5-1 Лекция. Удобрения и их свойства (1). Лекция 51
 Скачать 289.64 Kb.
|
|
Лекция 5-1 удобрения и Их свойства Понятие удобрение. Удобрение – основной фактор повышения урожаев (баланс элементов питания, вынос элементов питания, отчуждаемых основной и побочной продукцией. Классификация удобрений: минеральные и органические; местные и промышленные. макро- и микроудобрения; простые, комплексные (сложные, комбинированные, смешанные и сложносмешанные); жидкие комплексные удобрения; микроудобрения. Общая характеристика минеральных удобрений. Технологические свойства удобрений и их значение. Влияние удобрений на урожайность сельскохозяйственных культур. Экономическая и биоэнергетическая эффективность применения удобрений. Эффективность применения удобрений в Западной Сибири и Кемеровской области. Минеральные (Азотные, фосфорные, калийные, комплексные, микроудобрения) органоминеральные и органические удобрения. Удобрения - это вещества, предназначенные для улучшения питания растений и повышения плодородия почв в целях увеличения урожая сельскохозяйственных растений и улучшения качества получаемой продукции. Удобрения делят на органические и минеральные. В зависимости от происхождения и места получения различают удобрения местные (навоз, торф, зола и др.) и промышленные (азотные, фосфорные, калийные, сложные и микроудобрения). Минеральные удобрения содержат питательные вещества, как правило, в виде различных минеральных солей. Минеральные удобрения подразделяют на: простые (содержат один основной питательный элемент, например азот, фосфор или калий); комплексные, (содержат два и более основных питательных элемента); макро- и микроудобрения. Макроудобрения содержат макроэлементы (азот, фосфор, калий, иногда кальций и магний), то есть те элементы, которые входят в состав растений и потребляются ими в значительных количествах. Микроудобрения (борные, молибденовые, цинковые и др.) содержат микроэлементы, которые имеются в растениях и потребляются ими в микро - и ультрамикроколичествах.  Рис. 1 Классификация удобрений Содержание питательных веществ (или количество действующих веществ) в удобрениях выражают в процентах: для азотных удобрений в пересчете на элементарный азот (N), а для фосфорных и калийных в пересчете на их оксиды (соответственно Р2O5 и К2O). Комплекс последовательно производимых операций по внесению удобрений составляет технологию внесения удобрения. Она предусматривает дозы удобрений, приемы, сроки и способы их внесения и заделки. Доза удобрения — его количество, вносимое под сельскохозяйственную культуру за один прием или за весь вегетационный период. Способы внесения удобрений — сплошной (разбросной), местный (рядковый, гнездовой), ленточный и др. Способы заделки удобрений — под плуг, культиватор, борону и др. Различают три приема внесения удобрений: основное (вносимое до посева), припосевное (вносимое во время посева) и подкормки (вносимые в период вегетации растений). Основное удобрение обеспечивает питание растений на протяжении всей вегетации, в том числе и в период интенсивного роста, когда отмечается максимальное потребление растениями питательных веществ. Оно включает большую часть (80—100 %) питательных веществ от общей дозы. Припосевное (припосадочное) удобрение предназначено для улучшения питания молодых растений в начальные критические периоды их роста. Слабая корневая система молодых растений не может в полной мере обеспечить их элементами питания, а их недостаток в этот период оказывает существенное влияние на величину будущего урожая. Подкормки в течение вегетации растений используют для улучшения их питания в периоды максимального потребления ими питательных элементов. Обычно их применяют, когда по разным причинам полную норму питательных элементов нецелесообразно вносить в основное удобрение. Сроки внесения удобрений могут быть осенние, весенние и летние в определенные фазы развития растений. Эффективность использования удобрения во многом зависит от обоснованности выбора его вида и