделяют четыре основных класса микроудобрений: (1) неорганические соединения; (2) фриты; (3) синтетические хелаты и (4) органические комплексы. В последнее время в пятую группу выделяются микроудобрения, произведенные с использованием достижений нанотехнологии.
Неорганические соединения чаще всего представлены солями металлов (преимущественно сульфатами, а также хлоридами и нитратами). Сульфоаммиакаты часто используют для смешивания с ЖКУ на основе полифосфатов. Кроме того, на рынке присутствуют оксиды (марганца и цинка), нерастворимые в воде и рекомендуемые для почвенного внесения. Различные побочные продукты (отходы) промышленности в нашей стране утратили свою популярность, поскольку содержат микроэлементы в малодоступной форме, огромное количество примесей (часто токсичных), а их эффективность очень варьирует в зависимости от условий внесения.
В целом, неорганические соединения, как правило, являются наиболее дешевым источником микроэлементов, но их эффективность проявляется далеко не всегда.
Фритты – удобрения в виде сплавов стекла или керамики с микроэлементами, являются почвенными микроудобрениями пролонгированного действия. Разработками фриттов в нашей стране активно занимались в советское время, сегодня же они не представляют особого интереса для аграриев и производителей из-за более высокой по сравнению с другими видами удобрений себестоимости, а также из-за низкой эффективности и невозможности листовой подкормки.
Синтетические хелаты представляют собой соединение хелатирующего агента с металлом, образованное за счет координационных связей. Стабильность этих связей напрямую влияет на доступность микроэлементов и эффективность удобрений. При внесении в почву эффективность хелата определяется стабильностью хелатного комплекса, то есть уровнем высвобождения металла в почвенный раствор и его заменой на другой катион (чем этот уровень ниже, тем дольше микроэлемент удерживается в хелатированном состоянии, тем выше эффективность удобрения). При внесении в почву хелаты микроэлементов оказываются в 2-5 раз более эффективными по сравнению с неорганическими соединениями, хотя по цене могут превосходить последние даже в 100 раз в зависимости от химического состава.
Природные органические комплексы представляют собой соединения микроэлементов с различными органическими соединениями природного и искусственного происхождения. Например, это соединения с лигносульфонатами, фенолами, аминокислотами, органическими кислотами, гуминовыми веществами и др. Тип химических связей в этих соединениях часто плохо изучен, некоторые связи подобны координационным в хелатах, другие – сильные химические связи, поэтому не совсем корректно относить эту группу веществ к хелатам. По сравнению с синтетическими хелатами, органические комплексы как правило более подвержены микробному разложению при внесении в почву. При нанесении на листок часто оказываются не менее (или даже более) эффективны, чем синтетические хелаты.
Сегодня на рынке Украины микроудобрения представлены преимущественно хелатами и комплексными соединениями микроэлементов с природными органическими молекулами.
Слово «хелат» имеет греческое происхождение, переводимое как «клешня». Органическая молекула хелатирующего агента, подобно клешням краба, удерживает ион металла (Zn, Mn, Cu, Fe, Ca, Mg), дистанцируя его от взаимодействия с другими ионами. В результате положительно заряженный ион металла превращается в положительно заряженную молекулу хелата, которая отталкивается негативно заряженным почвенным поглощающим комплексом, удерживая таким образом металл в доступной для растения форме.
Сегодня понятие «хелат» переносится на множество соединений микроэлементов с синтетическими и природными органическими молекулами, что не всегда верно. Во-первых, хелатные соединения образуют только элементы-металлы (т.е. положительно заряженные ионы). Бор и молибден не образуют истинных хелатов, вопреки утверждениям некоторых отечественных производителей.
