Фосфор – елемент життя

[26 Липня, 2005 р.] | Рубрика: теоретичний матеріал

В організмі людини й тварин фосфор зосереджений переважно в костях, м'язових і нервових тканинах. Тіло людини містить близько 1,5 кг цього елемента. У рослині фосфор утримується в органічній і мінеральній формах, його кількість становить приблизно 1/3 кількості азоту

Мінеральна форма фосфору - це солі ортофосфорної кислоти з кальцієм, магнієм, натрієм, калієм, амонієм і іншими катіонами. Хоча їхній зміст незначно, вони беруть участь в утворенні багатьох фосфорорганічних з'єднань, життєво необхідних для рослини. Серед них найбільш важливі нуклеїнові кислоти (містять близько 20% Р2ПРО5), які безпосередньо беруть участь у синтезі білкових молекул, передачі спадкоємних ознак і перенесенні біологічної інформації. Нуклеїнові кислоти з білками утворять складні білки - нуклеотиди, які втримуються в ембріональній тканині й клітинному ядрі. Важлива група - фосфопротєїди - з'єднання білків з фосфорною кислотою, вони є основою всіх білків ферментів

Фосфатиди - складні ефіри гліцерину, жирних кислот і фосфорної кислоти, необхідні для побудови білково-ліпідних клітинних мембран і регулювання їх проникності

Значна частина фосфору в рослині входить до складу запасної речовини - фітину, що є джерелом цього елемента при проростанні насінь

Важлива група фосфорорганічних з'єднань перебуває в тканині рослини - цукрофосфаты, які утворяться під час розщеплення вуглеводів. Фосфор входить до складу вітамінів і багатьох ферментів. Фосфор має велике значення в енергетичному обміні й у різних процесах обміну речовин в рослині.

Більша частина фосфору перебуває в репродуктивних і молодих органах вегетуючих рослин, де інтенсивно проходять процеси синтезу органічних речовин. Фосфор має властивість переміщатися від старих до молодих органів і використовуватися повторно (процес реутилізації). Цей елемент сприяє якнайшвидшому дозріванню рослин, поліпшує водний режим і використання рослинами води. Оптимальне фосфорне харчування сприяє гарній перезимівлі озимих за рахунок кращого синтезу вуглеводів

Існує тісний зв'язок між азотним і фосфорним харчуванням. При недоліку фосфору в тканині рослини накопичується нітратний азот і вповільнюється синтез білків

У молодому віці рослини особливо чутливі до недоліку фосфору , коли їхня коренева система слаборозвинена й має низьку поглинаючу здатність. У той же час фосфор поліпшує розвиток кореневої системи на початку вегетації (роль локального добрива).

Велике значення має достатнє забезпечення рослин фосфором у період формування репродуктивних органів. Його недолік у цей період затримує дозрівання рослин, знижує врожай і його якість

Недолік фосфору чітко проявляється на процесах росту й розвитку рослин і на їхньому зовнішньому вигляді: припиняється ріст стебел і листів, різко знижується насінна продуктивність

Листи рослин стають (спочатку по краях, а потім і по всій поверхні) сіро-зеленого, червоного або червоно-фіолетового фарбування. Зокрема, у кукурудзи зелені листи стають фіолетовими, у цукрового буряка - інтенсивно пурпурними. Краю листів картоплі закручуються нагору й темніють, у томатів з нижньої сторони листової пластинки з'являється багряне фарбування

Ознаки фосфорного голодування наочно проявляються на початку росту рослини, коли воно має слаборозвинену кореневу систему, нездатну засвоювати важко розчинні з'єднання фосфору із ґрунту

Зміст з'єднань фосфору в ґрунті

Основним джерелом фосфору для рослин є ґрунт. У ґрунтах валовий зміст фосфору значно нижче, ніж азоту й калію, і коливається в межах 0,04-0,22%, а запас його в орному шарі становить 1,2-6,6 т/га.

Зміст і запаси фосфору залежать від гранулометричного складу ґрунту й змісту в ній гумусу. Бідні по змісту загального фосфору дерено-підзолисті й супіщані ґрунти. Більше загального фосфору втримується у верхніх шарах ґрунту, що пов'язане з діяльністю рослин, активним поглинанням його ґрунтом і внесенням добрив. У більшості ґрунтів зміст мінеральних форм фосфору переважає над органічним

В органічній формі фосфор входить до складу гумусу (0,8-2,46%), фітатов, нуклеїнових кислот, фосфатидів, цукрофосфатів і інших органічних речовин, які практично недоступні для харчування рослин

У материнській породі фосфор утримується у вигляді фторапатиту Ca5F(PO4)3 і гидроксилопатіта Ca5OH(PO4)3. У процесі руйнування цих первинних фосфорвмістних мінералів утворяться вторинні мінеральні з'єднання фосфору, які містять різні солі ортофосфорної кислоти