формы, определения оптимальной дозы и соотношения между вносимыми элементами питания, а также сроков и способов применения. Удобрение выбирают с учетом свойств почв и климатических условий, биологических и сортовых особенностей выращиваемых культур. При выборе форм удобрения необходимо учитывать отношение растений к его ионному составу, реакцию удобрения, способность корневой системы усваивать питательные вещества из труднорастворимых удобрений. Необходимо знать и характер взаимодействия удобрения в системе почва — растение — удобрение — окружающая среда. Существенное значение для эффективного использования удобрений имеет правильная организация их транспортировки, хранения, подготовки для внесения в почву. Такая организация невозможна без знания основных физико-механических и химических свойств удобрений, таких, как растворимость в воде, гигроскопичность, слеживаемость, влагоемкость, рассеиваемость, гранулометрический состав и прочность гранул и др. Для предотвращения потерь удобрений при их транспортировке и хранении нужно знать их способность к расслоению — сегрегации (для смешанных удобрений), упругость паров и вязкость (для жидких удобрений), насыпную плотность и угол естественного откоса (для порошковидных форм удобрений). При организации хранения удобрений следует знать и такие их свойства, как огне- и взрывоопасность, наличие свободной кислотности, скорость и условия распада удобрений с выделением аммиака и др. По агрегатному состоянию удобрения разделяют на твердые, жидкие (например, безводный аммиак) и газообразные, применяемые в теплицах (С02). Твердые удобрения бывают порошковидные (с размерами частиц меньше 1 мм), кристаллические (с размером кристаллов больше 0,5 мм) и гранулированные (с размером гранул больше 1 мм). Влажность удобрений может варьировать в широких пределах в зависимости от технических особенностей производства, исходного сырья и компонентного состава. Для каждого удобрения определены ГОСТы и технические условия, регламентирующие, в частности, содержание влаги. Например, для мочевины влажность должна быть 0,2—0,3 %, кальциевой селитры — не более 14 %, порошковидного суперфосфата — не более 12 %, для калийных удобрений — от 1—4 до 5—6 % и т. д. Отклонение от этих показателей влечет за собой значительные изменения физико-механических свойств удобрений, что делает их малопригодными для дальнейшего применения. Большое значение для практики использования удобрений имеет и их гигроскопичность — способность поглощать влагу из воздуха. Оценку гигроскопичности минеральных удобрений проводят по 10-балльной системе. К сильногигроскопичным удобрениям относят кальциевую (9,5 балла) и аммонийную (9,3 балла) селитры. Гигроскопичность калийных удобрений значительно ниже: хлорид калия 3,2—4,4 балла, сульфат калия 0,2 балла и т.д. Условия хранения, транспортировки и упаковки удобрений во многом определяются их гигроскопичностью. Сильногигроскопичные удобрения (7—10 баллов) хранят и перевозят только в герметичной таре — полиэтиленовых мешках. Сыпучесть удобрений, пригодность их для механического внесения туковысевающими агрегатами зависит от их влагоемкости. Предельная влагоемкость минеральных удобрений соответствует их максимальной влажности, при которой они сохраняют способность удовлетворительно рассеиваться туковыми сеялками. В процессе хранения или длительной транспортировки удобрения могут слеживаться. Дальнейшее их использование в таком виде связано с большими затратами на измельчение удобрений перед внесением в почву. Слеживаемостъ минеральных удобрений зависит от ряда показателей — гигроскопичности, влажности, гранулометрического состава, а также условий и длительности хранения удобрений. Степень слеживаемости оценивается по 7-балльной системе и определяется по сопротивлению к разрушению слежавшегося удобрения. Сильно слеживается, например, простой порошковидный суперфосфат (7 баллов), мелкокристаллический хлорид калия (6 баллов), слабо слеживается сульфат аммония (2—3 балла), практически не