Тема 6. Фосфорні добрива.

Головне джерело фосфору для рослин у природних умовах – солі ортофосфорної кислоти (Н2РО4). Ортофосфорна кислота може дисоціювати на три аніони: Н2РО4 ^(-), НРО4^(2–), РО4^(3–). У ґрунтових умовах, коли рН розчину коливається від 5 (дерново-підзолисті ґрунти) до 7 (чорноземи), рослини мають у своєму розпорядженні головним чином іон Н2РО4 ^(-) та НРО4^(2–).

За вегетаційний період рослини споживається із ґрунту з 1 га від 20 до 60 кг Р2О5. Найбільший вміст фосфору в зерні, менше − в соломі, тому значна частина засвоєного рослинами фосфору разом із зерном й іншою товарною продукцією відчужується з ґрунту господарства. Якщо запаси азоту в ґрунті поповнюються за рахунок фіксації азоту з повітря, то відносно фосфору немає інших джерел для його поповнення в ґрунтах, крім фосфорних добрив.

Фосфор входить в склад нуклеїнових кислот та нуклеопротеїдів, які беруть участь у побудові цитоплазми і ядра кліток. Він міститься у фітині − запасній речовині насіння, який використається як джерело фосфору під час проростання, а також у фосфатидах, цукрофосфатах, вітамінах і багатьох ферментах. У тканинах рослин присутні в невеликих кількостях також неорганічні фосфати, які відіграють важливу роль у створенні буферної системи клітинного соку та служать резервом фосфору для утворення різних фосфорорганічних сполук.

Фосфорне живлення сільськогосподарських культур підвищує врожай і поліпшує його якість. У хлібів збільшується частка зерна в загальній масі, зерно стає більше багатим крохмалем. У коренеплодах і плодах накопичується більше вуглеводів. Прядильні культури мають більш довге й міцне, тонке волокно. Підвищений вміст розчинних вуглеводів у клітинному соку знижує температуру замерзання рослин. Це приводить до посилення зимостійкості озимих культур і багаторічних бобових трав під впливом фосфорних добрив, внесених з осені. Збільшується міцність соломини й стійкість до полягання в хлібів.

Вміст фосфору, розраховуючи на Р2О5 у ґрунтах коливається від 0,03 до 0,2%, а загальний запас його більший в ґрунтах з високим змістом органічної речовини – від 1500 до 6000 кг на 1 га в орному шарі ґрунту. Основна маса фосфору перебуває у формі мінеральних й органічних сполук, недоступних для рослин.

У результаті діяльності рослин і мікроорганізмів у ґрунтах накопичуються також органічні сполуки фосфору. Вони представлені нуклеопротеїдами, фітином, фосфатидами, цукрофосфатами та іншими органічними сполуками, що входять до складу рослин і мікроорганізмів, а також в склад гумусу. Органічні фосфати в ґрунті мінералізуються різними мікроорганізмами.

З безлічі мінералів, які мають у своїй будові фосфор, тільки апатити та фосфорити є сировиною для виробництва фосфорних добрив. Крім фосфатних мінералів, фосфорити (Са3(РО4)2) містять багато домішок, серед яких є полуторні окисли, пісок, глина тощо. Емпірична формула апатиту Ca5(PO4)3F або [Ca3(PO4)2]3·CaF2. Фторид кальцію може бути заміщиний хлоридом, карбонатом, гідроксилом. Відповідно розрізняють фтор-апатит, хлор-апатит, карбонат-апатит, гідроксил-апатит.

Всі види фосфорних добрив, що є кальцієвими солями фосфорної кислоти, діляться на 3 групи: розчинні у воді (однозаміщені, наприклад, Са(Н2РО4)2), напіврозчинні двухзаміщені (не розчинні у воді, але розчиняються в слабких кислотах й тому доступні рослинам, наприклад СаНРО4), трьохзаміщені (нерозчинні у воді й погано розчинні в слабких кислотах, фосфати яких не засвоювані для переважної більшості культур, наприклад, Са(РО4)2).

