Новое поколение азотных удобрений

Международная группа ученых из Пизанского университета, Италия, и ICL Specialty Fertilizers, Нидерланды, опубликовали на портале MDPI статью, в которой рассказывают о принципиальных отличиях и преимуществах азотных удобрений нового поколения от традиционных подкормок.

«В условиях быстрого роста мирового населения перед мировым АПК стоит задача не отставать в поставке продуктов питания, кратно наращивая их производство.

Например, в 2013 году производство основных пищевых продуктов, таких как пшеница и кукуруза, достигло 713 и 1018 миллионов метрических тонн, соответственно, и, по оценкам, в 2050 году мировые потребности в этом урожае будут на 85% выше, чем в 2013 году. Остается только следать выводы.

Для повышения урожайности вносятся значительные количества удобрений.

Азот (N) является основным макроэлементом, и его концентрация в естественных почвах часто недостаточна для обеспечения адекватного роста растений и урожайности, что в конечном итоге привело к высокому уровню внесения именно азотных удобрений.

За четыре десятилетия с 1961 по 2013 год мировое потребление азотных удобрений увеличилось с 11,3 тонн на гектар N / год до 107,6 Тг N / год.

Особенно возросло использование удобрений в системе интенсивного выращивания овощных культур.

Например, в Китае количество азотных удобрений для выращивания овощей превышает 1000 и 3000 кг N / га в год в условиях открытого грунта и теплицы, соответственно. В той же стране в 2008 году 17% национального объема азотных удобрений было направлено на систему выращивания овощей.

Обычные удобрения, которые применяют производители, представляют собой хорошо растворимые соли и несут до 70% потерь азота из-за улетучивания и вымывания.

Эти процессы имеют два основных нежелательных эффекта: (1) низкая эффективность удобрения, поскольку питательный элемент уносится из корневой зоны, что делает его недоступным для растений; (2) вредное воздействие на окружающую среду из-за выбросов парниковых газов или загрязнения поверхностных вод эвтрофикацией.

Азот обычно применяется в виде нитрат-иона или быстро окисляется до этой формы в результате нитрификации почвенными микроорганизмами. Процессы нитрификации вызывают опасные потери при испарении в виде аммиака, монооксида азота или других оксидов азота, которые могут способствовать парниковому эффекту. Кроме того, нитрат-ион не задерживается почвой и легко выщелачивается.

При избыточном внесении азота нитрат-ион также может накапливаться в съедобных частях некоторых пищевых культур. Потребление человеком нитратов с пищей связывают с раком желудка.

Основываясь на вышеизложенных соображениях, ученые рационализировали азотные удобрения, получив три подгруппы: 1) удобрения с медленным высвобождением, 2) стабилизированные удобрения, 3) удобрения с контролируемым высвобождением.

1. Удобрения с медленным высвобождением содержат соединения азота с низкой растворимостью, которые становятся доступными для растений только после микробной деградации.

2. Стабилизированные удобрения содержат химические ингибиторы, замедляющие или останавливающие биологические процессы. К ним относятся ингибиторы уреазы, которые препятствуют гидролизу мочевины ферментом уреаза, или ингибиторы нитрификации, такие как дициандиамид (DCD) или 3,4-диметилпиразолфосфат (DMPP), которые предотвращают окисление иона аммония.

3. Удобрения с контролируемым высвобождением состоят из внутреннего ядра и внешнего слоя. Первые представляют собой водорастворимые удобрения, такие как мочевина, нитрат аммония или нитрат калия; последний представляет собой материал покрытия, такой как сера, алкидная или полиуретановая смола, термопластичный полимер или неорганический материал на минеральной основе. Удобрения с контролируемым высвобождением также могут быть получены путем комбинации покрытой серой мочевины с дополнительным полимерным покрытием.

В этом исследовании инновационное удобрение на основе мочевины сравнивалось с традиционными азотными вариантами и растворимыми удобрениями на основе аммония, содержащими ингибитор нитрификации, при выращивании томатов в теплице Пизанского университета (гибрид F1 «OPTIMA»).

Удобрение с контролируемым высвобождением, взятое для работы, состояло из гранул мочевины с полиуретановым покрытием и было произведено с использованием инновационной запатентованной технологии полимерного покрытия (E-MAX), которую можно применять в сочетании со многими типами удобрений, включая гигроскопичные соединения или материалы неправильной формы.

Механизм высвобождения удобрений с покрытием основан на явлении осмоса, вызванном диффузией воды через покрытие, что приводит к растворению внутреннего удобрения.

Перенос воды через слой покрытия является этапом, определяющим скорость и зависит от химической структуры полимера, толщины слоя покрытия и температуры. Следовательно, для данного полимера с фиксированной толщиной скорость высвобождения должна зависеть от температуры и должна оцениваться через температурный режим, в котором находится удобрение с покрытием. Таким образом, выброс питательных веществ в почву можно прогнозировать и контролировать с течением времени.

Баланс воды и азота оценивался для каждой обработки, наряду с урожайностью и качеством продукции.

Эксперимент повторяли в три разных сезона (весна, осень и лето-осень) в теплице, чтобы предотвратить влияние неконтролируемых осадков.

Результаты показали, что выщелачивание азота уменьшилось за счет увеличения процента мочевины с покрытием.

Внесение не менее 50% общего азота в виде покрытой мочевины значительно снизило вымывание азота и улучшило агрономическую эффективность азота по сравнению с традиционными удобрениями, обеспечивая в то же время аналогичное производство плодов.

Вывод. Благодаря уменьшенному выщелачиванию общее количество азота, обычно применяемое производителями, может быть снижено на 25% без отрицательного воздействия на коммерческое производство.

В то же время результаты показали, что применение умных удобрений дало аналогичное или даже более высокое качество по сравнению с обычными азотными подкормками.

Для распространения результатов, полученных в теплице, на условия выращивания в открытом грунте, необходима дальнейшая работа (в частности, надлежащая валидация)».

(Источник: www.mdpi.com).