слеживаются сульфат калия, калимагнезия (1 балл). Перечисленные физико-механические свойства минеральных удобрений в значительной мере связаны с их гранулометрическим составом, то есть с размером частиц. Определяют гранулометрический состав при механическом ситовом анализе удобрений. Этот показатель оказывает существенное влияние и на равномерность внесения удобрений по площади поля. При внесении удобрений с однородным гранулометрическим составом центробежными разбрасывателями обеспечивается достаточная равномерность распределения удобрения по ширине захвата агрегата. В случае внесения такими разбрасывателями удобрения с неоднородным гранулометрическим составом наблюдается процесс сепарации— т. е. разбрасывания частиц удобрения различных размеров и массы на разное расстояние от туковысевающего агрегата. Более крупные тяжелые частицы отлетают на большее расстояние, а мелкие — на меньшее, что создает сильную неравномерность распределения удобрения по площади поля. Сохранность гранулометрического состава удобрений при хранении, транспортировке и внесении в почву в значительной мере зависит от прочности гранул. Характеризуется этот показатель механической прочностью на раздавливание (в кгс/см3) и истирание (в %), которые определяются на специальных приборах. Прочность гранул зависит от влажности, размера и формы частиц, наличия и качества гидрофобных добавок, плотности упаковки удобрений, длительности их хранения. В прямой зависимости от гранулометрического состава, прочности гранул, их влажности и гигроскопичности находится и такой важный физико-механический показатель удобрений, как рассеиваемость, или сыпучесть, — подвижность гранулометрических частиц удобрений при их внесении туковыми сеялками. Гранулометрический состав — процентное содержание отдельных фракций удобрения, полученных путем рассева па сигах различного диаметра. От него зависят склонность удобрения к уплотнению, сводообразованию при хранении, слеживаемость и рассеваемость. При выравненном гранулометрическом составе удобрений и их смесей обеспечивается большая закономерность рассева центробежными разбрасывателями. Оценку рассеиваемости проводят по 12-балльной системе (чем лучше рассеиваемость удобрений, тем выше балл ее оценки). Этот показатель имеет существенное значение для равномерного распределения удобрений по площади поля. При транспортировке удобрений, расчетах необходимых размеров складских помещений необходимо учитывать и плотность удобрений — объем единицы их массы (1 т в м3) и массу единицы их объема. Наиболее легкими из твердых минеральных удобрений являются хлорид аммония и мочевина (0,58—0,65 т/м3), наиболее тяжелыми — томасшлак, известняковая и фосфоритная мука (2,01-1,62 т/м3). Некоторые удобрения, обладающие хорошими физико-механическими свойствами (сульфат аммония, сульфат калия), можно транспортировать и хранить бестарным способом — насыпью. При хранении этих удобрений учитывают такой показатель, как угол естественного откоса (покоя), который образуется горизонтальной плоскостью с линией откоса кучи удобрения. Нормы удобрений. При определении норм удобрений необходимо учитывать высоту планируемой урожайности и потребление (вынос) элементов питания растениями, биологические особенности удобряемых культур и их отзывчивость на удобрения, содержание в почве подвижных (усвояемых) питательных веществ, предшествующие культуры, их агротехнику и удобрения, свойства удобрений, обеспеченность растений влагой и т. д. В практике имеется несколько методов установления норм удобрений, из которых чаще всего применяют прямое использование результатов полевых опытов, нормативные затраты удобрений на единицу планируемых прибавок урожая или всего урожая и балансово-расчетные методы. При прямом использовании результатов полевых опытов учитывают данные этих опытов, агрохимических картограмм или агрохимических паспортов, зависимость между агрохимическими показателями почв, урожайностью, качеством получаемой продукции и эффективностью удобрений. Агрохимической