Фосфор в жизни растений и фосфорные удобрения

Фосфор, элемент из троицы наиболее важных и нужных растениям. Фосфор уникален тем, что осуществляет контроль за обменными процессами, происходящими в организме растений и является одновременно источником энергии для них. Уникальность фосфора, помимо прочего, заключается в том, что этот компонент входит в состав РНК и ДНК и множество иных веществ, которые выполняют ключевые роли в жизни растительного организма.

При достатке фосфора в почве все обменные процессы растительного организма протекают лучше, происходит нормальный рост, развитие, плодоношение, а вот при его дефиците все эти процессы нарушаются, и часто нехватка фосфора для растений становится настоящей катастрофой. Даже небольшой дефицит фосфора в почве может привести к остановкам развития семенных камер, замедлению роста, изменению цвета растений, формы их листовых пластинок, их досрочному опадению. Листовые пластинки, расположенные на нижних частях растений, при сильной нехватке фосфора в почве начинают отмирать, на них появляются тёмные пятна. У овощных культур полностью прекращается рост, растения становятся низкими, начинают куститься.

При острой нехватке фосфора в почве, либо невозможности поглощения его корневой системой, начинают отмирать удерживающие растение корни и деревья часто падают.

Всех этих неприятностей можно избежать путём своевременного внесения фосфорных удобрений в почву, причём интересен тот факт что «перекормить» почву фосфором практически невозможно. Отмечено что даже на тех участках, где количество фосфора в несколько раз превышало норму, растения выглядели полностью здоровыми и давали ежегодные стабильные урожаи. Всё дело в том, что растения поглощают из почвы фосфор в необходимом им количестве и не черпают лишнего.

Однако прежде чем приступать к удобрению почвы фосфором нужно выяснить истинную причину его нехватки, ведь бывает так, что фосфор в почве есть, но он находится в недоступной для растений форме. Причин того довольно много, это и чрезмерное внесение калийных удобрений и отсутствие микрофлоры почвы и повышенная влажность грунта.

Только после того как причина найдена, можно приступать к внесению удобрений содержащих фосфор, кстати знать сколько его содержится в том или ином удобрении для того чтобы как можно скорее устранить дефицит, также нужно обязательно.

Наибольшее количество фосфора содержится в двойном суперфосфате, его там около 50%. Это удобрение прекрасно подходит как для открытого так и для защищённого грунта, потому как не содержит в своём составе, так называемых, балластных веществ и не приводит к засолению почвы. Чаще всего двойной суперфосфат вносят осенью. Для упрощения ваших расчётов отметим, что в спичечный коробок помещается порядка 20 грамм этого удобрения.

Простой гранулированный суперфосфат, он содержит в своём составе около 20% фосфора. Применяется этот вид удобрений чаще всего в смеси с аммиачной селитрой и используется на нейтральных либо чуть щелочных почвах. В спичечном коробке помещается до 22 грамм этого удобрения.

Простой порошковый суперфосфат, в нём чистого фосфора от 15 до 19%. Это удобрение прекрасно растворимо в воде, однако смешивать его с кальциевой или аммиачной селитрой нельзя. Порошковый простой суперфосфат можно вносить под любые растения, но не забывайте о том, что максимальный эффект он даст только на щелочных либо нейтральных почвах. В обычный спичечный коробок этого удобрения поместится до 23 грамм.

Фосфоритная мука, она имеет примеси железа, алюминия и прочих микроэлементов, ну и конечно фосфора, которого в составе фосфоритной муки около 30%. Это удобрение растворимо в воде и может использоваться в качестве внекорневых подкормок. Смешивать фосфоритную муку можно с любыми удобрениями. Оно даёт эффект даже на кислых почвах и вносится под все культуры, за исключением овощных. В спичечный коробок помещается порядка 30-32 грамм муки.

Помимо указанных простых удобрений фосфор содержится и в комплексных, там его дозировки также разнятся, так в аммофосе фосфора около 50%, в диаммонийфосфате чуть менее 47%, в нитроаммофоске от 22 до 24%; нитрофос содержит около 17%, карбоаммофос чуть менее 26%, а знаменитая нитрофоска в зависимости от производителя от 18 до 19%.

Помимо химических соединений фосфор содержится и в растительных организмах, их плодах и ягодах. Причем там он находится в уже доступной для растений форме, но, увы, в небольшом количестве. Так, например всем известная полынь содержит в своём составе около 1% доступного растениям фосфора, ковыль чуть менее одного процента, ползучий тимьян примерно полпроцента. Немало фосфора и в плодах, так например плоды рябины содержат примерно 1,2% фосфора, а боярышника 1,1%.

Используя эти знания и эти травы или плоды вы, не применяя химии, обогатите почву вашего участка необходимым растениям фосфором. Однако не стоит забывать, что содержание фосфора в растительных организмах невысокое, и если на вашем участке растения проявляют признаки сильного фосфорного голодания, то лучше всего воспользоваться надёжными химическими удобрениями.

Н. В. Хромов , кандидат биологических наук

Питание овощных культур фосфором

Овощные культуры используют фосфор гораздо меньше, чем калий и азот. Но его постоянное наличие в почве и всех частях растений необходимо. Достаточное количество фосфора в период прорастания семян положительно действует на интенсивность появления всходов и ускоряет начальное развитие растений. Без фосфора невозможно образование хорошо разветвленной корневой системы. Он обеспечивает нормальный рост надземных частей растений, ускоряет начало плодоношения. Полноценное фосфорное питание позволяет получать качественные семена овощей. Потребность у растений в фосфоре повышается при пониженных температурах и освещённости, а также в условиях повышенной относительной влажности воздуха.

Оптимальная обеспеченность овощных растений фосфором оказывает положительное влияние на использование ими азота. Одновременно фосфор, наряду с калием, уравновешивает или предупреждает отрицательное действие избытка азота в растениях.

Из нескольких видов фосфорных удобрений наиболее известны, удобны и более эффективны в использовании под овощные культуры простой и двойной суперфосфат. Суперфосфат может также содержать небольшое количество кальция, серы, бора, меди и кобальта, которые также полезны растениям.

Наиболее доступен фосфор растениям при кислотности почвенного раствора 6,2-7,5 рН. У огурцов в период начального роста после высадки рассады фосфора нужно на 30% меньше, чем азота, в период цветения - 75% от количества азота, а при массовом плодоношении - около 40%. Недостаток фосфора в начальный период роста и развития нельзя компенсировать в последующие периоды. Любое снижение фосфора в грунте в момент начала плодоношения огурцов мгновенно отражается на увеличении нитратов в плодах. На огуречную скороспелость фосфор действует более эффективно при подкормках нитратным азотом. Сочетание в грунте фосфора и азота способствует лучшему поглощению огурцами магния. На 10 кг тепличных огурцов необходимо 10 г фосфора. В пересчёте на двойной суперфосфат это составляет 20-25 г удобрения. Усвоенный взрослыми растениями огурцов фосфор в большей степени используется ими на продуктивные органы, чем на ботву. В период активного плодоношения, например, его в плодах больше, чем в листьях, в 3,5раза. Корневые подкормки вытяжкой из суперфосфата возможны только в первой половине вегетации в концентрации от 0,5 до 2 г/л.

Томатам фосфор нужен и хорошо усваивается в течение всей вегетации. Возможны два варианта применения суперфосфата при выращивании томатов: внесение полной основной заправки или внесение большей части фосфора в заправку с последующими двумя-тремя корневыми подкормками в концентрации 1,5-2 г/л. Некорневые подкормки фосфором обычно на томатах, как и на других культурах, не применяют. Это связано с тем, что поглощение элемента листьями с эффективностью в 50% происходит лишь на пятый день после опрыскивания. По выносу с урожаем фосфор у томатов находится на пятом месте и составляет 0,4 г/кг. И вместе с тем высокая потребность в фосфоре сохраняется от всходов до завязывания первых плодов.

Особо нужен фосфор в первые дни роста и развития рассады томатов. Установлено, что рассаде в возрасте 35 дней фосфора нужно в 8 раз меньше, чем 15-дневной. Но концентрация почвенного раствора нужна рассаде в пять раз слабее, чем взрослому растению. Фосфор лучше всего поглощается томатами при 22°С, а повышение температуры грунта с 12 до 18°С увеличивает его усвоение в 8 раз.

Картофель в период интенсивного роста способен поглощать фосфор до 0,1 г/м² в день. Оптимальное отношение фосфора к азоту для него в почвенном растворе составляет 0,8-0,9 единиц к единице азота. Подкормка суперфосфатом необходима в период бутонизации и цветения. Для этого берут 1 кг двойного удобрения, настаивают с неоднократным перемешиванием в 10 л воды, затем 1 л настоя для подкормки разбавляют водой в 10 раз. При недостатке влаги и в засушливые годы картофель выносит фосфора больше, чем калия. В среднем на 1 кг клубней нужно 1,5 г фосфора. Он, кроме ускорения их созревания, повышает устойчивость к вирусам, фитофторозу и парше, а также увеличивает крахмалистость.

