Отзывчивость растений и почв на фосфор

08.09.2012

Первой формой фосфорных удобрений были кости животных, в которых содержится около 50% трикальцийфосфата, или 23% Р2О5. В туковой промышленности качество фосфоритов все еще определяют по содержанию в них трикальцийфосфата. В продажу фосфор идет в виде фосфатов или фосфорной кислоты. Фосфорная кислота содержит 44% фосфора.
В кости животных фосфор поступает из поедаемых ими кормов. Животные, питающиеся кормом, выращенным на богатой фосфором почве, имеют более крупные кости и обычно достигают большей величины, чем животные, питающиеся кормом с бедных фосфором почв. Если корма бедны фосфором, животные стремятся жевать кожу и кости и отличаются плохой упитанностью.
В верхнем 17-сантиметровом слое плодородной почвы может содержаться от 5600 до 11 200 кг/га Р2О5; однако большинство почв содержит значительно меньше 5600 кг/га Р2О5; на огромных площадях почвы содержат меньше 1120 кг/га Р2О5. Фосфор находится в почве преимущественно в недоступной для растений форме. Небольшие количества фосфора в почве постоянно переходят в доступную для растений форму. На большинстве почв скорость перехода фосфора в усвояемую форму слишком медленна для того, чтобы обеспечить потребность растений. Так как в почве фосфор содержится преимущественно в нерастворимой форме, то он слабо вымывается из нее; но все же небольшие количества фосфора постоянно вымываются из почвы. Вымытый из почвы фосфор уносится в реки и накапливается в океане. В сравнении с другими почвами почвы прибрежных равнин, когда-то находившиеся на дне моря, очень бедны как общим, так и усвояемым фосфором, по-видимому, морская вода извлекла фосфор из этих почв еще тогда, когда они были дном океана.
Водяные растения используют фосфор, содержащийся в морской воде. Насекомые, рыбы и моллюски поедают водяные растения, а крупные рыбы поедают в свою очередь их и т. д. Одних рыб поедают птицы, другие умирают и падают на дно океана, где накапливаются их кости, смешиваясь с раковинами и скелетами других животных. На островах, где селятся птицы, питающиеся рыбой, накапливается большое количество птичьего помета. Гуано (птичий помет) используют для удобрения почвы фосфором и в небольшой степени другими элементами питания. Через много лет птичий помет может разложиться и оставить на островах богатые фосфором и кальцием залежи.
В течение длительного периода времени дно океана поднимается из воды, в то время как земли, когда-то вышедшие из воды, опять погружаются в океан. После выхода из воды залежи извести, содержащей фосфаты, подвергаются выветриванию, известняк растворяется и уносится водой, а менее растворимые фосфориты остаются на месте и веками противостоят выветриванию.
Фосфориты представляют собой соединения кальция, фосфора, кислорода и фтора. Содержание фтора в фосфорите должно быть равно 4%, фактически же оно доходит до 6%. Наличие фтора в фосфорите значительно уменьшает растворимость фосфора. Нерастворимость, в течение тысячелетий предохранявшая фосфориты от выветривания, делает их почти недоступными для большинства удобряемых ими культур. Фосфориты, используемые для приготовления суперфосфата, содержат 33-35% Р2О5.

Добыча, экспорт, импорт и потребление фосфоритов в США в 1939 г. выражались в следующих цифрах (в т):

Примерно 1/4 добытых в США фосфоритов вывозилась за границу. Фосфориты, потребляемые внутри страны, используют главным образом для приготовления суперфосфата.
Запасы фосфатов в США, поданным 1940 г., составляют 13504207688 т, из них 5391557416 т в восточных штатах (преимущественно во Флориде и Теннесси) и 8112650272 т в западных штатах. Большая часть фосфатов, используемых внутри страны, добывается во Флориде, где разведанные запасы оцениваются в 2032000000 т, а общие запасы - в 5080000000 т. Очевидно, запасы фосфатов во Флориде, при существующих темпах потребления, могут обеспечить США на 700 лет, если все потребности страны будут покрываться только за счет этих залежей.