службой и научными учреждениями разработаны средние нормы минеральных удобрений для различных сельскохозяйственных культур, возделываемых на определенных типах и разностях почв. При методе поправок к рекомендуемым средним нормам удобрений в зависимости от содержания в почве подвижного фосфора и обменного калия средняя норма удобрений принята за единицу и отнесена к определенной группе почв по содержанию в них подвижных форм фосфора и калия. Для зерновых культур средняя норма удобрений принята за единицу на почвах с низким содержанием фосфора и калия, для более требовательных к плодородию почвы пропашных культур - со средним, для требующих еще более высокого плодородия почв овощных культур - с повышенным содержанием. Если в почве содержится другое количество подвижных элементов питания, то норму удобрения определяют с помощью поправочных коэффициентов. При установлении норм минеральных туков учитывают содержание питательных веществ, внесенных с навозом и другими органическими удобрениями. Содержание элементов питания в почве устанавливают по агрохимическим картограммам, агрохимическим паспортам, составленным станциями химизации на основе результатов агрохимического обследования почв колхозов и совхозов. Для различных почвенных зон рекомендуются соответствующие методы определения доступных для растений питательных веществ, согласующиеся (коррелирующие) с, результатами полевых опытов. Для каждого метода разработаны свои шкалы группировки почв по содержанию подвижных форм питательных веществ с учетом Данных полевых опытов. В дерново-подзолистых и серых лесных почвах подвижные формы фосфора и калия определяют в 0,2 н. солянокислой вытяжке по Кирсанову, в Прибалтийских республиках - в аммонийно-лактатной вытяжке (молочнокислый кальций+соляная кислота) по - Эгнеру - Риму, в черноземных некарбонатных почвах - в 0,5 н. уксуснокислой вытяжке по Чирикову и в карбонатных черноземах, сероземах, каштановых и бурых почвах - в 1%-ной углеаммониинои вытяжке rio Мачигину. По исследованиям ВИУА, в некарбонатных черноземах близкие результаты к методу Чирикова дает метод Кирсанова, картограммы фосфора, определяемого этими методами, сопоставимы. При анализах почвенных образцов на фосфор пользуются фотоколориметром, а на калий - пламенным фотометром. Группировки различных почв по содержанию подвижных форм фосфора и калия представлены в учебном пособии. Таблица 5. Группировка подзолистых и серых лесных почв, торфяных слоев почв и торфов по содержанию подвижного фосфора (определение по методу Кирсанова)  Группировка почв Прибалтийских республик по содержанию подвижного фосфора (определение по методу Эгнера - Рима)  82. Группировка некарбонатных черноземных почв по содержанию подвижного фосфора (определение по методу Чирикова)  Группировка карбонатных черноземов, каштановых, бурых почв и сероземов по содержанию подвижного фосфора (определение по методу Мачигина)  Группировка подзолистых и серых лесных почв, торфяных слоев почв и торфов по содержанию подвижного калия (определение по мнению Кирсанова) Группировка почв Прибалтийских республик по содержанию подвижного калия (определение по методу Эгнера - Рима)  Группировка некарбонатных черноземных почв по содержанию подвижного калия (определение по методу Чирикова)  Эффективность применения удобрений в Западной Сибири и Кемеровской области. Определяющим требованием при использовании минеральных удобрений в условиях их недостатка должно быть получение максимальной отдачи. При оптимизации минерального питания растений важна количественная оценка влияния удобрений на урожайность. Урожайность - важный экономический показатель, но он не даёт полного представления о затратах и полученных экономических результатах. В качестве критерия эффективности того или иного технологического приёма в отрасли растениеводства более распространён показатель - окупаемость затрат дополнительной продукцией. Экономическую эффективность применения минеральных удобрений определяют размером дополнительной продукции