Салату фосфор необходим в начальный период роста в фазе формирования кочана. При нормальном содержании в почве фосфора салат использует его на треть. На 1 кг урожая вынос элемента составляет около 0,01 г в день, что в три раза меньше азота и в шесть раз - калия. При недостатке фосфора салат плохо растет, а при избытке по сравнению с азотом - преждевременно стрелкуется. Колебания в поглощении фосфора незначительны при разной интенсивности фотосинтеза. Капустным культурам фосфор нужен после высадки рассады для нарастания корневой системы. Кочанным капустам элемент необходим для образования более плотных кочанов. Фосфор, кроме повышения урожайности, ускоряет созревание кочанов, повышает их сахаристость, увеличивает устойчивость растений к болезням. Белокочанная капуста выносит на 1 кг урожая 1,4 г фосфора, цветная - вдвое больше. Наивысшую потребность в фосфоре имеют капусты пекинская и брокколи.

Репчатый лук в период интенсивного отрастания листьев потребляет фосфора в 6 раз меньше, чем азота. Вынос элемента увеличивается в период формирования луковиц, что способствует ускорению созревания и луковиц, и семян. Острые сорта могут выносить с урожаем 1,2 г/кг фосфора, а сладкие - 1,1 г/кг.

При посеве редиса внесение суперфосфата необходимо. На образование 1 кг редиса расходуется 1,4 г фосфора, на пойменных почвах - 0,9 г, а в теплице - 0,6-0,7 г.

В состав подкормок петрушки после срезок включают и суперфосфат по 5-10 г/м², а для сельдерея его доза составляет 20-30 г/м². В теплице петрушка выносит по 0,6 г фосфора на 1 кг продукции.

Хрену и катрану фосфор необходим равномерно в течение вегетации в небольших дозах.

Кабачку, патиссону, перцу и баклажану фосфор необходим с момента прорастания семян. После высадки рассады и до конца вегетации потребность этих культур в фосфоре умеренная, но постоянная. А тыква усваивает и перерабатывает элемент буквально с первых минут прорастания семян.

Известкование кислых почв увеличивает использование вносимого фосфора от 1,5 до 7 раз. Лучшее условие для его поглощения всеми растениями на всех почвах - это поддержание его на постоянном уровне, но в невысоких концентрациях. Минимальная температура почвы для нормального поглощения растениями фосфора составляет 15°С. Фосфор из древесной золы более доступен овощам, чем из суперфосфата.

Больше всего накапливают фосфора в продукции пастернак, петрушка, сельдерей, укроп, хрен, чеснок, шпинат, щавель.

Э. Феофилов , заслуженный агроном России

Для растений азот - дефицитный элемент. Азот входит в состав белков, ферментов, нуклеиновых кислот, хлорофилла, витаминов, алкалоидов. Уровень азотного питания определяет размеры и интенсивность синтеза белка и других азотистых органических соединений в растениях и ростовые процессы. Растения могут использовать лишь азот минеральный. При недостатке азота в среде обитания тормозится рост растений, ослабляется образование боковых побегов и кущение у злаков, наблюдается мелколистность. Одновременно уменьшается ветвление корней, по соотношение массы корней и надземной части может увеличиваться. Одно из ранних проявлений азотного дефицита - бледно-зеленая окраска листьев, вызванная ослаблением синтеза хлорофилла. Длительное азотное голодание ведет к гидролизу белков и разрушению хлорофилла прежде всего в нижних, более старых листьях и оттоку растворимых соединений азота к более молодым листьям и точкам роста. Вследствие разрушения хлорофилла окраска нижних листьев в зависимости от вида растения приобретает желтые, оранжевые или красные тона, а при сильно выраженном азотном дефиците возможно появление некрозов, высыхание и отмирание тканей. Азотное голодание приводит к сокращению периода вегетативного роста и более раннему созреванию семян.

Фосфор поглощается растениями в виде высшего окисла РО4 и не изменяется, включаясь в органические соединения. В растительных тканях концентрация фосфора составляет 0,2-1,3% от сухой массы растения. В растении функционирует только в виде остатков фосфорной кислоты. Весь обмен сводится к фосфорилированию (присоединение остатка кислоты) и трансфосфорилированию (перенос остатка кислоты с одного вещества на другое). Фосфор - элемент энергетического обеспечения (АТФ, АДФ). Активизирует рост корневой системы и закладки генеративных органов. Ускоряет развитие всех процессов. Повышает зимостойкость. Внешним симптомом фосфорного голодания является синевато-зеленая окраска листьев нередко с пурпурным или фиолетовым оттенком (свидетельство задержки синтеза белка и накопления Сахаров). Листья становятся мелкими и более узкими. Приостанавливается рост растений, задерживается созревание урожая. При дефиците фосфора снижается скорость поглощения кислорода, изменяется активность ферментов, участвующих в дыхательном метаболизме, начинают активнее работать некоторые немитохондриальные системы окисления (оксидаза гликолевой кислоты, аскорбатоксидаза). В условиях фосфорного голодания активируются процессы распада фосфорорганических соединений и полисахаридов, тормозится синтез белков и свободных нуклеотидов.

Содержание калия в тканях составляет в среднем 0,5-1,2% в расчете на сухую массу. Калий не входит ни в одно органическое соединение. В клетках он присутствует в основном в ионной форме и легкоподвижен. В наибольшем количестве калий сосредоточен в молодых растущих тканях, характеризующихся высоким уровнем обмена веществ.Известно участие калия в регуляции вязкости цитоплазмы, в повышении гидратации ее коллоидов и водоудерживающей способности. Калий служит основным противоионом для нейтрализации отрицательных зарядов неорганических и органических анионов. Транспорт углеводов в растении связан с перераспределением калия. Калий является активатором многих ферментных систем. При недостатке калия начинается пожелтение листьев снизу вверх - от старых к молодым. Листья желтеют с краев. В дальнейшем их края и верхушки приобретают бурую окраску, иногда с красными «ржавыми» пятнами; происходит отмирание и разрушение этих участков. Листья выглядят как бы обожженными. При калиевом голодании снижается функционирование камбия, нарушается развитие сосудистых тканей, уменьшается толщина клеточной стенки эпидермиса и кутикулы, тормозятся процессы деления и растяжения клеток. В результате укорачивания междоузлий могут образоваться розеточные формы растений. Верхушечные и верхушечно-боковые почки перестают развиваться и отмирают, активируется рост боковых побегов и растение приобретает форму куста.Недостаток калия снижает продуктивность фотосинтеза, прежде всего за счет уменьшения скорости оттока ассимилятов из листьев: при калиевом голодании она падает более чем в два раза.

Фосфор — это один из основных питательных элементов, без которых невозможно представить нормальный рост растений. Он идет наравне с калием и азотом, отвечая за протекание всех обменных процессов и жизнеспособность культур. Если же этого микроэлемента в почве не будет хватать, растительность может вовсе погибнуть. Именно поэтому нужно вовремя выявить проблему и решить ее с помощью фосфорных удобрений до наступления худшего — потери урожая.

Достаточное количество фосфора в грунте обеспечивает нормальный рост культур и их устойчивость к неблагоприятным погодным условиям , в том числе понижению температуры.

Если этого микроэлемента не будет хватать, может погибнуть вся растительность в виду прекращения функционирования репродуктивной системы отвечающей за размножение. Нарушится появление семян, и зерновые культуры вовсе станут похожи на обычную траву.

Какие существуют признаки недостатка элемента

Чтобы вовремя спасти растение от какой-либо болезни или грибка, которые нападают после истощения культур, важно знать о признаках нехватки того или иного полезного микроэлемента. В данном случае речь пойдет о фосфоре.

На растениях недостача фосфора сказывается следующим образом:

• цвет листвы сначала становится темно зеленым, а потом обретает насыщенно фиолетовый окрас ;
• листочки могут поменяться в форме и даже преждевременно опадать;
• на нижней части листвы появляются темные пятнышки ;
• культура может потерять в высоте и становится как миниатюрный кустик;
• наблюдается слабое развитие корней . Иногда стебель прямо выпадает с земли.

Всего этого можно было бы избежать, если вовремя насытить почву необходимым комплексом питательных веществ. Но прежде чем вносить фосфор в грунт нужно разобраться, почему возникла эта проблема.

Применение фосфорных удобрений и сколько можно вносить

Различают огромное количество минеральных питательных комплексов, которые имеют в своем составе фосфор, но отличаются названиями.

Они могут отличаться концентрацией этого микроэлемента и наличием примесей. Поэтому необходимость внесения удобрений и их количество будет отличаться. Именно об этом далее и пойдет речь.

Суперфосфат имеет в своем составе не только фосфор, но и небольшое количество магния и серы. Это сырье лучше использовать в разбавленном виде , тогда усвояемость веществ будет эффективней.

Такую подпитку можно использовать для огромного количества сельскохозяйственных культур. Причем ограничений по составу грунта тоже нет, фосфоросодержащие комплексы можно использовать в любом случае.

Суперфосфат можно применять не только в чистом виде, но и совместно с другими удобрениями . Он позволит существенно повысить устойчивость растительности к понижению температуры, улучшить иммунитет и обеспечить высокое значение урожая всех культур. И злаковых, и овощных, и плодовых.

Этот тук разводится в воде с расчетом 100 г на ведро .

Гидрофосфат аммония (диаммофос)

Этот агрохимикат позволяет повысить основность и существенно понизить кислотный уровень грунта. Как и непосредственно фосфорные комплексы, диаммофос можно использовать одновременно с органикой , к примеру, с птичьим пометом или навозом. Но при этом важно все разбавить водой и некоторое время оставить, чтобы состав настоялся.

Чаще всего гидрофосфат аммония используют весной в процессе посадки культур путем внесения небольшого количества (около 20 г ) в каждую лунку.