Суперфосфат получают путем обработки фосфоритов серной кислотой. Тонкоразмолотый фосфорит смешивают с примерно равным по весу количеством серной кислоты в верхней части высоких бетонных камер, напоминающих силосные башни. Смесь опускают на дно камер, где кислота переводит фосфаты из нерастворимой в растворимую форму. Кислота извлекает из фосфоритов 2/3 кальция и переводит их в легкодоступную форму.
Суперфосфат оставляют в камере до тех пор, пока будет использована большая часть серной кислоты, а затем хранят его в кучах до полного использования серной кислоты. Это называется «созреванием». Сернокислый кальций, образовавшийся в процессе приготовления суперфосфата, соединяется со свободной водой суперфосфата и переводит ее в кристаллизационную воду, благодаря чему суперфосфат становится сухим. В процессе «созревания» суперфосфат уплотняется и образует твердую массу. После «созревания» суперфосфат размалывают и просеивают, а затем используют в смешанных удобрениях или для непосредственного внесения в почву. Если суперфосфат вполне созрел, то он сохраняет хорошие физические свойства. Суперфосфат, отгружаемый раньше, чем прореагирует вся кислота, затвердевает, еще не достигнув места назначения. Хороший суперфосфат представляет собой смесь монокальцийфосфата и гипса.
Время, необходимое для приготовления суперфосфата, может быть сокращено путем использования избытка серной кислоты. Добавочная серная кислота реагирует с монокальцийфосфатом до образования свободной фосфорной кислоты и дополнительного количества гипса. Свободная фосфорная кислота делает суперфосфат вязким и разъедает тару. Свободную фосфорную кислоту можно нейтрализовать известью или аммиаком.
В большинстве случаев свежеосажденный суперфосфат содержит 18-19% Р2О5. Стандартный 18%-ный суперфосфат отгружают в таком виде, как он изготовлен на заводе, с небольшой добавкой доломита для нейтрализации свободной кислоты. Шестнадцатипроцентный суперфосфат можно приготовить, добавив к 18%-ному суперфосфату доломит или песок; 20%-ный суперфосфат изготовляют, добавляя тройной суперфосфат к 18%-ному суперфосфату. Добавление к суперфосфату песка не оправдывает себя; добавление тройного суперфосфата для получения 20%-ного суперфосфата из 18%-ного вносит слишком малое изменение, чтобы оказаться выгодным, не считая тех случаев, когда такое добавление бывает необходимо для доведения суперфосфата до стандарта. Разумнее и дешевле продавать свежеосажденный суперфосфат с той концентрацией фосфорной кислоты, которая в нем получилась при выпуске заводом без добавления других материалов.
Фосфорную кислоту можно изготовить, добавив к фосфориту серную кислоту в количестве, достаточном для перевода всего содержащегося в нем кальция в гипс. Фосфорная кислота растворима в воде. Гипс почти нерастворим в воде. Фосфорную кислоту можно растворить в воде и отделить от гипса путем фильтрования.
Элемент фосфор можно получить путем нагревания фосфорита (2700°) с коксом и силикатным песком. Кокс отнимает из фосфорита кислород и образует ядовитый угарный газ - окись углерода; двуокись кремния отнимает из фосфатов кальций и образует известково-силикатный шлак; фосфор выделяется в виде паров. Пары собирают, охлаждают и сгущают в жидкость, которую хранят в цистернах. Для приготовления удобрений фосфор сжигают, а затем пропускают через распыленную воду, где он превращается в фосфорную кислоту.
Тройной суперфосфат, часто называемый концентрированным суперфосфатом, получают путем обработки фосфорита фосфорной кислотой. Фосфорная кислота отнимает 2/3 кальция из фосфорита, в результате чего получают почти чистый монокальцийфосфат. «Созревание» тройного суперфосфата происходит так же, как «созревание» простого. Тройной суперфосфат отличается от простого тем, что в нем нет примеси гипса. Тройной суперфосфат содержит около 45% Р2О5 (фосфорной кислоты).
Фосфат аммония приготовляют путем пропуска аммиака через фосфорную кислоту. В фосфате аммония одна молекула аммиака обычно бывает связана с одной молекулой фосфорной кислоты; такое соединение называют аммофосом. Если же с одной молекулой фосфорной кислоты связаны две молекулы аммиака, тогда полученный продукт называют диаммофосом. Аммофос содержит 11% азота и 45% Р2О5. Диаммофос содержит около 21% азота и 53% Р2О5.
Преципитат (дикальцийфосфат) изготовляют, обрабатывая известняк фосфорной кислотой. В отличие от суперфосфата, в котором преобладает монокальцийфосфат, преципитат состоит преимущественно из двухзамещенного фосфата кальция. В нем содержится около 40% Р2О5.
Метафосфат кальция получают путем сжигания фосфора в присутствии фосфорита. Горящий фосфор берет 2/3 содержащегося в фосфорите кальция. При высокой температуре метафосфат кальция представляет собой жидкость.
Охлаждаясь, он превращается в стекловидную массу, содержащую 62-64% Р2О5. При использовании метафосфата на удобрение его предварительно тонко размалывают. Метафосфат кальция представляет собой то же самое химическое соединение, как и монокальцийфосфат в суперфосфате, только лишенное двух молекул воды. Когда метафосфат кальция вносят в почву, он присоединяет две молекулы воды и превращается в монокальцийфосфат, т. е. переходит в ту же форму, в которой фосфор содержится и в суперфосфате.

