|
Фосфор входит в состав клеток человека, животных, растений и бактерий. Доказано, что жизнь без этого элемента невозможна. Академик Ферсман назвал фосфор "элементом жизни и мысли", и это высказывание не является большим преувеличением.
В организме человека и животных фосфор сосредоточен преимущественно в костях, мышечных и нервных тканях. Тело человека содержит около 1,5 кг этого элемента. В растении фосфор содержится в органической и минеральной формах, его количество составляет приблизительно 1/3 количества азота.
Минеральная форма фосфора – это соли ортофосфорной кислоты с кальцием, магнием, натрием, калием, аммонием и другими катионами. Хотя их содержание незначительно, они принимают участие в образовании многих фосфорорганических соединений, жизненно необходимых для растения. Среди них наиболее важны нуклеиновые кислоты (содержат около 20% Р2О5), которые непосредственно принимают участие в синтезе белковых молекул, передаче наследственных признаков и перенесении биологической информации. Нуклеиновые кислоты с белками образуют сложные белки – нуклеотиды, которые содержатся в эмбриональной ткани и клеточном ядре. Важная группа – фосфопротеиды – соединения белков с фосфорной кислотой, они являются основой всех белков ферментов.
Фосфатиды – сложные эфиры глицерина, жирных кислот и фосфорной кислоты, необходимые для построения белково-липидных клеточных мембран и регулирования их проницаемости.
Значительная часть фосфора в растении входит в состав запасного вещества – фитина, который является источником этого элемента при прорастании семян.
Важная группа фосфорорганических соединений находится в ткани растения – сахарофосфаты, которые образуются во время расщепления углеводов. Фосфор входит в состав витаминов и многих ферментов. Фосфор имеет большое значение в энергетическом обмене и в разных процессах обмена веществ в растении.
Большая часть фосфора находится в репродуктивных и молодых органах вегетирующих растений, где интенсивно проходят процессы синтеза органических веществ. Фосфор имеет свойство перемещаться от старых к молодым органам и использоваться повторно (процесс реутилизации). Этот элемент способствует скорейшему дозреванию растений, улучшает водный режим и использование растениями воды. Оптимальное фосфорное питание способствует хорошей перезимовке озимых за счет лучшего синтеза углеводов.
Существует тесная связь между азотным и фосфорным питанием. При недостатке фосфора в ткани растения накапливается нитратный азот и замедляется синтез белков.
В молодом возрасте растения особенно чувствительны к недостатку фосфора , когда их корневая система слаборазвита и имеет низкую поглощающую способность. В то же время фосфор улучшает развитие корневой системы в начале вегетации (роль локального удобрения).
Большое значение имеет достаточное обеспечение растений фосфором в период формирования репродуктивных органов. Его недостаток в этот период задерживает созревание растений, снижает урожай и его качество.
Недостаток фосфора четко проявляется на процессах роста и развития растений и на их внешнем виде: приостанавливается рост стеблей и листьев, резко снижается семенная продуктивность.
Листья растений становятся (сначала по краям, а потом и по всей поверхности) серо-зеленой, красной или красно-фиолетовой окраски. В частности, у кукурузы зеленые листья становятся фиолетовыми, у сахарной свеклы – интенсивно пурпурными. Края листьев картофеля закручиваются вверх и темнеют, у томатов с нижней стороны листовой пластинки появляется багряная окраска.
Признаки фосфорного голодания наглядно проявляются в начале роста растения, когда оно имеет слаборазвитую корневую систему, неспособную усваивать трудно растворимые соединения фосфора из почвы.
Содержание соединений фосфора в почве
Основным источником фосфора для растений является почва. В почвах валовое содержание фосфора значительно ниже, чем азота и калия, и колеблется в пределах 0,04–0,22%, а запас его в пахотном слое составляет 1,2–6,6 т/га.
Содержание и запасы фосфора зависят от гранулометрического состава почвы и содержания в ней гумуса. Бедны по содержанию общего фосфора дерново-подзолистые и супесчаные почвы. Больше общего фосфора содержится в верхних слоях почвы, что связано с деятельностью растений, активным поглощением его почвой и внесением удобрений. У большинства почв содержание минеральных форм фосфора преобладает над органическим.
В органической форме фосфор входит в состав гумуса (0,8–2,46%), фитатов, нуклеиновых кислот, фосфатидов, сахарофосфатов и других органических веществ, которые практически недоступны для питания растений.
В материнской породе фосфор содержится в виде фторапатита Ca5F(PO4)3 и гидроксилопатита Ca5OH(PO4)3. В процессе разрушения этих первичных фосфорсодержащих минералов образуются вторичные минеральные соединения фосфора, которые содержат разные соли ортофосфорной кислоты.