Аммофос

Это вещество используется, чтобы нейтрализовать переизбыток ортофосфорной кислоты. В процессе реакции появится азот, но его концентрация будет существенно меньше, нежели самого фосфора. Хотя оба микроэлемента в достаточном объеме насытят почву, поскольку они хорошо усваиваются.

Вносить такой тук можно практически для всех культур.

Но концентрация аммофоса будет несколько отличаться:

• для плодовых деревьев и кустов нужно около 30 г агротука на каждый квадратный метр участка;
• для сельскохозяйственных культур — 20 г ;
• декоративных растения и газона — 15 г .

Чаще всего фосфоритную муку используют для удобрения почвы осенью. Она отлично подойдет для чернозема, серого лесного, болотного и подзолистого грунта.

Такое удобрение содержит в своем составе около 30 % фосфора и благодаря своим свойствам, его рекомендуют к использованию одновременно с навозом для создания компоста.

Костная мука

Костная мука — это яркий пример органического удобрения, содержащего в большом количестве фосфор. Для тех огородников, кто не решается использовать туки по причине их химического способа изготовления, мука отличная возможность удобрить почву органикой.

Костная мука позволит приготовить прекрасный компост без использования химии .

Преципитат

Это удобрение представлено в виде порошка с концентрацией фосфора в 30 % . Его рекомендуют использовать для любой почвы и всех культурных растений, как в качестве дополнительной подпитки, так и для полноценного питания всего земельного участка.

По своей эффективности преципитат ничем не уступает даже суперфосфату. Более того, он способен снижать уровень кислотности грунта, оказывая положительное влияние на особо кислые участки.

Термофосфат

Различают мартеновский шлак, обесфторенный фосфат и томасшлак. Причем второй вариант считается наиболее концентрированным и показывает отличный результат на черноземе.

Необходимость фосфорно-калийных удобрений

Фосфорно-калийные комплексы получили широкое распространение в виду своей универсальности . Они могут вноситься осенью и весной, в любой период вегетационного развития растительности. С той только разницей, что количество будет меняться.

Наиболее популярными удобрениями из этого ряда считаются нитрофоска и нитроаммофоска . Стоит также рассмотреть уже готовый магазинный состав фосфорно-калийного направления как Осень, им можно заменить предыдущие два. Он включает в себя калий, фосфаты, бор, кальций и магний. Причем калия больше всего, практически 20 %.

Виды

Самыми популярными фосфорно-калийными удобрениями считаются:

• нитрофоска;
• нитроаммофоска;
• нитрофос.

Эти комплексы питания рекомендуется использовать по весне . Причем на каждый квадратный метр земельного участка нужно около 50 г состава. Фосфорно-калийные туки можно применять для подпитки не только культурных растений, но и плодовых деревьев.

Чтобы получить хороший урожай, важно всегда контролировать насыщение грунта питательными компонентами.

Поскольку отсутствие хотя бы одного вещества может стать причиной полного истощения растений и дальнейшего их гибели, важно следить за культурами. Наиболее важными микроэлементами считаются фосфор и калий. Именно поэтому применение данных туков заслуживает особого внимания. Надеемся, эта статья позволит вам вырастить хороший урожай.

Реферат на тему:

РОЛЬ И ЗНАЧЕНИЕ ФОСФОРА В ПИТАНИИ РАСТЕНИИ

— один из наиболее распространенных элементов на поверхности Земли; уровень его содержание в земной коре составляет 0,1 % массы. В свободном состоянии не встречается из-за своей химической активности, образует около 190 минералов, важнейшими из которых являются апатит Ca5(PO4)3F, фосфорит Ca3(PO4)2 и флюорит CaF2. Фосфор есть во всех элементах зеленых растений, еще больше его в плодах и семенах. Содержится в животных тканях, входит в состав белков и других важнейших органических соединений, является неотъемлемым элементом жизни.

Фосфору принадлежит особая роль в питания растений. Он выполняет энергетическую и конституционную функции в растениях и других организмах. Фосфор входит в состав многих жизненно важных фосфорорганических соединений, среди которых наибольшее значение имеют АТФ и нуклеиновые кислоты, участвующие практически во всех биохимических процессах энергетического обмена в клетке, передаче наследственной информации, синтезе ферментов, белков, углеводов и других веществ. Макроэргические связи АТФ являются главным акцептором энергии, образующейся при фотосинтезе и в процессе дыхания клетки, а также основным поставщиком энергии, необходимой для осуществления синтеза белков, жиров, углеводов и активного поступления элементов питания в растения. Важная роль фосфора в составе фосфатидов — образование липидных цитоплазматических мембран, контролирующих поступление питательных веществ в растения.

Поскольку фосфор «контролирует» практически все биохимические процессы жизнедеятельности растений, своевременное обеспечение их питания фосфором имеет первостепенное значение для формирования высоких урожаев сельскохозяйственных культур.

Установлено, что недостаточная обеспеченность растений фосфором в первые 12-15 дней после появления всходов негативно сказывается на росте и развитии растений в течение всего периода вегетации, а следовательно, и на урожайности, даже если в дальнейшем растения были хорошо обеспечены фосфором. Первые две недели после всходов являются критическим периодом растений в отношении фосфорного питания. Фосфорное голодание в этот период приводит к нарушению обмена веществ в растениях и снижению их продуктивности.

Результаты длительных опытов показывают, что на дерново-подзолистых почвах с низким содержанием подвижных фосфатов (40— 70 мг Р205 на 1 кг почв) продуктивность севооборотов составляет менее 2,0 т з.е./га. При содержании Р,05120—140 мг/кг она увеличивается до 3,5—4,0 т з.е./га, а при высоком содержании Р,05 (250-300 мг/кг) продуктивность возрастает до 5—6 т з.е./га и выше. По мере увеличения содержания подвижных фосфатов в почве значительно уменьшается зависимость урожайности сельскохозяйственных культур от неблагоприятных погодных условий.

Фосфор (от греч. phosphoros — светоносный) имеет один устойчивый нуклид 31Р (атомная масса 30,974). В агрохимических исследованиях также нашли широкое применение искусственные радиоактивные изотопы 32Р и 33Р, обладающие соответственно высокой и мягкой энергией Р-излучения с периодом полураспада 14,3 и 25,3 суток. Фосфор открыл Н. Брандт в 1669 г. Первоначально его получали из мочи животных. В 1771 г. К. Шееле предложил способ получения фосфора из костяной золы.

Среди химических элементов земной коры (литосферы) фосфор занимает 13-е место. Среднее содержание фосфора в земной коре — 0,12%. Благодаря высокой реакционной способности фосфор в свободном состоянии в природе не встречается. Все фосфорсодержащие минералы являются солями ортофосфорной кислоты. Они распространены среди магматических и осадочных пород. В метеоритах фосфор найден также в виде фосфидов железа, никеля и кобальта; поэтому можно полагать, что до появления кислорода на Земле фосфор входил в состав фосфидов металлов.

В соответствии с электронной структурой атома фосфора lS22s22p63s23p3 степень его окисления может меняться от 3"до 5+, однако в наиболее устойчивых его соединениях он проявляет валентность 5+, 3+ иЗ".

Известно большое количество минералов, имеющих в своем составе фосфор. Среди них наиболее распространены апатиты. В торфяниках и болотистых местах довольно часто локально встречается вивианит Fe3(P04)2* 8Н2O. Значительно реже почвообразуюшие породы содержат фосфорсодержащие минералы — торбернит Cu(U02)2(P04)2 * 12Н20, трифилит Li(Fe,Mn)P04, амблигонит LaAI(P04)F.

«Фосфор — "элемент жизни и мысли" — будет нужен человечеству всегда, и это необходимо иметь в виду как сегодня, так и в будущем» (Ферсман, 1983).

Стремление сторонников биологического земледелия обеспечить растения фосфором без применения фосфорных удобрений не имеет реальной основы. Фосфор не случайно назвали «ключом жизни», так как в природе нет таких жизненно важных биохимических процессов, в которых бы он не принимал непосредственного участия. По своей значимости в питании растений, повышении урожайности сельскохозяйственных культур и качества продукции растениеводства фосфор идет следом за азотом, а на торфянистых почвах и черноземах фосфору принадлежит ведущее место.

Важным показателем возрастающей значимости фосфора для человечества может служить его промышленное потребление.

С 1985 по 2005 г. было добыто и использовано 29 млрд т фосфатов, тогда как за предшествующие им 80 лет —около 24 млрд т.

Следует отметить, что в отличие от азота, содержание которого в почве в естественных условиях постоянно пополняется за счет атмосферных осадков и азотфиксируюших микроорганизмов, единственным источником фосфора в почвах являются почвообразующие горные породы. Ведущим фактором, определяющим запасы фосфора в почве, является его содержание в материнской породе.

Фосфор входит в состав минеральных, органических и органо-минеральных соединений почвы.

Условно почвенный фосфор можно разделить на четыре группы:

1) фосфор, содержащийся в почвенном растворе, — фосфат-ионы и растворимые органические фосфорсодержащие соединения;

2) фосфаты, адсорбированные на поверхности почвенных коллоидов;

4) фосфор, входящий в состав органического вещества почвы.