Во-вторых, одна и та же молекула хелатирующего агента должна иметь два или более отдельных места взаимодействия с молекулой металла. Большинство ионов металлов имеют четыре или шесть реактивных мест, способных взаимодействовать с молекулой хелатирующего агента. EDTA, DTPA и HEDTA, в свою очередь, имеют соответственно шесть, восемь и шесть мест взаимодействия с металлом, образуя с ним достаточно прочные связи. Тогда как с аминокислотами или с органическими кислотами образуются намного менее прочные комплексы с меньшим количеством координационных связей.
С химической точки зрения, взаимодействие аминокислот, органических кислот и других природных органических соединений не приводит к образованию истинных хелатов, потому как настоящий хелат образуется только в том случае, когда ОДНА И ТА ЖЕ молекула органического вещества способна провзаимодействовать со ВСЕМИ реактивными местами иона металла. Хотя официальное определение термина «хелат» не делает такого строгого ограничения, что и используют производители микроудобрений, называя хелатами соединения металлов с природными органическими молекулами (являющиеся по сути простыми комплексными соединениями).
Хелаты металлов рекомендуется вносить непосредственно в почву, для предпосевной обработки семян, во внекорневые подкормки растений, а также в системе фертигации.
В почву хелаты эффективно вносить при посеве или в корневые подкормки в сочетании с жидкими удобрениями (ЖКУ, КАС), а также с пестицидами (хелаты совместимы с большинством инсектицидов). Особенно эффективны хелаты металлов в почвах с высокими значениями рН, поскольку при таких условиях ионы металлов склонны образовывать малодоступные для растений соединения.
Наибольший эффект от почвенного внесения хелатов микроэлементов следует ожидать на почвах с нейтральным и щелочным значениями рН (выше 6,5), поскольку в таких условиях микроэлементы-металлы переходят в малодоступные соединения. На кислых почвах более экономически целесообразными могут оказаться неорганические соли.
Внесение хелатов во внекорневую подкормку сегодня является наиболее распространенным способом применения микроэлементов. Гидрофобный восковой налет на поверхности листьев делает мало эффективным внекорневое внесение водных растворов неорганических соединений. При этом органические молекулы, более родственные к воску, позволяют металлам проникнуть внутрь листа.
Хелаты совместимы с большинством пестицидов и с другими листовыми удобрениями, включая составы, содержащие высокие концентрации фосфора в виде ортофосфатов.
Сегодня зарегистрированы и используются при производстве микроудобрений целый ряд синтетических халатирующих агентов (хелатантов). Основными требованиями является то, что хелатант должен достаточно сильно удерживать металл от взаимодействия с другими анионами, при этом достаточно легко высвобождать его внутри растения; а также не должен быть токсичным для растения.
Используемые при производстве микроудобрений хелатирующие агенты условно разделяют на две группы: (1) хелатанты, содержащие карбоксильные группы: EDTA, DTPA, EDDHA, HEEDHA, EDDHMA, EDDCHA и другие и (2) хелатанты на основе фосфоновых кислот: например, OEDPА, NTP, EDTP.
EDTA и HEDTA являются наиболее популярными и сильными синтетическими хелатирующими агентами, используемыми при производстве как листовых, так и почвенных удобрений. DTPA используется преимущественно для внесения на щелочных почвах, где он имеет более высокую эффективность по сравнению с EDTA, но также и более высокую цену. Для внесения железа в щелочные почвы используются хелаты на основе HEDTA и EDDHA, но они и более дорогие. Нужно заметить, что для внесения удобрения на листок принципиальной разницы между указанными хелатирующими агентами не существует.
На рынке Украины подавляющее большинство как импортируемых, так и отечественных микроудобрений произведены на основе EDTA. При почвенном внесении хелаты на ее основе можно использовать на почвах с рН меньше 8 (комплекс железа с EDTA эффективен при борьбе с хлорозом только на умеренно-кислых почвах; в щелочной же среде он нестабилен). Кроме того, хелаты EDTA разлагаются почвенными микроорганизмами, что приводит к переходу микроэлементов в нерастворимую форму. Широкому использованию данного хелатирующего агента способствует относительно низкая стоимость.