По доступности для питания растений все минеральные соединения фосфора в черноземных почвах подразделяют на три группы.
1. Водорастворимые соли – однозамещенные фосфаты кальция, магния и одновалентных катионов (калия, натрия, аммония и т. д.): Ca(H2PO4)2, Mg(H2PO4)2, KH2PO4, NH4H2PO4. Все они доступны для питания растений.
2. Соли, растворимые в слабых кислотах, – двухзамещенные: CaH_PO4, MgHPO4. Частично доступны для питания растений.
3. Соли фосфорной кислоты, растворимые в минеральных кислотах, – трехзамещенные:
Ca3(PO4)2, Mg3(PO4)2. Частично могут использоваться культурами, корневая система которых способна выделять слабые органические кислоты (люпин, гречка, горох, горчица и т. д.).
В кислых почвах (дерново-подзолистых, красноземах) образуются фосфаты полуторооксидов AlPO4 и FePO4, а также основные соли железа и алюминия – Fe2(OH)3PO4, Al2(OH)3PO4, которые характеризуются слабой растворимостью и неудовлетворительной доступностью для растений.
Интенсивное химическое поглощение, характерное для фосфорной кислоты, обуславливает слабую подвижность ее солей. Вымывание фосфатов в нижние слои почвы происходит преимущественно во время миграции вниз коллоидов, которые переносят химически поглощенный фосфор. В случае интенсивного внесения фосфорных удобрений он накапливается в верхних слоях почвы, и его избыток обуславливает зафосфачивание почв.
Фосфорные удобрения
Основным сырьем для производства фосфорных удобрений являются природные фосфорсодержащие руды – апатиты (до 30%) и фосфориты (15–35% Р2О5), а также богатые фосфором отходы металлургической промышленности. Запасы фосфорных руд в Украине незначительные и характеризуются низким качеством.
Для производства фосфорных удобрений используют два способа:
1) термический – обработка руд высокой температурой;
2) экстракционный – разложение руд серной кислотой или смесью серной и азотной кислот. По степени растворимости фосфорные удобрения делят на три группы:
1) водорастворимые и легко доступные для всех растений (однозамещенные) – разные виды суперфосфатов и суперфос;
2) нерастворимые в воде, но растворимые в слабых кислотах (лимонной) или щелочно-лимонных растворах (двухзамещенные), частично доступные для питания растений, – преципитат, обесфторенный фосфат, термофосфаты, томасшлак и мартеновский фосфатшлак;
3) нерастворимые в воде и слабых кислотах (трехзамещенные), труднодоступные для растений, – фосфоритная и костная мука, вивианит.
Однозамещенные водорастворимые фосфаты
Суперфосфат простой. Промышленность выпускает порошкообразный (14–16% Р2О5 и до 5,5% Н3РО4) и гранулированный (19,5% Р2О5 и до 3% Н3РО4) суперфосфаты.
Однако порошкообразный суперфосфат имеет ряд недостатков. Он быстро поглощается почвой, то есть больше переходит в трудно доступную форму, очень пылит, что усложняет его равномерное внесение, гигроскопичный, химически кислый.
Гранулированный суперфосфат менее гигроскопичный, имеет лучшую сыпучесть и менее выраженную кислотность.Однако, как и простой, он содержит значительное количество балласта (CaSO4) и требует значительных расходов на погрузочно-транспортные работы и внесение. Суперфосфаты лучше использовать для локального внесения в рядки для подкормки и в качестве основного удобрения.
После внесения на нейтральных почвах водорастворимый суперфосфат быстро преобразуется в слаборастворимый дифосфат кальция, а в случае присутствия карбонатов – в труднорастворимый трифосфат кальция (процесс ретроградации).
На кислых почвах после внесения суперфосфатов могут образовываться слаборастворимые, труднодоступные для растений фосфаты железа и алюминия.
Таким образом, суперфосфаты лучше вносить в небольших дозах локально во время посева и в течение вегетации растений для подкормок. При этом коэффициент использования фосфора растением увеличивается в 1,5–2 раза.
Двойной суперфосфат. Имеет высокое (42–49%) содержание доступного фосфора и не содержит гипса. Содержание свободной фосфорной кислоты – до 1,5%. Химические и физические свойства двойного суперфосфата такие же, как и у простого гранулированного суперфосфата, однако экономическая эффективность его использования значительно выше. Использование этого удобрения ограничено в связи с его высокой ценой. Во время производства гранулированного суперфосфата в гранулы можно вводить микроэлементы (0,1–0,2%): бор, молибден, марганец, медь, цинк и т. д.