С поливалентными металлами фосфат-ионы образуют широкий спектр слаборастворимых и нерастворимых фосфатов, которые прочно удерживаются в почве на месте их образования и становятся слабо доступными растениям. Формами этих соединений могут быть обменно поглощенные фосфат-ионы, фосфаты, химически прочно связанные на поверхности минеральных и органических коллоидов, аморфные и кристаллические фосфаты (минералы) Са, AI, Fe, Mg, Ti, Pb и др. Непосредственным резервом для растений являются фосфаты, находящиеся в адсорбированном состоянии.

Обменная адсорбция фосфат-ионов происходит на поверхности вторичных глинистых минералов, оксидов железа и алюминия:

Восполнение равновесной концентрации фосфора в почвенном растворе (фосфатная буферность почвы) происходит постоянно за счет как минерализации органического вещества, так и перехода в раствор обменно адсорбированных фосфат-ионов и фосфорных соединений аморфных и кристаллических минералов.

Известно, что ионы H,PO-4 НРО2-4-перемещаются к корням растений в основном в результате диффузии с массовым потоком воды, расходуемой на транспирацию. При низкой влажности почвы передвижение фосфора к корням протекает особенно медленно и может лимитировать потребление его растениями. Поэтому слаборастворимые фосфорные удобрения для повышения их доступности растениям должны быть равномерно распределены во влажном слое почве.

Фосфор, содержащийся в органическом веществе почвы, может быть доступен растениям только после ферментативного гидролиза его микроорганизмами, а так как значительная часть фосфора входит в органические соединения, для его минерализации необходимо полное разложение фосфорсодержащего органического вещества. Процесс этот не специфичен и может осуществляться многими видами микроорганизмов.

Органическое вещество почвы оказывает также большое косвенное влияние на доступность фосфора растениям благодаря способности гуминовых и фульвокислот образовывать недиссоциируемые комплексы (хелаты) с катионами двух- и трехвалентных металлов:

В результате хелатирования катионов поливалентных металлов их концентрация в почвенном растворе снижается и параллельно уменьшается образование нерастворимых соединений фосфора с металлами. Кроме того, кислоты, высвобождающиеся при разложении органического вещества почвы и растительных остатков, заметно повышают растворимость фосфатов кальция. Во всех почвах без исключения с увеличением содержания органического вещества существенно возрастает доступность фосфора растениям. Поэтому, чтобы фосфор нерастворимых удобрений сделать более доступным, их вносят в почву вместе с органическими удобрениями.

ФОСФОР В РАСТЕНИЯХ

Фосфор входит в состав органических и минеральных соединений растений. Соотношение органического и неорганического фосфора в растениях зависит от биологических особенностей культур, возраста и обеспеченности растений фосфором. В молодых органах растений доля органического фосфора всегда выше (90—95%), чем в старых (60—70%). При этом с повышением уровня обеспечения растений фосфором доля нерастворимых неорганических фосфатов в старых органах растений возрастает. Важно отметить, что даже при сильном дефиците фосфора небольшая его часть в растениях остается в резерве в неорганической форме. Основной резервной формой фосфора в растениях, и прежде всего в их репродуктивных органах (семенах), является фитин — кальций-магниевая соль фитиновой кислоты. Содержание общего фосфора в основных сельскохозяйственных культурах представлено в табл. 1.

Фосфор входит также в состав различных коферментов и простатических групп. Ключевая роль в обмене веществ как хранителю и носителю энергии принадлежит аденозинтрифосфату (АТФ). Благоlаря расщеплению богатых энергией триполифосфатных макроэргических связей высвобождается энергия, необходимая для синтеза углеводов, белков, жиров и т.д., или запасается энергия фотосинтеза, освобождающаяся в процессе распада органических веществ.

Таблица 1. Содержание фосфора в растениях

ФОСФОРНОЕ ПИТАНИЕ РАСТЕНИЙ

Основным источником фосфорного питания растений являются анионы ортофосфорной кислоты Н2Р0-4 и HPO2-4, содержащиеся в почвенном растворе. Присутствие определенного количества анионов Р03-4 в слабощелочных почвах, с одной стороны, не имеет весомого значения для питания растений в силу низкой концентрации и малой подвижности Р03-4 из-за высокой плотности заряда. С другой стороны, при адсорбции Р03-4 на поверхности клеточной стенки корня, имеющей в приграничной зоне, как правило, слабокислую или нейтральную среду, фосфат-ион, присоединяя ион водорода, превращается в одновалентный дигидрофосфат-ион:

Поэтому, в какой бы форме ни находились фосфат-ионы в почвенном растворе, поступают они в клетки растений в основном в виде одновалентного аниона H2РО-4.

Наряду с анионами ортофосфорной кислоты (Н3РO4), установлена возможность поступления в растения анионов пирофосфорной (дифосфорной) кислоты (Н4Р207), однако какого-либо практического значения в фосфорном питании растений дифосфаты не имеют, поскольку анионы пирофосфорной и полифосфорных (Нn+2Рn03n+1) кислот в естественных условиях практически не существуют.

В сильнокислых растворах (при рН < 3) преобладает Н3Р04, а в сильнощелочных растворах (при рН >10) — ион Р04-3, однако их доля при рН, равном от 4 до 9, незначительна. В зависимости от реакции среды анионы фосфорной кислоты могут существовать в растворе в виде:

Растения потребляют в основном ионы фосфора из почвенного раствора, поэтому для оценки плодородия почв и состояния питания растений общее содержание фосфора в почве имеет менее важное значение, чем количество в ней лабильных фосфатов.

Следует учитывать, что поведение фосфат-ионов в почвенном растворе существенно отличается от их поведения в обычных питательных растворах. Критическая концентрация фосфора, лимитирующая скорость поглощения его растениями, в почве более высокая, чем в питательном растворе. Эти различия можно объяснить небольшим объемом и размером поперечного сечения пленочной воды на границе корня и почвы, препятствующей диффузии ионов и свободному перемещению воды в почве, что приводит к местному истощению фосфора у поверхности корней.

Можно полагать, что если бы содержание фосфора в почвенном растворе не восполнялось за счет его более значительных запасов в твердой части почвы, то растения в период интенсивного роста за 2-3 дня полностью исчерпали бы фосфор почвенного раствора. Отсюда следует, что уровень обеспеченности растений фосфором в значительной мере определяется скоростью десорбции рыхлосвя-занных фосфатов твердой фазы в почвенный раствор. Потребление фосфора растениями зависит также от скорости его диффузии в почвенном растворе к поверхности корня, транспорта Н2Р04- через мембрану клетки и интенсивности его включения в метаболические процессы.

Когда концентрация фосфат-ионов в почвенном растворе достигает равновесного состояния с твердой фазой, уменьшение его содержания в твердой фазе прекращается до тех пор, пока потребление фосфора растениями не вызовет смещение равновесия за счет снижения концентрации фосфат-ионов в растворе. Оптимальным можно считать такое состояние равновесия, когда скорость высвобождения фосфат-ионов твердой фазой почвы в почвенный раствор соответствует скорости их поглощения растениями.

Исследованиями установлено, что при оптимальной влажности почвы растения не испытывают фосфорного голодания при концентрации фосфора в почвенном растворе более 0,2 мг/л.

О скорости поглощения фосфора растениями из почвы можно судить по увеличению его содержания в биомассе растений за определенный промежуток времени. В связи с тем что содержание фосфора в почвенном растворе никогда не бывает высоким и его содержание в нем достаточно для питания растений лишь в течение 2—3 дней, в период интенсивного роста растений в большинстве случаев потребление ими фосфора количественно соответствует скорости десорбции фосфатов из твердой фазы почвы.

Большинство сельскохозяйственных культур за период вегетации потребляют из каждого гектара почвы 20—40 кг фосфора (Р205). Поэтому степень удовлетворения растений фосфором будет зависеть не от первоначального содержания его в растворе, а от способности почвы восполнять и поддерживать концентрацию фосфатов в почвенном растворе в течение всей вегетации.

Передислокация фосфора в силу диффузии и/или с массовым потоком связана с содержанием воды в почве, которая обеспечивает в тяжелой почве более эффективный перенос фосфора из твердой фазы почвы к корням растений, чем легкой почвой. Вода, поглощаемая растениями при транспирации, служит основным средством перемещения и доставки фосфора и других элементов питания к корневой системе. Вода занимает примерно 20—30% объема суглинистой почвы, 10—20% — супесчаной и полностью не покрывает активной зоны поглощения корней, которые, вследствие постоянного роста, проникают сквозь почву и, благодаря корневым волоскам, осваивают новые участки почвы с более высоким содержанием фосфат-ионов.

Следует отметить, что концентрация фосфора в растворе имеет неодинаковое значение для растений в разных почвах. Легкие почвы удерживают меньше воды, чем тяжелые; отсюда при равной доле влаги (% от НВ) и одинаковой концентрации фосфат-ионов в почвенном растворе общее количество фосфора в жидкой фазе легких песчаных почв значительно меньше, чем тяжелых. Поэтому при равной концентрации фосфора в почвенных растворах растения лучше обеспечены им в тяжелых почвах по сравнению с более легкими.

При недостатке фосфора растения плохо растут, их листья становятся мелкими, темно-зелеными с голубоватым оттенком, а прожилки листьев часто имеют красно-фиолетовую антоциановую окраску.