Метафосфат калия получают путем сжигания фосфора в присутствии хлористого калия. Выделяющийся хлор можно использовать в других отраслях промышленности.
Плавленый фосфат образуется при нагревании фосфоритов с силикатным песком. В ходе этого процесса значительно снижается содержание фтора. Высказывалось предположение, что плавленый фосфат представляет собой смесь альфа-трикальцийфосфата и фосфорита (апатита).
Трикальцийфосфат образуется при аммонизации суперфосфата, когда к 18%-ному суперфосфату добавляют свыше 2% аммиака. При этом трикальцийфосфат вступает в реакцию с фтористым кальцием и снова образует фосфорит. Количество вновь образующегося фосфорита увеличивается по мере повышения количества аммиака. Добавление серной кислоты к фосфориту переводит фосфор в воднорастворимую форму; добавление аммиака к суперфосфату переводит воднорастворимые фосфаты в нерастворимую в воде форму.
Томасшлак содержит около 75% извести и 8-12% Р2О5. В состав томас-шлака фосфор входит в виде основной соли кальция, точный состав которой не установлен.
Внесение извести в кислые почвы превращает воднорастворимые фосфаты в фосфаты кальция; в сильнокислых почвах растворимые фосфаты переходят в фосфаты железа, алюминия и поглощенные фосфаты, которые менее доступны для растений, чем моно- и дикальцийфосфаты. При известковании сильнокислых почв имеющиеся в них фосфаты железа, алюминия и поглощенные фосфаты не переходят непосредственно в фосфаты кальция. Но после использования растениями части фосфора фосфатов железа, алюминия и кальция фосфор, освободившийся при разложении органического вещества, будет связан скорее с кальцием, чем с железом или алюминием. Поэтому в известкованных сильнокислых почвах фосфаты, возвращающиеся в почву с растительными остатками или внесенные в виде минеральных удобрений, остаются более доступными для растений, чем в неизвесткованных почвах.
Фосфаты, внесенные в известкованную почву, отличаются большей растворимостью в слабых кислотах, чем фосфаты, внесенные в кислую почву. Слабые кислоты извлекали из фосфорных удобрений на известкованной и неизвесткованной почвах следующие количества фосфора (Швеция):

Приведенная выше различная растворимость фосфора в слабых кислотах была получена после того, как известь и фосфорные удобрения значительна повысили урожаи сельскохозяйственных культур.