По доступності для харчування рослин всі мінеральні з'єднання фосфору в чорноземних ґрунтах підрозділяють на три групи

1. Водорозчинні солі - однозаміщені фосфати кальцію, магнію й одновалентних катіонів (калію, натрію, амонію й т.д.): Ca(H2PO4)2, Mg(H2PO4)2, KH2PO4, NH4H2PO4. Всі вони доступні для харчування рослин

2. Солі, розчинні в слабких кислотах, - двохзаміщені: Ca_PO4, MgHPO4. Частково доступні для харчування рослин

3. Солі фосфорної кислоти, розчинні в мінеральних кислотах, - тризаміщені:

Ca3(PO4)2, Mg3(PO4)2. Частково можуть використовуватися культурами, коренева система яких здатна виділяти слабкі органічні кислоти (люпин, гречка, горох, гірчиця й т.д.).

У кислих ґрунтах (дерено-підзолистих, червоноземах) утворяться фосфати полуторооксидфв AlPO4 і FePO4, а також основні солі заліза й алюмінію - Fe2(OH)3PO4, Al2(OH)3PO4, які характеризуються слабкою розчинністю й незадовільною доступністю для рослин

Інтенсивне хімічне поглинання, характерне для фосфорної кислоти, спричиняється слабку рухливість її солей. Вимивання фосфатів у нижні шари ґрунту відбувається переважно під час міграції долілиць колоїдів, які переносять хімічно поглинений фосфор. У випадку інтенсивного внесення фосфорних добрив він накопичується у верхніх шарах ґрунту, і його надлишок спричиняється зафосфачування ґрунтів

Фосфорні добрива

Основною сировиною для виробництва фосфорних добрив є природні фосфовмістні руди - апатити (до 30%) і фосфорити (15-35% Р2ПРО5), а також багаті фосфором відходи металургійної промисловості. Запаси фосфорних руд в Україні незначні й характеризуються низькою якістю

Для виробництва фосфорних добрив використовують два способи:

1) термічний - обробка руд високою температурою;

2) екстракційний - розкладання руд сірчаною кислотою або сумішшю сарною й азотної кислот. По ступені розчинності фосфорні добрива ділять на три групи:

1) водорозчинні й легко доступні для всіх рослин (однозаміщені) - різні види суперфосфатів і суперфос;

2) нерозчинні у воді, але розчинні в слабких кислотах (лимонної) або луго-лимонних розчинах (двохзаміщені), частково доступні для харчування рослин, - преципітат, обесфторенний фосфат, термофосфати, томасшлак і мартенівський фосфатшлак;

3) нерозчинні у воді й слабких кислотах (тризаміщені), важкодоступні для рослин, - фосфоритне й кісткове борошно, вівіаніт.

Однозаміщені водорозчинні фосфати

Суперфосфат простій. Промисловість випускає порошкоподібний (14-16% Р2ПРО5 і до 5,5% Н3РО4) і гранульований (19,5% Р2ПРО5 і до 3% Н3РО4) суперфосфати

Однак порошкоподібний суперфосфат має ряд недоліків. Він швидко поглинається ґрунтом, тобто більше переходить у важко доступну форму, дуже порошить, що ускладнює його рівномірне внесення, гігроскопічний, хімічно кислий

Гранульований суперфосфат менш гігроскопічний, має кращу сипкість і менш виражену кислотність.Однак, як і простій, він містить значну кількість баласту (CaSO4) і вимагає значних витрат на вантажно-транспортні роботи й внесення. Суперфосфати краще використовувати для локального внесення в рядки для підгодівлі і як основне добриво

Після внесення на нейтральних ґрунтах водорозчинний суперфосфат швидко перетвориться в слаборозчинний дифосфат кальцію, а у випадку присутності карбонатів - у труднорастворімий трифосфат кальцію (процес ретроградації).

На кислих ґрунтах після внесення суперфосфатів можуть утворюватися слаборозчинні, важкодоступні для рослин фосфати заліза й алюмінію

Таким чином, суперфосфати краще вносити в невеликих дозах локально під час посіву й протягом вегетації рослин для підгодівель. При цьому коефіцієнт використання фосфору рослиною збільшується в 1,5-2 рази

Подвійний суперфосфат. Має високе (42-49%) зміст доступного фосфору й не містить гіпсу. Зміст вільної фосфорної кислоти - до 1,5%. Хімічні й фізичні властивості подвійного суперфосфату такі ж, як і в простого гранульованого суперфосфату, однак економічна ефективність його використання значно вище. Використання цього добрива обмежено у зв'язку з його високою ціною. Під час виробництва гранульованого суперфосфату в гранули можна вводити мікроелементи (0,1-0,2%): бор, молібден, марганець, мідь, цинк і т. д.