Признаки фосфорного голодания становятся особенно хорошо заметны в холодную погоду — сначала на старых, а затем и на молодых листьях особенно хорошо они видны на кукурузе, свекле, злаках, ягодных культурах и др. Со временем по краям листьев появляются желто-бурые, затем темно-бурые пятна. У зерновых культур при недостатке фосфора стебель становится грубым и деревянистым, листья — мелкими, расположенными почти вертикально. У капустных вдоль жилок нижних (старых) листьев появляется багрянцевая окраска. При недостатке фосфора нижние листья томата, а затем и все остальные приобретают красно-фиолетовый оттенок. Цветение и созревание у всех растений заметно задерживаются. Значительно снижается размер и количество плодов, колосков в колосе, а следовательно, и урожай.

В отличие азота, соединения которого неустойчивы в почве и легко теряются в результате денитрификации и вымывания, большая часть фосфорных соединений в почве нерастворима и практически из нее не вымывается. Слабая растворимость фосфорсодержащих минеральных и органических соединений является основной причиной шиком доступности фосфатов почвы и удобрений растениям. Поэтому одной из важнейших задач агрохимии фосфора является разработка приемов повышения доступности фосфатов почвы растениям.

ФОСФОРНЫЕ УДОБРЕНИЯ

Фосфорные удобрения являются важнейшим средством повышения урожайности сельскохозяйственных культур и качества продукции. Еще издавна древние народы в качестве фосфорного удобрения применяли измельченные кости. Во второй половине XVIII в. в Англии и Шотландии уже существовали фабрики по размолу костей животных на удобрение. Впервые промышленное производство фосфорных удобрений (суперфосфата) путем обработки костяной муки серной кислотой было начато в Англии в 1843 г. Д.Б. Лоозом (1814— 1900). Было установлено, что в результате обработки природных фосфоритов серной кислотой образуются доступный растениям водорастворимый дигидрофосфат кальция Са(Н2Р04)2 . Н,0 и гипс. Этот принцип получения простого суперфосфата используют до настоящего времени во всех странах.

Фосфорные удобрения принято подразделять на три группы: растворимые в воде; слаборастворимые в воде, но растворимые в слабых кислотах (цитратнорасторимые); растворимые лишь в сильных кислотах.
К первой группе относятся простой, двойной суперфосфат и суперфос, получаемые промышленным путем из апатита или фосфорита, в которых большая часть фосфора представлена водным и/или безводным дигидрофосфатом (однозамешенным фосфатом) кальция — Са(Н,Р04),. К цитратнорасторимым (слаборастворимым) фосфорным удобрениям относятся промышленные удобрения — преципитат, обесфторенный фосфат, термофосфаты, активированные фосфаты и отходы металлургической промышленности (шлаки). Фосфор в этих удобрениях представлен в основном двухзамещенными фосфатами кальция (CaHP04, CaNaP04). тетракальцийфосфатом Са4Р209, октакальцийфосфатом Са4Н(Р04)3 и др.

Большинство технологических процессов получения фосфорсодержащих удобрений базируются на обработке апатитового и фосфоритового концентрата серной, фосфорной или азотной кислотой (мокрый способ), которые разрушают исходную структуру природного апатита (трикальцийфосфата), переводя его в растворимый дигидрофосфат кальция Са(Н2Р04)2 . Н20. В настоящее время 75—80% фосфорных удобрений в мире получают обработкой фосфорита или апатита серной или фосфорной кислотой, 15—20% приходится на обработку азотной кислотой и примерно 5% удобрений получают путем механической (фосмука) или термической обработки фосфатного сырья.

Деление фосфорных удобрений по их растворимости не во всех случаях отражает их удобрительную ценность, а хорошая растворимость фосфорных удобрений не всегда бывает их преимуществом. В щелочных карбонатных и сильнокислых почвах часто умеренно растворимые фосфорные удобрения более эффективны, чем хорошо растворимые, так как последние довольно быстро ретроградируются в труднорастворимые фосфаты.

Изменяя размеры гранул (частиц) фосфорных удобрений, можно в определенной мере регулировать растворимость и взаимодействие фосфора с почвой. Крупные гранулы растворяются медленно, и содержащийся в них фосфор меньше фиксируется почвой. Для снижения фиксации фосфора в почве все легкорастворимые фосфорные и фосфорсодержащие комплексные удобрения гранулируют, а для повышения растворимости труднорастворимых фосфорных удобрений их переводят в порошковидное состояние и тщательно перемешивают с почвой.

Самым простым и дешевым методом получения фосфорного удобрения является измельчение предварительно отделенного от пустой породы природного фосфорита. При этом не требуется каких-либо других материальных затрат. Поэтому применение I т Р205в виде фосфоритной муки примерно в 2—3 раза дешевле, чем суперфосфата.

Фосфоритную муку можно использовать на кислых почвах при их гидролитической кислотности выше 2,5 мг-экв/100 г. На нейтральных и карбонатных почвах растения не могут усваивать фосфор фосфоритной муки.

Применение фосфоритной муки в качестве удобрения имеет давнюю историю. Во Франции и Германии в 1860-х гг. фосфориты широко применялись для улучшения кислых земель. В России фосфоритную муку в качестве удобрения впервые использовал в 1860— 80-х гг. один из крупных русских агрохимиков А.Н. Энгельгардт (1832—1893). Полевые опыты, проведенные им на кислых дерново-подзолистых почвах Смоленской губернии, показали, что внесение фосфоритной муки значительно повышает урожайность клевера, озимой ржи и многих других культур.

Большая потребность многих почв России в фосфоре и дефицит растворимых фосфорных удобрений стали важным стимулом научного поиска эффективной замены промышленных фосфорных удобрений природными фосфоритами, проведенного сотрудниками лаборатории Д. Н. Прянишникова.

Необходимо отметить, что применение фосфоритной муки в качестве удобрения после успешных опытов А.Н. Энгельгардта и Д.И. Менделеева не получило широкого распространения из-за их противоречивых результатов, так как в те годы теория кислотности почв еще не была разработана, неизученными оставались вопросы химии почв и их поглотительной способности. Все это не позволило дать правильного объяснения причин действия фосфорита и спрогнозировать эффективность его применения. В работах К.К. Гедройца было установлено существование гидролитической кислотности почв, на основании которой определяют действие фосфоритной муки.

Профессором кафедры агрохимии ТСХА Б.А. Голубевым (1893— 1952) был предложен надежный метод прогнозирования эффективности использования фосфоритной муки по величине гидролитической кислотности почвы, который широко используется в агрохимической практике и сегодня.

Фосфоритная мука довольно медленно растворяется в почве, поэтому она действует не сразу, а используется растениями постепенно. По этой причине ее не применяют при посеве или в виде подкормки сельскохозяйственных культур. Все это вызывает необходимость, несмотря на большие технологические затраты, производить универсальные растворимые фосфорсодержащие удобрения во всех странах.

В отличие от растворимых фосфорных удобрений (например суперфосфата), доступность фосфора которых после их внесения со временем значительно снижается на кислых и карбонатных почвах, использование растениями фосфора фосфоритной муки в кислых почвах может в последующие 2—3 года повышаться. В этой связи фосфоритную муку вносят обычно в относительно больших количествах (200—400 кг на 1 га) в целях повышения содержания подвижного фосфора в почве и длительных последействий.

Доминирующее положение в производстве растворимых фосфорсодержащих удобрений занимает фосфорная кислота. В 2011 г. более 60% растворимых фосфорсодержащих удобрений в мире получали обработкой фосфоритов и апатитов фосфорной кислотой. Универсальность этой кислоты при получении односторонних фосфорных удобрений (например, двойного суперфосфата) и многих комплексных удобрений способствует постоянному расширению объемов ее использования.

Экстракционную фосфорную кислоту получают при обработке тонкоизмельченного фосфорита или апатита необходимым количеством серной кислоты и последующем отделении фосфогипса.

Из промышленных растворимых фосфорных удобрений наибольшее распространение получили простой и двойной суперфосфат, а в последние годы — суперфос и др.

Суперфосфат является первым промышленным удобрением. Идея получения растворимого фосфорного удобрения связана с именем Ю. Либиха, который в 1840 г. предложил обрабатывать кости животных серной кислотой.

Двойной суперфосфат. Концентрированный (двойной) суперфосфат получают так же, как и простой суперфосфат, но вместо серной кислоты апатитовый или фосфоритовый концентрат обрабатывают фосфорной кислотой, которую производят в смежных цехах или на других химических предприятиях.

В России концентрированный суперфосфат называется двойным, в большинстве других стран — тройным.

Эффективность действия суперфосфата, как и других фосфорных удобрений, в значительной мере обусловлена направленностью процессов трансформации фосфатов в почве. При внесении суперфосфата в почву дигидрофосфат кальция растворяется и частично гидролизуется с образованием гидрофосфата кальция и фосфорной кислоты.

В результате выделения Н,Р04 в окружающую среду происходит локальное подкисление почвы, примыкающей к грануле. Степень подкисляющего действия суперфосфата на почву зависит от дозы удобрения, химического и гранулометрического состава почвы. Сильное локальное подкисление почвы вблизи расположения частиц удобрения значительно повышает растворимость гидроксидов железа и алюминия (Fc.AKOH),), которые образуют с фосфорной кислотой нерастворимые фосфаты железа и алюминия (Fe, A1P04). По мере увеличения расстояния от гранулы удобрения и нейтрализации фосфорной кислоты раствор становится менее кислым. В этих условиях преобладающими продуктами реакции гидроксидов железа и алюминия с фосфорной кислотой могут быть наиболее растворимые стренгит (Fc(OH)2H2P04) и варисцит(А1(ОН)2Н2Р04). В дальнейшем при рН >5 в почвенном растворе будут преобладать и участвовать в образовании различных фосфатов ионы Н2РО-4 и НРО2-4.