Двухзамещенные (растворимые в слабых органических кислотах)
Преципитат. Порошок белого или светло-серого цвета, не гигроскопичный, не слеживается, хорошо рассеивается. Содержит от 25 до 35% Р2О5, который растворяется в лимонной кислоте. По эффективности приближается к двойному суперфосфату, доступный для питания растений. Преципитат можно использовать как основное удобрение под разные культуры на всех типах почв. Однако, поскольку фосфат преципитата меньше связывается в почве, его лучше вносить на богатых полуторооксидами кислых почвах. На черноземных почвах по эффективности он приближается к суперфосфату.
Обесфторенный фосфат. Новое малораспространенное удобрение. Добывают обработкой водяным паром при температуре 1 400°С апатитов (30–32% Р2О5) или фосфоритов (20–22% Р2О5). Это порошок серого цвета, не гигроскопичный, не слеживается, легко рассеивается. 70–90% фосфатов этого удобрения растворимы в 2%_м растворе лимонной кислоты. Используют как основное удобрение на дерново-подзолистых и черноземных почвах. По эффективности не уступает суперфосфатам.
Термофосфаты. Добывают плавлением фосфоритов или апатитов со щелочными солями, в состав которых входит магний. Содержат 20–30% лимонно-растворимого фосфора (в пересчете на Р2О5) и 12% MgO. Удобрение имеет щелочную реакцию. Используют на кислых почвах легкого гранулометрического состава как основное удобрение.
Томасшлак – побочный продукт металлургической промышленности. Содержит 8–20% Р2О5 и примеси кальция, магния, железа, алюминия, марганца и кремния. Это тяжелый порошок темно-серого цвета, во время внесения пылит. Имеет щелочную реакцию. Целесообразно вносить как основное удобрение на кислых почвах.
Трехзамещенные (нерастворимые в воде и труднодоступные для растений)
Фосфоритная мука. Ее получают при размалывании природных фосфоритов, поэтому удобрение имеет низкую себестоимость. По содержанию фосфора фосфоритная мука бывает высшего сорта содержание Р2О5 не менее 30%, 1_го сорта – 25%, 2_го сорта – 22% и 3_го сорта – 19%. Для местного применения используют удобрения марки А с содержанием Р2О5 не меньше 17% и марки Б – 14%. Содержание влаги допускается не более 3%. Большое значение в повышении эффективности фосфоритной муки имеет степень помола. Допускается остаток частиц, которые не проходят сквозь отверстия сита диаметром 0,18 мм, не более 10%.
Особенностью фосфоритной муки является то, что фосфор в ней находится в труднодоступной для растений форме. После внесения в почву под действием слабых кислот трикальций фосфат постепенно переходит в растворимый в слабых кислотах дикальцийфосфат и даже водорастворимый монофосфат.
Фосфоритную муку рекомендуется использовать на кислых почвах при гидролитической кислотности не ниже 2,5 мг_экв. на 100 г почвы как основное удобрение. Часто ее вносят в значительных количествах (3–5 т/га) один раз в пять лет. При таких условиях ее эффективность не уступает суперфосфату.
Эффективность фосфоритной муки значительно повышается в случае компостирования ее с торфом и навозом или при одновременном внесении с физиологически кислыми удобрениями.
Костная мука. Состоит из трудно растворимых фосфорных соединений Ca3(PO4)2 и Mg3(PO4)2. Содержит 29–34% Р2О5 и 1,2–1,7% N. На сегодня используется как минеральная добавка для корма животных.
Фосфорные удобрения вносят на всех типах почв под все культуры, разными способами и в разные сроки. Однако во время использования следует обращать внимание на их состав и свойства, вид и тип почвы, способ и сроки внесения и ряд других факторов.
В частности, следует помнить, что простые суперфосфаты имеют низкое содержание действующего вещества и значительное количество гипса, который для некоторых культур (бобовых, крестоцветных) полезен, а для некоторых совсем нежелателен.
Перенос части основного фосфорного удобрения для подкормки или замена основного внесения подкормками не целесообразны, даже водорастворимыми формами. Большое значение имеет глубокое внесение основного удобрения во влажную почву.
Эффективность фосфорных удобрений тесно связана с уровнем усваивания фосфора культурами. В среднем коэффициент усваивания фосфора из удобрений разными культурами составляет от 15 до 25%. Низкие коэффициенты усваивания фосфора удобрений обусловлены преимущественно тем, что от 50 до 85% внесенного растворимого фосфора быстро преобразуется в малодоступные для растений фосфаты кальция, железа, алюминия. Для увеличения содержания подвижных фосфатов до 1 мг на 100 г почвы с учетом выноса их урожаем на супесчаных и песчаных почвах необходимо внести 40–60 кг/га Р2О5, на легко и среднесуглинистых –60–90 и тяжелосуглинистых – 90–120 кг/га.
|