Двохзаміщені (розчинні в слабких органічних кислотах)

Преципітат. Порошок білий або ясно-сірий кольори, не гігроскопічний, не злежується, добре розсіюється. Містить від 25 до 35% Р2ПРО5, що розчиняється в лимонній кислоті. По ефективності наближається до подвійного суперфосфату, доступний для харчування рослин. Преципітат можна використовувати як основне добриво під різні культури на всіх типах ґрунтів. Однак, оскільки фосфат преципітату менше зв'язується в ґрунті, його краще вносити на багатих полуторооксидами кислих ґрунтах. На чорноземних ґрунтах по ефективності він наближається до суперфосфату.

Обесфторенний фосфат. Нове малопоширене добриво. Добувають обробкою водяним паром при температурі 1 400°С апатитів (30–32% Р2ПРО5) або фосфоритів (20–22% Р2ПРО5). Це порошок сірого кольору, не гігроскопічний, не злежується, легко розсіюється. 70-90% фосфатів цього добрива розчинні в 2%_м розчині лимонної кислоти. Використовують як основне добриво на дерено-підзолистих і чорноземних ґрунтах. По ефективності не уступає суперфосфатам

Термофосфати. Добувають плавленням фосфоритів або апатитів з лужними солями, до складу яких входить магній. Містять 20-30% лимонно-лимонно-розчинного фосфору (у перерахуванні на Р2ПРО5) і 12% Mg. Добриво має лужну реакцію. Використовують на кислих ґрунтах легені гранулометричного складу як основне добриво

Томасшлак - побічний продукт металургійної промисловості. Містить 8-20% Р2ПРО5 і домішки кальцію, магнію, заліза, алюмінію, марганцю й кремнію. Це важкий порошок темно-сірого кольору, під час внесення порошить. Має лужну реакцію. Доцільно вносити як основне добриво на кислі ґрунтах

Тризаміщені (нерозчинні у воді й важкодоступні для рослин)

Фосфоритне борошно. Її одержують при розмелюванні природних фосфоритів, тому добриво має низьку собівартість. По змісту фосфору фосфоритне борошно буває вищого сорту зміст Р2ПРО5 не менш 30%, 1_го сорту - 25%, 2_го сорту - 22% і 3_го сорту - 19%. Для місцевого застосування використовують добрива марки А с змістом Р2ПРО5 не менше 17% і марки Б - 14%. Зміст вологи допускається не більше 3%. Велике значення в підвищенні ефективності фосфоритного борошна має ступінь млива. Допускається залишок часток, які не проходять крізь отвори сита діаметром 0,18 мм, не більше 10%.

Особливістю фосфоритного борошна є те, що фосфор у ній перебуває у важкодоступній для рослин формі. Після внесення в ґрунт під дією слабких кислот трикальцфй фосфат поступово переходить у розчинний у слабких кислотах дикальцийфосфат і навіть водорозчинний монофосфат.

Фосфоритне борошно рекомендується використовувати на кислих ґрунтах при гідролітичний кислотності не нижче 2,5 мг_экв. на 100 г ґрунти як основне добриво. Часто неї вносять у значних кількостях (3-5 т/га) один раз у п'ять років. За таких умов її ефективність не уступає суперфосфату

Ефективність фосфоритного борошна значно підвищується у випадку компостування її з торфом і гноєм або при одночасному внесенні з фізіологічно кислими добривами

Кісткове борошно. Складається з важко розчинних фосфорних з'єднань Ca3(PO4)2 і Mg3(PO4)2. Містить 29-34% Р2ПРО5 і 1,2-1,7% N. На сьогодні використовується як мінеральна добавка для корму тварин

Фосфорні добрива вносять на всіх типах ґрунтів під всі культури, різними способами й у різний термін. Однак під час використання варто звертати увагу на їхній склад і властивості, вид і тип ґрунту, спосіб і строки внесення й ряд інших факторів

Зокрема, варто пам'ятати, що прості суперфосфати мають низький зміст діючої речовини й значна кількість гіпсу, що для деяких культур (бобових, хрестоцвітних) корисний, а для деяких зовсім небажаний

Перенос частини основного фосфорного добрива для підгодівлі або заміна основного внесення підгодівлями не доцільні, навіть водорозчинними формами. Велике значення має глибоке внесення основного добрива у вологий ґрунт

Ефективність фосфорних добрив тісно пов'язана з рівнем засвоювання фосфору культурами. У середньому коефіцієнт засвоювання фосфору з добрив різними культурами становить від 15 до 25%. Низькі коефіцієнти засвоювання фосфору добрив обумовлені переважно тим, що від 50 до 85% внесеного розчинного фосфору швидко перетвориться в малодоступні для рослин фосфати кальцію, заліза, алюмінію. Для збільшення змісту рухливих фосфатів до 1 мг на 100 г ґрунти з урахуванням виносу їхнім урожаєм на супіщаних і піщаних ґрунтах необхідно внести 40-60 кг/га Р2ПРО5, на легко й среднесуглинистих -60-90 і тяжелосуглинистих - 90-120 кг/га.