Таким образом, содержащаяся в суперфосфате фосфорная кислота в кислых почвах способствует химическому закреплению вносимого в них фосфора в форме труднорастворимых фосфатов алюминия и железа. Поэтому нейтрализация почвы путем известкования будет способствовать повышению эффективности суперфосфата. Систематическое применение суперфосфата не вызывает заметного подкисления почвы, так как фосфорная кислота быстро взаимодействует с гидроксидами железа и алюминия.

Суперфосфат — универсальное удобрение, его применяют на всех почвах в качестве основного и припосевного (припосадочного) удобрения. Внесение его поверхностно в качестве подкормки растений без глубокой заделки в почву малоэффективно, так как фосфор не перемещается в почве (кроме песчаных), ареал его диффузии не превышает 1—3 см в год, поэтому для корневой системы растений он будет пространственно недоступен. Это особенно важно для молодых растений, возделываемых на почвах, бедных фосфором, когда их корневая система еше не развита, а также в зоне недостаточного увлажнения.

Гранулирование (размер гранул 2-4 мм) суперфосфата позволяет уменьшить его контакте почвой и скорость его растворения и повысить его доступность растениям. Все суперфосфаты содержат небольшие количества микроэлементов (Zn, Mn, Си, Мо), присутствующих в фосфатных рудах.

Растворимые фосфорные удобрения более эффективны при их локальном внесении в почву (концентрированными лентами или полосами), чем при смешивании со всем объемом пахотного слоя, поскольку быстрая диффузия фосфат-ионов в среду, окружающую

Гранулы растворимых удобрений, сопровождается их последующим осаждением в менее растворимых формах. Перемешивание растворимых фосфорных удобрений с почвой значительно ускоряет процессы ретроградации фосфатов, в результате чего снижается их доступность растениям.

Цитраторастворимые фосфорные удобрения. Преципитат получают осаждением экстракционной фосфорной кислоты известковым молоком:

H3P04 + Ca(OH)2 -> СаНР04- 2Н20

В преципитате содержится до 38—42% Р2O5 в форме гидрофосфата кальция CaHPO4 * 2Н20. Он слаборастворим в воде, но растворим в органических и минеральных кислотах, поэтому фосфор из него довольно хорошо усваивается растениями. На кислых почвах преципитат переходит в растворимый дигидрофосфат:

2СаНР04+2Н2СO3 -> Са(Н2Р04)2+Са(НСO3)2

Преципитат — негигроскопичный порошок светло-серого цвета. Он практически не слеживается. При внесении преципитата до посева в качестве основного удобрения его эффективность сопоставима с эффективностью суперфосфата.

Термофосфаты. К термофосфатам относятся удобрения, получаемые при прокаливании (или плавлении) природных апатитов и фосфатов с различными твердыми веществами (содой, карбонатами и силикатами магния и кальция и др.), а также отходы металлургии, содержащие фосфор. При высокой температуре (1200-1500 °С) происходит разрушение кристаллической структуры апатита и внедрение в нее катионов из добавленных солей, в результате чего образуются более растворимые фосфорные соединения. Производство термофосфатов имеет большое значение для стран, не имсюших месторождений серы. Оно позволяет избежать применения серной кислоты при производстве фосфорных удобрений. По мере удорожания сырьевых ресурсов, используемых при производстве кислот, термофосфаты найдут широкое применение в сельском хозяйстве.

Промышленное производство термофосфатов путем сплавления апатита с сульфатом магния впервые было налажено в Германии и Польше в 1948 г. В настоящее время существует несколько способов термической переработки апатита и фосфорита в удобрения: гидротермическое обесфторивание; сплавление с кремнеземом (кварцевым песком) и содой; плавление с силикатами и/или сульфатами магния и/или калия; спекание с оксидами щелочных и/или щелочно-земельных металлов и др.

Основным отличием (недостатком) всех слаборастворимых фосфорных удобрений (термофосфатов, преципитата, металлургических шлаков и др.) от растворимых фосфорсодержащих удобрений (суперфосфата, комплексных удобрений) является довольно медленный переход их фосфатов в растворимую, доступную для растений форму непосредственно после внесения в почву. Полому применение их до посева (посадки) не может полностью обеспечить высокую потребность в фосфоре молодых, интенсивно растущих сельскохозяйственных культур на почвах с низким содержанием подвижных фосфатов.

Обесфторенный фосфат получают путем обработки расплавленного апатита или фосфорита при температуре 1400—1500 °С водяным паром и 2-5% кварцевого песка. В результате взаимодействия водяного пара и кремнезема с расплавленным фтораиатитом из нею удаляются почти весь фтор, мышьяк, ртуть, цинк, кадмий, а в расплаве в зависимости от технологического режима образуются преимущественно трикальцийфосфат, гидрофосфат и силикат кальция.

Его производят во вращающихся наклонных цилиндрических печах, используемых в цементной промышленности. После охлаждения расплава его дробят и размалывают на шнековых мельницах. Обесфторенный фосфат — серый порошок, содержащий 28—32% Р205 и 0,02—0,2% фтора. Используют его в животноводстве при приготовлении комбикормов и в растениеводстве в качестве основного удобрения.

Термофосфат щелочной получают при спекании апатита или фосфата с содой и кварцевым песком во вращающихся печах при 1200— 1300 °С. При этой температуре происходит взаимодействие апатита с содой и диоксидом кремния с образованием натрийкальцийфосфата и силиката кальция.

Щелочной термофосфат содержит 26—28% цитраторастворимого фосфора (Р205), а также небольшие количества микроэлементов. Выпускают его в виде порошка. Тонкоразмолотый фосфат трудно вносить, так как он сильно пылит и легко слеживается. Для устранения этого недостатка в последние годы разработан способ получения рыхлых гранул размером 1—2 мм. Они быстро растворяются в почве, и их фосфор используется растениями. По сравнению с порошковидным (пылящим) гранулированный щелочной фосфат (не пылящий) на нейтральных и щелочных почвах в первый год внесе ния действует несколько хуже, однако впоследствии превосходит его. На кислых почвах эффективность порошковидного и рыхлограну-лированного термофосфата примерно одинакова. Если подвижный фосфор в нейтральных и карбонатных почвах обеспечивает потребность в нем растений в начале роста, то термофосфаты дают такие же прибавки урожая, как и растворимые фосфорные удобрения, а на сильнокислых почвах благодаря содержанию активных оснований и кремниевой кислоты, образующихся при гидролизе силикатов и фосфатов, термофосфат превосходит суперфосфаты:

NaCaP04+ 2Н20 -> NaOH + СаНР04

Ca2Si04 + 2Н2O -> 2Са(ОН)2 + H4Si04

Основания Са(ОН), и NaOH локально нейтрализуют кислотность почвы и тем самым препятствуют образованию малодоступных растениям фосфатов железа и алюминия, а гелеобразная кремниевая кислота адсорбируется на поверхности глинистых минералов, аморфных оксидов железа и алюминия или химически связывает растворимые формы железа и алюминия и тем самым уменьшает фиксацию ионов фосфатов:

ЗА1(ОН)3 + 2H4Si04 -> Al3(Si04)2

3Fe(0H)3 + 2H4Si04 -> Fe3(Si04)2

Кроме того, кремниевая кислота препятствует кристаллизации свежеосажденных фосфатов и превращению их в гидроксилапатит и карбонатапатит. По этой причине термофосфаты обладают широким диапазоном действия и могут применяться на кислых, нейтральных и щелочных почвах, если они не особенно бедны фосфором.

Металлургические шлаки (томасшлак, доменные и мартеновские шлаки). Присутствие в стали фосфора и кремния значительно ухудшает ее свойства (прочность, коррозионную стойкость, ковкость и др.). Для связывания фосфора и других вредных примесей при производстве и переработке чугунов, богатых фосфором, в сталь, шихту (смесь необходимых компонентов плавки) или расплавленный при температуре 1400—1500 °С металл добавляют СаО (флюс). Получаемые побочные продукты металлургии — шлаки содержат 5—20% Р205 и 50-60% СаО и являются ценным фосфорным и известковым удобрением. Свое название шлаки получили в зависимости от металлургического процесса, в котором их получают. Различают шлаки доменные (5—10% Р205), являющиеся отходами производства чугуна, и сталеплавильные — мартеновские, бессемеровские, томасовские и др. Мартеновские шлаки (7—12% Р205) получили название по имени французского металлурга Б.Мартена, предложившего в 1864 г. печной метод переработки чугуна в сталь, томасшлаки (12—20% Р205) — по имени английского инженера С. Томаса, в 1879 г. предложившего конвертерный (ковшевый) способ. Наряду с фосфором и кальцием, шлаки содержат: MgO — 2—4%; МпО — 1—3; Si02 — 6—8; А 1,0,— 1—2%, 20—70 мг/кг бора, 10—60 мг/кг меди; 5—10 мг/кг молибдена и 2—5 мг/кг кобальта.