Хелаты на основе EDDHMA являются высокоэффективными, их можно использовать в интервалах рН от 3,5 до 11,0. Однако стоимость этого комплексона, а значит и микроудобрения, высока. Эти вещества представляют собой наивысшее качество доступных синтетических хелатирующих агентов и являются наиболее эффективными во всех растущих средах. Из соединений с EDDHMA растения способны поглощать больше железа и цинка, чем с EDTA.
Из комплексонов, содержащих фосфоновые группы, в Украине широко используется OEDPA (ОЭДФ). По своей структуре она наиболее близка к природным соединениям на основе полифосфатов (при ее разложении образуются химические соединения, легко усваиваемые растениями). ОЭДФ является очень слабым комплексоном для железа, меди и цинка, в прикорневой зоне они замещаются кальцием и выпадают в осадок. Хелаты на ее основе можно использовать на почвах с рН 4,5–11. ОЭДФ устойчива по отношению к действию микроорганизмов почвы.
Однозначного ответа на вопрос, какой комплексон следует использовать для получения биологически активных микроэлементов, дать невозможно: сами комплексоны для растений практически инертны. Главная роль принадлежит катиону металла, а комплексон играет роль транспортного средства, обеспечивающего доставку катиона и его устойчивость в почве и питательных растворах. Но именно комплексоны определяют в конечном счете эффективность удобрения в целом, то есть степень усвоения микроэлементов растениями. Если сравнивать усвоение растениями микроэлементов из неорганических солей и их хелатных соединений, то соединения на основе лигнинов усваиваются в 4 раза лучше, на основе цитратов в 6 раз, а на основе ЭДТА, ОЭДФ, ДТПА – в 8 раз лучше.
Кроме хелатирующего агента, еще один показатель является принципиальным для проявления эффективности микроудобрения – это степень хелатирования (то есть какой процент микроэлемента находится в хелатированном виде, а какой – в виде неорганической соли). Согласно Директивы ЕС 2003/2003, этот показатель должен составлять не менее 80%. В Украине такого регламента не существует, более того, проведение такого анализа никто не требует. Поэтому этот показатель остается на совести производителя.
Выпуск хелатных микроудобрений является высокотехнологичным и наукоемким производством. В мире существует относительно немного предприятий, способных выпускать эту продукцию. Основными игроками на рынке хелатов являются компании Agrium Inc., Yara International Ltd., AkzoNobel, Compass Minerals International Inc., BASF SE, Monsanto Company, Bayer CropScience AG, ADAMA Agricultural Solutions Ltd., Land O’Lakes Inc., Nufarm Limited, Sumitomo Chemical Co., Ltd., Syngenta International AG, The Mosaic Company, ATP Nutrition, Basic or, L.C., Brandt Consolidated Inc., Grow More Inc., Kay-Flo, Micnelf USA Inc., Nutra-Flo Company (K- Flo), Stoller USA, Inc., Verdesian Life Sciences, LLC (QC Corporation) and DuPont.
Согласно опубликованному Persistence Market Research отчету, глобальный рынок микроудобрений на основе хелатов железа, оцениваемый в 36,9 млн. долл. США в 2015 году, до 2020 года достигнет отметки в 51,4 млн. долл. США (в количественном выражении около 12,2 млн т), со среднегодовым приростом 6,8%. Основными движущими силами развития рынка удобрений хелатов железа являются дефицит в большинстве почв мира, повышенный спрос на высококачественные продукты питания, а также правительственные поддержки аграриев. При этом, ограничительными факторами выступают высокая цена продуктов, изменчивость экономической ситуации и разбалансировка между спросом и предложением. В 2014 году лидером рынка хелата железа стал Тихоокеанско-Азиатский регион (44,8%), за ним следовала Северная Америка (24,8%). В последующие годы наибольшего роста следует ждать в странах Латинской Америки, а также в странах Средней Азии.