Глава 6. Фосфорные удобрения
 Скачать 295.5 Kb.
|
|
Для прогноза эффективности фосфорных удобрений используются также методы определения емкости поглощения фосфатов почвами, фосфатной буферной способности и др. Извлекая фосфор из почвенного раствора, растения тем самым уменьшают его концентрацию. Однако почвы могут поддерживать концентрацию фосфора в растворе на относительно стабильном уровне. Это зависит от запаса растворимых фосфатов на поверхности почвы и скорости растворения фосфорсодержащих минералов почвы. Способность почвы поддерживать концентрацию фосфатов на постоянном уровне С. М. Драчев назвал фосфатной буферной способностью. Впоследствии П. Бекетт и Р. Уайт ввели понятие потенциальной буферной способности в отношении фосфатов (ПБСР) как способности почвы противостоять изменению фосфатного потенциала. ПБСР = G/J, где G – общий запас подвижных фосфатов почвы («фактор емкости»); J – равновесная активность Н2РО4-, или равновесный фосфатный потенциал почв («фактор интенсивности»). Отношение G/J показывает, какое количество подвижных фосфатов должно или перейти из общего запаса в почвенный раствор, или быть внесено в почву для изменения активности Н2РО4- на единицу. Этот показатель учитывает не только общее содержание подвижных фосфатов, но и степень их подвижности и поэтому более полно характеризует фосфатный режим почв, чем фосфатный потенциал. Правда, этот метод из-за трудоемкости широкого распространения не получил. Разделить формы почвенных фосфатов и установить их роль в питании растений очень сложно из-за большого разнообразия минеральных соединений фосфора. Ни один из существующих методов определения состава минеральных фосфатов не позволяет строго выделить отдельные соединения фосфора. Все фосфаты отличаются растворимостью и отношением к гидролитическому распаду, большинство из них труднорастворимые соединения. Выделение различных форм фосфатов основано на их разной растворимости. Наибольшее распространение получили методы Чирикова, Чанга – Джексона, Гинзбург – Лебедевой. Более совершенен из них последний, но он используется только для минеральных почв. По методу Гинзбург – Лебедевой навеску почвы последовательно обрабатывают различными растворителями, постепенно выделяя фракции с различной степенью растворимости. Фракции распределяются в следующей последовательности: фракция Ca-PI – легкорастворимые фосфаты кальция, магния и закисного железа; фракция Са-РII – разноосновные фосфаты кальция и магния, преимущественно вторичнообразованные типа октакальцийфосфатов и др.; фракция А1-Р (типа варисцита, вавеллита и др.); фракция Fe-P (типа стренгита, дифренита и др.); фракция Са-РIII – высокоосновные труднорастворимые фосфаты кальция типа фосфорита и апатита (природные и вторичнообразованные). Исследования кафедры агрохимии БГСХА показали, что в слабо- и среднеокультуренных дерново-подзолистых суглинистых, супесчаных и песчаных почвах фосфатов полуторных оксидов содержится в несколько раз больше, чем фосфатов кальция (табл. 6.4). Причем в дерново-подзолистых суглинистых и супесчаных почах фосфатов железа больше, чем фосфатов алюминия, а в песчаных почвах, наоборот, больше фосфатов алюминия. По мере окультуривания почвы в ней существенно возрастает количество доступных растениям фосфатов кальция фракций Са-РI и Са-РII. 6.4. Влияние фосфорных удобрений на формы соединений фосфора в дерново-подзолистых почвах, мг/кг почвы
6.5. Сырье для производства фосфорных удобрений В отличие от азота, запасы которого можно считать неограниченными, так как он содержится в атмосфере, запасы фосфатного сырья ограничены. Сырьевой базой фосфатно-туковой промышленности являются природные залежи фосфорных руд – апатиты и фосфориты. Крупные залежи фосфатного сырья в США, Китае, Северной Африке. Запасы фосфоритов в США оцениваются в 10,5 млрд. т, Марокко – 9 млрд. т. Из стран СНГ наибольшими запасами фосфатного сырья обладают Россия и Казахстан. Самое крупное месторождение апатитов находится в России в горных отрогах Хибинских гор Кольского полуострова. Их запасы оцениваются в 640 млн. т. Хибинские апатиты залегают в виде апатито-нефелиновой породы. Апатит является основным источником фосфора магматического происхождения в земной коре. Эмпирическая формула апатита Ca5(PO4)3F или Ca3(PO4)2×Ca(F, Cl)2 (в зависимости от преобладания фтора или хлора