Металлургические шлаки представляют собой порошок темного цвета, в котором фосфор находится в форме цитраторастворимого тетрафосфата кальция Са4Р209 и силикокариотита Ca5(P04)2 Si04. Присутствие в шлаках Ca,Si04 и CaSiO, препятствует ретроградации фосфатов в почве из-за образования при гидролизе силикатов кальция H4Si04H Са(ОН),. По усвояемости растениями фосфаты шлаков близки к преципитату. Действуют они относительно медленно, поэтому необходимо вносить их заблаговременно. Особенно рационально внесение шлаков под многолетние плодовые насаждения, бобовые и злаковые травы (люцерну, клевер, люпин, кострец и др.), так как здесь требуется не быстрое начальное, а длительное действие удобрений.

Термофосфаты и шлаки оказывают многостороннее благоприятное влияние на питание растений — они действуют не только как фосфорное, но и как известковое удобрение, содержащее магний и микроэлементы. На кислых почвах они превосходят суперфосфаты а на нейтральных и щелочных почвах термофосфаты уступают суперфосфату. На почвах, хорошо обеспеченных фосфором, разница в действии значительно нивелируется.

Следует отмстить, что до настоящего времени пути трансформации термофосфатов в почве детально не изучены, однако можно полагать, что в конечном итоге образуются такие же фосфаты Са, Fe и А1 и примерно в таком же соотношении, как при внесении растворимых фосфатов, а их соотношения и формы зависят прежде всего от почвенных условий.

ВНЕСЕНИЕ ФОСФОРНЫХ УДОБРЕНИЙ

Хорошая обеспеченность растений элементами питания, и прежде всего фосфором, в начале роста позволяет молодым растениям за короткий период создать довольно мошную корневую систему, что помогает им в дальнейшем лучше использовать питательные вещества почвы и удобрений.

Дробление на части вносимой дозы фосфора (кроме припосевного) даже на легких почвах не дает какого-либо преимущества перед разовым внесением всей дозы. Сроки внесения комплексных фосфорсодержащих удобрений следует определять исходя из потребности растений в азоте.

Хозяйства с высоким уровнем химизации земледелия вместо ежегодного внесения фосфорных удобрений под отдельные культуры севооборота могут вносить суммарное их количество «в запас» — один раз в 2—3 года. Вносить удобрения в запас на более длительный период не следует в связи со снижением подвижности фосфатов в почве со временем и уменьшением доступности фосфора растениям. Поэтому через 2—3 года повторно вносят фосфорные удобрения в запас. Основное внесение фосфорных удобрений чаше всего сочетают с внесением калийных удобрений с последующей их заделкой плугом без предплужника при осенней вспашке. Внесение фосфора в запас не следует проводить лишь на песчаных почвах.

Кроме того, при внесении высоких доз фосфорных удобрений доля фиксированного фосфора снижается, вследствие чего повышается степень его использования растениями.

Внесение фосфорных удобрений в запас практически не увеличивает затраты фосфора зерновыми культурами на создание урожая по сравнению с ежегодным внесением и обеспечивает снижение затрат труда и техники. Наиболее рационально фосфорные удобрения вносить в запас под пропашные и кормовые травы.

В то же время в сложившихся экономических условиях в сельском хозяйстве России наиболее эффективным приемом применения ограниченных ресурсов фосфорных удобрений является внесение их при посеве (посадке) сельскохозяйственных культур.

Способы внесения фосфорных удобрений. Способы внесения фосфорных удобрений зависят от их формы. Оптимальные способы внесения растворимых (например, суперфосфата) и нерастворимых (например, фосфоритной муки) фосфорных удобрений различны. Растворимые фосфорные удобрения можно вносить вразброс с последующей заделкой в почву плугом с предплужником, локально — вместе с семенами при посеве (посадке), лентами, полосами, рядками вблизи семян или более глубоко в пахотный слой почвы. При локальном припосевном внесении фосфорные удобрения размещаются в непосредственной близости от слаборазвитых корней молодых растений и таким образом обеспечивают их доступным фосфором, что особенно важно в начале развития растений.

Первостепенной технологической задачей производства и применения растворимых фосфорных и фосфорсодержащих комплексных удобрений является уменьшение их взаимодействия (контакта) с твердой частью почвы в целях предотвращения интенсивного образования слаборастворимых фосфатов.

Благодаря гранулированию растворимых фосфорных удобрений и их локальному размещению в почве значительно ограничивается фиксация фосфора, вследствие чего достигается лучшее использование его растениями.

Существенное преимущество локального применения растворимых фосфорных удобрений по сравнению с разбросным их внесением наблюдается в следующих случаях:

При ограниченной обеспеченности почв фосфорными удобрениями, достаточной лишь для припосевного (прииосадочиого) внесения. В этом случае локальное размещение удобрений (10— 15 кг Р205 на 1 га) недалеко от семян способствует интенсивному начальному росту и развитию растений благодаря высокому содержанию доступного фосфора в непосредственной близости от молодых корней. При рядковом внесении фосфорные удобрения должны размещаться по возможности несколько ниже (на 2—3 см) высеянных семян;

При перемешивании небольшого количества фосфорных удобрений со всем пахотным слоем, в результате чего фосфор быстро фиксируется почвой. В то же время повышение дозы припосевного удобрения до 20 кг Р2O5 на га значительно снижает окупаемость фосфора, а при более высоких дозах фосфора эффективность его припосевного внесения ниже, чем разбросного с заделкой плугом;

На кислых слабоокультуренных дерново-подзолистых почвах и красноземах, содержащих большое количество растворимых форм железа и алюминия. В этих условиях при локальном внесении фосфорных удобрений в зоне их расположения длительное время сохраняется высокая концентрация растворимого фосфора, что обеспечивает растениям наилучшее фосфорное питание;

В степных районах, где неблагоприятные погодные условия, и прежде всего засуха, ограничивают растворимость фосфорных удобрений и диффузию фосфат-ионов к корням. Преимущество глубокой заделки фосфорных удобрений в степной зоне связано с тем, что в нижней части пахотного слоя почва дольше сохраняет влагу, в ней находится основная масса деятельных корней и даже в засушливые годы фосфор сохраняется в усвояемой растениями форме;

При выращивании культур со слаборазвитой корневой системой (например, лука) и культур с коротким периодом вегетации (редиса, зеленных культур и др.), требующих частых поливов. Неглубокое ленточное размещение фосфора в пахотном слое почвы (на глубине 12-15 см) обеспечивает лучшую доступность его растениям, чем разбросное внесение удобрений, при котором удобрения рассосредоточены в пахотном слое почвы, а в зоне роста корней в начале развития растений находится слишком малодоступного фосфора. Ленточное внесение фосфорных удобрений на нужную глубину пахотного слоя почвы достигается при заделке их специальными сошниками.

Разбросное внесение удобрений более важно для культур с хорошо развитой корневой системой (многолетние травы, подсолнечник, капуста), требующих большой площади питания.

Слабо- и труднорастворимые фосфорные удобрения (фосфоритная мука, термофосфаты, металлургические шлаки), которые лишь при взаимодействии с почвой трансформируются в более растворимые, доступные растениям соединения, для улучшения контакта с ППК необходимо хорошо перемешивать с почвой. Особенно это важно для фосфоритной муки, применение которой без тщательного перемешивания с почвой значительно снижает ее эффективность в год внесения.

Следует отметить, что растения также способны поглощать элементы питания через листья и другие надземные органы. Скорость их поглощения отдельными культурами различна и в значительной мере зависит от морфологического строения листьев и химической природы элементов питания. Поглощение фосфат-ионов растениями через листья происходит иногда быстрее, чем через корни, и завершается в среднем через 2—3 дня. Наиболее пригодны для этой цели фосфаты аммония NH4H2P04, магния MgHP04 и калия КН,Р04. Поэтому, казалось бы, чтобы избежать значительного закрепления фосфора в почве и повысить коэффициент его использования растениями, целесообразно растворимые фосфорные удобрения вносить в виде некорневых подкормок. При этом, так как высокая концентрация растворов вызывает сильное повреждение (ожоги) листьев, при некорневых подкормках могут быть использованы только разбавленные (0,1—0,2%) растворы фосфорных удобрений . Для удовлетворения потребности растений в фосфоре при такой низкой концентрации растворов в течение вегетации необходимо проводить 10—20 некорневых подкормок, что требует больших затрат, а значит, экономически не оправдано. Более того, можно проводить некорневые подкормки лишь вегетирующих растений, т.е. когда растения уже образовали достаточно развитый листовой аппарат. При этом потребность растений в фосфоре наиболее велика в начале их роста и развития. В этой связи некорневые подкормки фосфором и другими элементами питания могут являться лишь дополнительной подкормкой.

Фосфор в растениях

Фосфор играет исключительно важную роль в жизни растений. Большинство процессов обмена веществ осуществляется только при его участии. Он практически всегда находится во втором минимуме (после азота).

Физиологическая роль фосфора (С 3). Он входит в состав важнейших органических соединений, активно участвующих в метаболизме растений: нуклеиновых кислот (ДНК и РНК), нуклеопротеидов, фосфопротеидов, фосфатидов (фосфолипидов), макроэргических соединений (АТФ и др.), сахарофосфатов, фитина, витаминов и др. Содержание фосфора (Р2О5) в растениях и вынос урожаями сельскохозяйственных культур Содержание в среднем составляет 0,5 % сухого вещества, изменяясь от 0,1 до 1,5 %, и зависит от биологических особенностей культур, возраста растений и их органов, условий фосфорного питания и т.д. Так, в зерне зернобобовых культур содержится 1-1,5 % Р2О5, злаковых – 0,8-1 %. Солома тех и других культур содержит меньше фосфора по сравнению с семенами – 0,2-0,4 %.