Однозаміщені фосфати. Головним представником цієї групи є простий суперфосфат. На 1т сировини витрачається близько 1 т кислоти й одержують до 2 тон готової продукції. Тому, для його виготовлення необхідно брати високопроцентні фосфати (32–40% Р2О5), щоб одержати суперфосфат з 16–20% Р2О5. Простий суперфосфат (Ca(Н2РО4)2+2СаSO4) є найбільш поширеним фосфорним добривом. Головним недоліком його є те, що значну частину його маси складає баласт − сульфат кальцію, який сильно здорожує транспортування цього добрива. Випускається порошкоподібний та гранульований суперфосфат. Простий суперфосфат – гарне добриво для всіх типів ґрунтів, особливо де рослини добре озиваються ще й на сірку, що задовольняється присутністю в ньому гіпсу. Тому, в нашій країні й за кордоном простий суперфосфат найбільш популярне фосфорне добриво. Однак низький зміст фосфору здорожчує його транспортабельність, а отже, і економічну ефективність. Порошкоподібний суперфосфат - речовина темно-сірого (з фосфориту) або ясно-сірого (з апатиту) кольорів. Гранульований суперфосфат (20-22% Р2О5) має непогані фізичні властивості, при зберіганні не злежується, а при внесенні добре розсіюється. Однією з головних його переваг перед порошкоподібним суперфосфатом є те, що він менше контактує із частками ґрунту, чим послабляється закріплення Р2О5  ґрунтом. Концентрований суперфосфат (подвійний і збагачений). Технологія його виробництва включає дві фази. Спочатку обробляють фосфорит кислотою для отримання вільної фосфорної кислоти. Потім, відокремивши фільтруванням фосфорну кислоту від гіпсу, обробляють нею нову порцію високопроцентної фосфатної сировини. Виходить концентрований суперфосфат, тобто монофосфат кальцію з невеликою кількістю домішок. Подвійний суперфосфат (Ca(H2PO4)2∙H2O+H3PO4) містить 40,0-50,0% P2O5.

Суперфос. Одержують суперфос при неповному розкладанні фосфоритів фосфорною кислотою. Таким же способом одержують і подвійний суперфосфат. Але для одержання суперфосу фосфорної кислоти береться менше, тому розкладання виходить частковим. По своїй дії на врожай це добриво – краще серед фосфорних добрив. Загальний вміст Р2О5 доходить до38%, а засвоюваної частки – до 19%.

Метафосфат кальцію. Це просте добриво, оскільки він містить лише одну дефіцитну для рослин у ґрунті поживну речовину – фосфор. У воді не розчинний, але розчиняється в нейтральному лимоннокислому амонії, а це значить, що добриво є джерелом доступного рослинам фосфору. Метафосфат кальцію містить близько 64% Р2О5 й є концентрованим фосфорним добривом.

Двозаміщені фосфати. Преципітат. По зовнішньому вигляду – білий або ясно-сірий порошок. На кислих ґрунтах навіть перевершує суперфосфат за дією на врожайність сільськогосподарських культур. Одержують преципітат нейтралізацією фосфорної кислоти вапняним молоком (суспензія гідрату окису кальцію). Вміст Р2О5 у преципітаті, залежно від якості вихідної сировини, від 25-27 до 30-35%. Це добриво розчиняється в лимоннокислому амонії та доступне рослинам. Вносять у ґрунт у тих же нормах, що й супефосфат.

Знефторений фосфат. Ca4P2O9·CaSi3. Сутність процесу його одержання зводиться до прожарювання при 1400-1450ºС апатиту (з додаванням 2-3% кремнезему) або фосфориту (з додаванням вапна) у присутності водяної пари. У цих умовах руйнується кристалічна решітка апатиту та на 90% видаляється фтор. При обробці апатиту це добриво містить 30-32% Р2О5, а при прожарюванні фосфориту – 20-22%.

Томасшлак – Ca5(PO4)2∙CaО. Це побічний продукт переробки залізних руд, багатих фосфором, за способом Томаса. Вміст доступного рослинам Р2О5 коливається від 7 до 20%. Використовується тільки як основне добриво. Краще діє на кислих ґрунтах, тому що має лужну реакцію.

Мартенівський фосфатшлак. При одержанні сталі із чавуну в мартенівському виробництві додають вапно для зв'язування фосфору. Відходом є шлаки, ще більш бідні на фосфор, ніж томасшлак. Вони містить подвійну сіль тетрафосфату кальцію та силікату кальцію, залізо, марганець, магній й інші речовини. Вміст Р2О5 від 8 до 12%. Майже вся вона розчинна в лимонній кислоті. Реакція добрив сильно лужна. Вносять тільки як основне добриво на кислі та слабко кислі ґрунти.

Трьохзаміщені фосфати. Фосфорне борошно. Одержують фосфорне борошно розмелюванням фосфориту до стану тонкого борошна. Фосфор міститься у вигляді гідроксилу-апатиту, карбонат-апатиту, фторапатиту й перебуває у формі Са(РО4)2. Ці сполуки нерозчинні у воді, слабких кислотах і слабко доступні для більшості культур. Вміст Р2О5 у вищому сорті фосфоритного борошна 25%, у першому – 22, у другому – 19%.