в натуральном и стоимостном выражении, затрат на приобретение и внесение удобрений, уборку, доработку и реализацию дополнительной продукции, величиной прибыли и уровнем рентабельности. Показатели окупаемости и экономической эффективности удобрений являются относительными, поскольку параллельно не анализируются другие факторы производства, влияющие на стоимость прибавки урожая. С переходом на рыночные отношения, при учёте многоукладности в сельском хозяйстве, всё бόльшее распространение получила оценка эффективности технологических приёмов по биоэнергетическим показателям. Расчёт биоэнергетической эффективности очень важен для оценки технологии сельскохозяйственного производства, он позволяет более объективно оценивать различные агрономические приёмы. Одним из показателей биоэнергетической эффективности является биоэнергетический коэффициент полезного действия (КПД) – отношение энергии полученной прибавки урожая к затраченной энергии для получения этой прибавки. Дальнейшее увеличение урожайности сельскохозяйственных культур сопровождается все бόльшими затратами невозобновляемой энергии, используемой в виде удобрений, пестицидов, орошения, средств мелиорации, механизации и т.д. Наиболее выгодными технологиями считаются те, при которых затрачивается меньше энергии на единицу продукции. Расчёты агрономической, экономической и биоэнергетической эффективности применения удобрений позволяют наиболее точно, объективно и всесторонне оценивать систему удобрений в технологическом процессе возделывания сельскохозяйственных культур. На рисунке 2 показана зависимость урожайности зерновых культур от внесения минеральных и органических удобрений в Кемеровской области. Для зерновых культур эта зависимость линейная, т.е. урожайность увеличивается с увеличением количества внесенных удобрений. За счёт плодородия почв достигается урожайность зерновых в среднем 11,0–12,7 ц/га. Каждый килограмм действующего вещества внесенных элементов питания (NPK) в среднем увеличивает урожайность зерновых на 7,4-8,2 кг.  Рис. 2 - Зависимость урожайности зерновых культур от внесения удобрений в Кемеровской области Эффективность удобрений зависит от свойств почв, биологических особенностей растений, климата, погоды в течение вегетационного периода, многих агротехнических и других условий. Опытные данные показывают, что при применении минеральных удобрений в сочетании с прогрессивными приёмами агротехники и районированными сортами сельскохозяйственных культур значительно увеличиваются урожаи зерна. Минеральные удобрения по совокупным энергозатратам в расчёте на 1 кг д.в. оценивают следующим количеством энергии в МДж: азотные – 86,6; фосфорные – 12,6; калийные – 8,3; органические (навоз 60%) – 0,84. По многолетним данным полевых опытов агрохимической службы, биоэнергетический КПД, или энергоотдача, применения удобрений колеблется по основной продукции от 1,32 (подсолнечник на семена) до 2,20 (картофель) (табл. 2). По всем культурам энергоотдача по основной продукции превышает единицу. Таблица 2 - Энергетический КПД применения удобрений и энергозатраты на 1 ц прибавки урожая основной продукции (в среднем по СССР по данным полевых опытов Агрохимической службы за 1965-1981 гг.)
В среднем окупаемость 1 кг фосфора по данным Л.М. Державина (1992) приростом урожая зерна ярового ячменя составила при внесении Р30 – 6,3 кг, Р60 – 5,0, Р90 – 4,6, Р120 – 4,1 кг. Эффективность калийных удобрений, как и фосфорных, находится в обратной зависимости от содержания обменного калия в почве. Более высокое действие калийных удобрений на яровой ячмень установлено в Канаде, где около 1 млн. га сельскохозяйственных земель испытывают дефицит калия, а прибавка урожая от внесения К34 составила 0,91 т/га. Эффективность применения полного минерального удобрения в одной и той же почвенно-климатической зоне неодинакова, что связано со многими факторами, определяющими действие удобрений. Доля участия азотных удобрений в формировании прибавки урожая ячменя (суммарная прибавка от