Фосфор в растениях распределяется аналогично азоту, является его спутником. В среднем содержание фосфора в органах растений составляет 30 % от количества азота (С 17). Больше фосфора содержится в молодых и жизнедеятельных органах, листья содержат больше фосфора, чем стебли.

Вынос фосфора урожаями в среднем составляет 15-50 кг/га, изменяясь в зависимости от биологических особенностей культур и уровня урожайности.

Источники фосфора для растений. Основными источниками являются соли ортофосфорной кислоты (С 19), которая, являясь трёхосновной, способна образовывать три вида анионов – Н2РО4–, НРО42–, РО43– (С 20) и, следовательно, три вида солей – одно-, дву- и трёхзамещённые фосфаты, растворимость которых и доступность для растений изменяется в зависимости от катионов.

Источниками фосфора могут также быть соли метафосфорной и полифосфорных (пиро-, триполифосфорной и т.д.) кислот, непосредственно растениями не усваивающиеся, но гидролизующиеся в почве до ортофосфатов (С 21-24).

Кроме того, корни некоторых растений (горох, бобы, кукуруза и др.) выделяют фермент фосфатазу, который отщепляет анион фосфорной кислоты от простых органических соединений. Как следствие, источником фосфора для названных растений могут служить его органические соединения.

Превращения фосфора в растениях. Поступивший в растения фосфор очень быстро переходит в состав органических соединений. Тем не менее, фосфор находится в них непосредственно в виде остатка фосфорной кислоты. Таким образом, 85-95 % фосфора находится в органической форме (С 26). Минеральных фосфатов – фосфатов кальция, калия, магния и аммония – значительно меньше (5-15 %), но они имеют большое значение, являясь запасной и транспортной формами фосфора. Например, фосфор органических соединений корней может передвигаться в надземную часть только после трансформации в минеральные фосфаты.

Динамика потребления фосфора во время вегетации. Критический период по отношению к фосфору у всех культур отмечается в фазу всходов. Недостаток фосфора в этот период резко снижает урожайность, независимо от дальнейшей обеспеченности растений. Вместе с тем, корневая система в начальные фазы роста развита слабо и часто не может в достаточных количествах усваивать фосфор почвы и внесённых до посева удобрений. Поэтому широко рекомендуется припосевное внесение фосфора.

Периоды максимального потребления фосфора различными культурами не совпадают. Например, яровая пшеница потребляет весь необходимый ей фосфор к концу фазы колошения, в то время как лён даже к периоду полного цветения поглощает лишь 58 %, а хлопчатник в фазу полного цветения усваивает только 10 % от максимального содержания фосфора в растениях Таким образом, период максимального поглощения фосфора у пшеницы наблюдается в фазы выхода в трубку и колошения, у льна – в фазы цветения и созревания, у хлопчатника – в период формирования волокна.

Признаки недостатка фосфора для растений. Замедляется рост и развитие растений, уменьшается размер листьев, задерживается цветение и созревание урожая (С 31-33). Фосфор реутилизируется, поэтому его недостаток сначала проявляется на нижних листьях, которые становятся тёмно-зелёными, грязно-зелёными, а затем красно-фиолетовыми, пурпурными или лиловыми

Фосфор в почвах.Содержание и запасы фосфора в почвах. Общее содержание варьирует от 0,01 до 0,3 % и зависит, прежде всего, от минералогического состава материнских пород. Кроме того, больше фосфора содержат богатые гумусом почвы (в гумусе 1-2 % Р2О5). Таким образом, минимальное содержание фосфора в дерново-подзолистых песчаных, максимальное – в чернозёмных почвах. Жизнедеятельность растений вызывает биологическую аккумуляцию фосфора в верхних горизонтах почв

Общий запас фосфора в пахотном слое на 1 га варьирует от 0,3 т в лёгких дерново-подзолистых почвах до 9 т в чернозёмах

Формы фосфора в почвах и его превращения Фосфор в почвах находится в органической и минеральной формах Органического фосфора меньше, он входит в состав неспецифической части гумуса, а также неразложившихся остатков растений и микроорганизмов.

Преобладает минеральный фосфор, которого в дерново-подзолистых, каштановых почвах и серозёмах 70-90 % общего содержания, а в почвах с высоким содержанием гумуса (следовательно, органического фосфора) – серых лесных почвах и чернозёмах – 55-65 % (С 44). Минеральный фосфор в основном находится в форме первичных минералов и, прежде всего, фторапатита [Са3(РО4)2]3·CaF2 и гидроксилапатита [Са3(РО4)2]3·Ca(ОН)2.

Фосфор органических соединений и первичных минералов растениями непосредственно не усваивается. В результате выветривания первичных минералов образуются вторичные, представляющие собой разнообразные соли ортофосфорной кислоты. Фосфаты образуются и при минерализации органического фосфора под влиянием фосфоробактерий.

Соли фосфорной кислоты характеризуются различной растворимостью и, следовательно, доступностью для растений.

Водорастворимыми являются фосфаты одновалентных катионов [КН2РО4, (NH4)2НРО4, Na3РО4], а также однозамещённые соли двухвалентных катионов [Са(Н2РО4)2, Mg(Н2РО4)2]. Они хорошо доступны для растений.

Кислоторастворимыми называют двузамещённые фосфаты кальция и магния (СаНРО4, MgНРО4) и свежеосаждённые, находящиеся в аморфном состоянии трёхзамещённые фосфаты [Са3(РО4)2, Mg3(РО4)2], которые нерастворимы в воде, но растворяются в слабых кислотах (органических, угольной). Эти соединения под действием кислых корневых выделений, а также органических и минеральных кислот, продуцируемых микробами, постепенно растворяются и становятся доступными для растений.

Не растворяются в воде и слабых кислотах, как следствие, практически недоступны растениям кристаллические формы трёхзамещённых фосфатов кальция и магния. Но некоторые растения – люпин, гречиха, горчица, в меньшей степени горох, донник, эспарцет и конопля – обладают способностью усваивать фосфор из трёхзамещённых фосфатов. Наименее доступны растениям фосфаты железа и алюминия (AlPO4, FePO4) Важную роль в формировании условий фосфорного питания играет химическое поглощение водорастворимых фосфатов (ретроградация фосфора), протекающее в почвах при любой реакции среды.

В нейтральных, насыщенных основаниями почвах (чернозёмах, каштановых) образуются дву- и трёхзамещённые фосфаты кальция и магния:

Са(Н2РО4)2 + Са(НСО3)2 → 2СаНРО4↓ + 2Н2СО3;

ППК)Са2+ + Са(Н2РО4)2 → ППК)2Н+ + Са3(РО4)2↓.

В кислых почвах, характеризующихся повышенным содержанием алюминия и железа (дерново-подзолистых, краснозёмах), выпадают в осадок фосфаты этих элементов:

Са(Н2РО4)2 + 2Fe3+ → 2FePO4↓ + Са2+ + 4Н+;

ППК)Al3+ + К3РО4 → ППК)3К+ + AlPO4↓.

Вследствие ретроградации водорастворимые фосфаты содержатся в почвах в незначительных количествах (как правило, не более 1 мг/кг почвы).

Анионы фосфорной кислоты в почве могут обменно поглощаться, закрепляясь на поверхности положительно заряженных коллоидных частиц гидроксидов алюминия и железа В большей степени обменное поглощение фосфатов выражено при кислой реакции среды. Процесс обменного поглощения обратим, то есть фосфат-ионы способны и вытесняться из ППК в раствор другими анионами. Как следствие, обменно-поглощённые анионы фосфорной кислоты хорошо доступны для растений.

Растворимые соли фосфора потребляются не только растениями, но и микроорганизмами, превращаясь в органические фосфорсодержащие соединения. После отмирания микробов основное количество биологически поглощенного фосфора вновь становится доступным растениям за исключением небольшой части, перешедшей в состав гумуса.

Для дерново-подзолистых и серых лесных почв стандартизирован метод Кирсанова: вытяжка производится 0,2 н. HCl, в раствор при этом переходят водорастворимые и кислоторастворимые соли фосфорной кислоты.

В некарбонатных чернозёмах содержание подвижного фосфора определяется по Чирикову: почва обрабатывается 0,5 н. СН3СООН.

На карбонатных почвах кислоты не применяют, так как слабокислотные вытяжки расходуются на разложение карбонатов, а более концентрированные могут растворять недоступные для растений фосфаты. Поэтому содержание подвижного фосфора в карбонатных чернозёмах определяют по Мачигину с помощью 1 % (NH4)2CO3, имеющего щелочную реакцию.

Абсолютные результаты, полученные любым методом, неинформативны, так как постоянное воздействие корней растений на почву в течение вегетации далеко не равнозначно растворяющей способности какого-либо реактива. Например, при взаимодействии раствора с почвой устанавливается равновесие, а в присутствии растений, потребляющих фосфор, его концентрация в жидкой фазе почвы постоянно уменьшается, стимулируя переход в раствор новых количеств фосфатов.

Однако, сравнивая урожайность культур в полевых опытах, проводимых на почвах с разным содержанием подвижного фосфора, можно сделать заключение о том, насколько хорошо обеспечена та или иная почва фосфором, и выразить полученную закономерность в виде группировки, имеющей практическое значение.