различают фторапатит и хлорапатит). Нефелин – алюмосиликат состава (К, Na)2O×Al2O32SiO2 + nSiО2. Апатиты Хибин представлены в основном фторапатитом. Однако апатито-нефелиновая порода неоднородна: в верхнем горизонте она содержит 28,5 %, в среднем – 19,2 % и в нижнем – 7–15 % Р2О5. Отсортированная и размолотая товарная руда подвергается обогащению методом флотации – разделением в водном потоке руды на апатит и нефелин. Тонкоизмельченную руду взмучивают в воде, добавляют реагент – олеиновую кислоту с керосином и растворимым стеклом (1 кг на 1 т породы). При интенсивном продувании воздуха через пульпу частицы апатита всплывают наверх в виде пены и сливаются, а нефелин остается внизу и уносится потоком воды. Обогащенный таким образом апатитовый концентрат содержит 39–40 % Р2О5 и считается лучшим в мире сырьем для производства фосфорных удобрений. Из-за плохой растворимости апатитовый концентрат непосредственно в качестве удобрения не применяется. Нефелин также используется в народном хозяйстве. На кислых почвах его можно применять как калийное удобрение. В отличие от апатитов фосфориты являются не магматическими, а осадочными породами. Состав фосфоритов зависит от их происхождения и условий образования. Фосфориты – это сложные соединения апатитовой структуры – 3Са3(РО4)2∙CaF2 (фторапатит), 3Са3(РО4)2∙Са(ОН)2 (гидроксилапатит), 3Са3(РО4)2∙СаСО3 (карбонатапатит). Помимо этих соединений в фосфоритах имеются примеси: углекислая известь, песок, глина, полуторные оксиды железа и алюминия и др. В зависимости от количества примесей содержание фосфорной кислоты в фосфоритах может колебаться в широких пределах – от 15 до 35% Р2О5. Фосфориты бывают желваковые – в виде окатанных камней, и пластовые, представляющие собой слитную массу. Более распространены желваковые фосфориты. Залежи фосфоритов (130 млн. т) в Беларуси находятся в Могилевской и Брестской областях, но они не имеют промышленного значения. Фосфатное сырье поступает к нам из России, а в последнее время и из Африки. В России наиболее крупными месторождениями фосфоритов являются Егорьевское (Московская область), Кингисеппское (Ленинградская область), Вятско-Камское (Кировская область), Щигровское (Курская область), Брянское. Намечается разработка бедных апатитовых руд Ошурковского месторождения (Бурятия) с доведением содержания Р2О5 в концентрате до 35 %. Большие залежи фосфоритов имеются в Эстонии, на Украине, в Казахстане (Каратау и Чилисайское месторождение). Из фосфоритов Каратау получают сырье, содержащее не менее 24–28 % Р2О5, Чилисайского месторождения – 23–24 % Р2О5. Вовлечение в переработку в последние годы менее богатых и качественных фосфатов усложняет и удорожает производство фосфорных удобрений. Западноевропейские страны не располагают сколько-нибудь значимыми ресурсами фосфатного сырья. Поэтому промышленность фосфорных удобрений этих стран импортирует фосфаты, главным образом из Северной Африки и США. Мировой рынок фосфатных удобрений представлен малым числом производителей. На три крупнейших продавца фосфатной руды – США, Китай, Марокко – приходится 67 процентов мирового предложения. Продают фосфатное сырье также Тунис, Бразилия, Иордания, ЮАР и другие страны. Крупнейший поставщик фосфатной руды – США за последние десять лет снизил поставки фосфатной руды на 37 %. Доля же Китая в производстве фосфатной руды в 2010 г. возросла до 38 %. Здесь сосредоточены вторые крупнейшие запасы фосфатов в мире, хотя среднее содержание Р2О5 в них всего 16,95 %. Что касается мирового рынка фосфоросодержащих удобрений, то к лидерам относятся 5 стран – США, Китай, Россия, Марокко и Тунис, на которые приходится около 84 процентов производства. Добыча фосфатного сырья составляет 177,8 млн. т, потребление фосфорных удобрений в целом в 2010 г. достигло 40 млн. тонн. В 2011 году состоялся запуск крупного фосфатного проекта в Саудовской Аравии, проектная мощность которого – 3 млн. тонн фосфорных удобрений в год. 6.6. Способы получения, состав и свойства основных фосфорных удобрений Фосфорные и фосфорсодержащие комплексные удобрения по растворимости и усвояемости делятся на три группы: водорастворимые; цитратно-лимоннорастворимые; труднорастворимые. Водорастворимые удобрения наиболее легко усваиваются растениями. К ним относятся простой и двойной суперфосфат и комплексные удобрения: аммофос, диаммонийфосфат, нитроаммофоска, карбоаммофоска, кристаллин и др. Ко второй группе удобрений относятся растворимые в щелочном цитратном растворе, 2% -ной лимонной кислоте, растворе трилона Б, 2% -ной муравьиной кислоте и других растворителях преципитат, обесфторенный фосфат, томасшлак, мартеновский фосфатшлак и другие термофосфаты. Третья группа – труднорастворимые фосфорные удобрения, такие как фосфоритная и костная мука, фосфор из которых извлекается только 20%-ной соляной кислотой или смесью соляной и азотной кислот. Иногда выделяют группу так называемых комбинированных фосфорных удобрений – суперфос и другие фосфориты, частично разложенные фосфорной кислотой. Комбинированными их называют потому, что они содержат и водорастворимые, и цитратнорастворимые, и труднорастворимые фосфаты. В мировой практике фосфориты на удобрения перерабатываются четырьмя основными способами. Самый простой способ – это измельчение фосфоритов в фосфоритную муку. Наиболее распространенный и изученный способ переработки апатитов и фосфоритов – разложение их кислотами: серной, фосфорной, азотной. Третий способ – электротермическое восстановление фосфатов углеродом в присутствии диоксида кремния с извлечением элементного фосфора и его последующей переработкой в фосфорную кислоту и ее соли. Этим способом перерабатывается менее качественное сырье, чем при обработке кислотами, но удобрения получают с меньшим количеством примесей. Четвертый способ – термическая обработка фосфатов. Например, щелочное разложение при оплавлении и спекании с солями щелочных и щелочноземельных металлов, гидротермическая переработка в присутствии пара. Вследствие дефицита соды и низкого качества удобрений этот способ широко не используется. 6.7. Ассортимент и применение фосфорных удобрений Фосфорсодержащие удобрения в Беларуси производит Гомельский химический завод. Интенсивное применение фосфорных удобрений в нашей республике началось со второй половины 60-х годов. Так, в 1966–1970 гг. на 1 га пахотных земель было внесено 30 кг Р2О5. В дальнейшем, вплоть до 1990 г. использование фосфорных удобрений постоянно возрастало. В 1990 г. оно было максимальным и составило 69 кг/га д.в. По общему тоннажу в 1986–1990 гг. на сельскохозяйственные угодья республики было внесено 436,6 тыс. т д.в. фосфорных удобрений, причем наиболее высокого уровня применение их достигло в 1990 г. – 469,4 тыс. т д.в. Последовавший после 1991 г. спад в экономике республики привел к тому, что потребление фосфора в сельском хозяйстве резко уменьшилось и в 1995 и 1996 гг. составило только 12–15 кг/га пашни и 1–2 кг на гектар площади сенокосов и пастбищ. В 1997 г. на 1 га пашни в Беларуси было внесено 23 кг, а в 1998 г. 26 кг Р2О5, в 2001 – 15 кг, 2005 – 29, 2006 – 44, 2008 – 39, 2009 – 49, 2010 г. – 49 кг Р2О5. Очень мало применяется фосфорных удобрений на улучшенных сенокосах и пастбищах. В 2010 г. на удобренную площадь сенокосов и пастбищ внесено всего 2 кг Р2О5. Луговодство без должного применения минеральных удобрений бесперспективно, так как не позволяет обеспечить конкурентоспособную продукцию животноводства. Для того, чтобы поддержать достигнутый уровень содержания подвижного фосфора в почвах на пашне и уменьшить количество почв слабообеспеченных фосфором необходимо в 2012–2015 гг. вносить не менее 50 кг Р2О5 на 1 га пашни. Потребность сельского хозяйства Беларуси в фосфорных удобрениях на 2011–2015 гг. составляет 316 тыс. т д.в. В первую очередь прирост поставок удобрений должен быть направлен на многолетние травы на сенокосах и пастбищах и кормовые культуры на пашне, поскольку применяемые дозы удобрений под зерновые и технические культуры уже достигли оптимальных пределов. Основными формами фосфорсодержащих удобрений в настоящее время являются аммофос и аммонизированный суперфосфат, которые будут основными и на ближайшую перспективу. В 2011 – 2013 гг. планируется применять 316 тыс. т д.в. фосфорных удобрений, в том числе аммофоса 210 тыс. т, аммонизированного суперфосфата 60 тыс. т, фосфор в комплексных удобрениях 46 тыс. т д. в. Учитывая дефицит, высокие цены на фосфорные удобрения и чтобы не снизить производство сельскохозяйственной продукции, необходимо грамотно применять минеральные удобрения, исходя из обеспеченности подвижным фосфором каждого поля. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||