применения полного минерального удобрения принята за 100%) в северной лесостепи Западной Сибири достигает 43-50%, южной лесостепи – 35-41, степной зоне – 29-37, в таёжной и подтаёжной зонах – 52-67%. Отказ от применения удобрений приводил к значительному снижению урожайности культур севооборота. По натуре зерна, качеству клейковины и выходу хлеба варианты без удобрений и с применением только органических удобрений уступали вариантам с внесением минеральных удобрений. Экономическая и биоэнергетическая оценка эффективности применения минеральных удобрений и известкования. Наиболее достоверную информацию об экономической эффективности минеральных удобрений получают при проведении опытов с соблюдением принципа единственного различия. Затраты (А) на получение прибавки урожая от минеральных удобрений рассчитывают по формуле (руб.): А = Ауд + Авн + А уб +Ан, где Ауд – расходы хозяйств на приобретение минеральных удобрений; Авн – расходы на разгрузку, хранение, подготовку, перевозку в поле и внесение минеральных удобрений; А уб – расходы на уборку, перевозку прибавки урожая, полученной за счёт удобрений, с поля, её доработку, хранение и реализацию; Ан – общепроизводственные и общехозяйственные расходы. Валовой доход от применения удобрений под зерновые культуры в рекомендуемом объёме для достижения бездефицитного баланса элементов питания с учётом внесения органических удобрений, в целом по области составит 480,3 млн. руб. в год, а средняя рентабельность - 202%. Расчет биоэнергетической эффективности применения рекомендуемого объёма минеральных удобрений в посевах зерновых культур в Кемеровской области показывает, что на единицу энергетических затрат будет получено в среднем 1,3 (1,2-1,6) единицы энергии, содержащейся в прибавке урожая от минеральных удобрений (табл. 20). Таблица 3 - Биоэнергетическая эффективность рекомендуемого внесения минеральных удобрений в посевах зерновых культур Кемеровской области
С энергетической точки зрения технология возделывания культур эффективна при энергоотдаче превышающей единицу. Вопросы для самопроверки 1. Как классифицируют удобрения? 2. Каковы физические свойства удобрений? 3. Что такое технологические свойства удобрений? 4. Как по содержанию действующего вещества в удобрениях в %, определить дозу, если указана потребность культуры в действующем веществе. 2. Какова насыщенность минеральными удобрениями в вашем хозяйстве? Основная литература: Минеев В.Г. Агрохимия: уч. пособие, 2-е издание переработанное.- М: Изд-во Московского университета, 2004.- 719 с. Ягодин Б.А. Агрохимия: уч. пособие / Б.А. Ягодин, Ю.П. Жуков, Б.И. Кобзаренко; под ред. Б.Я. Ягодина. - М.: «Колос», 2002.- 584 с. Муравин Э.А. Агрохимия. – М.: КолосС, 2004. – 384 с. Прянишников Д.Н. Агрохимия. Избран. соч. т. 1. 1965. 630 с. Дополнительная литература: Державин Л.М. Интегрированное применение удобрений в адаптивно-ландшафтном земледелии в нечерноземной зоне Европейской части России: практическое руководство.- М.: ВНИИА, 2005.- 160 с. Минеев В.Г. Биологическое земледелие и минеральные удобрения / В.Г. Минеев, Б. Дебрецени, Т. Мазур. - М.: Колос, 1993. – 415 с. Минеев В.Г. Агрохимия и экологические функции калия / В.Г. Минеев.- М: Изд-во Московского университета. - 1999.- 332 с. Просянникова О.И. Почвенно-агрохимическое районирование и применение удобрений в Кемеровской области. - Кемерово: Кузбассвузиздат, 2007. - 212 с. Просянников В.И. Микроэлементный состав пахотных почв и эффективность микроудобрений в Кемеровской области: науч.-практ. рекомендации / В.И. Просянников. – Кемерово: Кузбассвузидат, 2014. – 72 с. Кабата-Пендиас А., Пендиас X. Микроэлементы в почвах и растениях. Изд. «Мир», 1989. Минеев В.Г. История и состояние агрохимии на рубеже XXI века. М: МГУ, 2002. т. 1, 2. Прокошев В.В., Дерюгин И.П. Калий и калийные удобрения. М. 2000, 184с. Прянишников Д.Н. Азот в жизни растений и земледелии СССР. Избранные сочинения. Том 3. М.: Колос, 1965. 281-448 с. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||