Характеристики и особенности применения сернокислого аммония в сельском хозяйстве

Сульфат аммония (сернокислый аммоний) — высокоэффективное азотно-серное удобрение. Его физико-химические свойства делают его особенно востребованным в регионах с избыточным увлажнением и на орошаемых землях. Впервые это удобрение, полученное из аммиачной воды, применили в практике земледелия в 1860 году.

• Азот в чистой соли — 21,2 %
• Азот в техническом продукте — 20,5 %
• Содержание серы — 23–24 %
• Растворимость при 20 °С — 76,3 г на 100 см³ воды
• Плотность удобрения — 0,8 т/м³

Удобрение получают путем нейтрализации серной кислоты аммиаком. Реакция нейтрализации протекает по схеме: H2SO4 + 2NH3 = (NH4)2SO4. Образующийся в насыщенном растворе осадок отделяют центрифугированием и высушивают. Синтез коксохимического сульфата аммония из газов коксования угля обходится дешевле синтетического варианта, получаемого из чистого аммиака.

Отечественное производство удобрения стартовало в 1899 году на Щербинском руднике в Донбассе. Технология основывалась на улавливании и нейтрализации серной кислотой аммиака. Этот газ выделялся в процессе коксования каменного угля.

Синтетический продукт имеет белый цвет и содержит от 0,025 % до 0,5 % свободной серной кислоты. Коксохимический аналог окрашен в серый, синевавать или красноватый цвет из-за органических примесей — смоляных кислот и фенола. Дополнительно он содержит небольшие количества кальция, магния и кремния.

Сухой сульфат аммония обладает низкой гигроскопичностью, не расплывается на воздухе и отлично сохраняет рассыпчатость. Он практически не слеживается при хранении и легко вносится туковыми сеялками. Удобрение можно смешивать с большинством других туков непосредственно перед внесением на поле. Хорошие результаты дает приготовление смеси с фосфоритной мукой, которая эффективно нейтрализует подкисляющее действие сернокислого аммония.

Превращения удобрения в почве и процессы нейтрализации

Внесенный в почву сульфат аммония быстро растворяется и вступает в обменные реакции с почвенным поглощающим комплексом (ППК). Катионы аммония поглощаются ППК, переходят в менее подвижную форму и надежно защищаются от вымывания осадками или поливной водой. На почвах, насыщенных основаниями, реакция взаимного обмена протекает по следующей схеме:

[ППК] 4)2SO4 ⇄ [ППК]2NH4 + CaSO4

На почвах с высокой потенциальной кислотностью обменные процессы протекают иначе. В результате реакции образуется свободная серная кислота. Это приводит к подкислению почвенного раствора:

[ППК]2H + (NH4)2SO4 ⇄ [ППК]2NH4 + H2SO4

Почвенные микроорганизмы за 10–15 дней переводят значительную часть аммонийного азота в нитраты. Скорость этого процесса зависит от температуры, влажности, аэрации и реакции почвы. Биологическое окисление аммония сопровождается образованием азотной и свободной серной кислот:

(NH4)2SO4 + 4O2 = 2HNO3 + H2SO4 + 2H2O

Образующиеся кислоты нейтрализуются поглощенными основаниями, а также гидрокарбонатом кальция или калия по следующим схемам:

[ППК]Ca + 2HNO3 = [ППК]2 3)2

[ППК]Ca + H2SO4 = [ППК]2 4

2HNO3 3)2 3)2 + 2H2CO3

2HNO3 3)2 3)2 + 2H2CO3

H2SO4 3)2 = CaSO4 + 2H2CO3

H2SO4 3)2 = MgSO4 + 2H2CO3

Нейтрализация минеральных кислот сопровождается разрушением гидрокарбонатов почвенного раствора и вытеснением оснований из почвенного поглощающего комплекса водородом. Это приводит к ослаблению буферной способности почвы и повышению ее кислотности. Подкисление почвы вызывается также физиологической кислотностью сульфата аммония. Его физиологическая кислотность обусловлена большим потреблением растениями катиона NH4+, чем аниона SO42–. Последний, соединяясь с водородом, образует серную кислоту, вызывающую подкисление почвенного раствора. На буферных черноземных почвах, в особенности на южных и обыкновенных, это обстоятельство имеет не отрицательное, а скорее положительное значение, т.к. подкисление, вызванное им, способствует мобилизации значительного количества питательных веществ почвы.

На кислых дерново-подзолистых почвах сульфат аммония увеличивает не только кислотность, но и содержание подвижных форм алюминия, марганца и железа, которые, достигнув определенной концентрации, наносят вред растениям и снижают их продуктивность. Токсическое действие сульфата аммония усиливается при длительном применении его на одном месте. Поэтому на слабоокультуренных кислых дерново-подзолистых почвах без известкования сульфат аммония по своей эффективности значительно уступает нитратным формам азотных удобрений. Наиболее сильно подкисляющее действие сульфата аммония сказывается на культурах, чувствительных к почвенной кислотности: клевер, пшеница, ячмень, свекла и капуста. Для них это удобрение менее эффективно, чем нитратное. Применять его на кислых почвах можно только при условии их известкования или нейтрализации удобрения из расчета 1,2 кг размельченного известняка или 2 кг мела на 1 кг сульфата аммония. На кислых почвах хорошо сочетать внесение его с фосфоритной мукой.

Сульфат аммония является высокоэффективным азотным удобрением для картофеля, т. к. эта культура не боится подкисления почвы. Его рекомендуется вносить под рис и другие орошаемые культуры, где возможны значительные потери азота. В качестве основного удобрения сульфат аммония можно использовать на тяжелых почвах не только весной, но и осенью, не опасаясь вымывания азота. При внесении в рядки и в качестве подкормки сульфат аммония менее эффективен по сравнению с другими азотными удобрениями.

Сульфат аммония с полимерным покрытием. Содержит 20 % азота и 24 % серы, растворяется в воде более чем в три раза дольше, чем сульфат аммония без полимерного покрытия. Рекомендуется применять на сенокосах и пастбищах, размещенных на легких почвах, а также в районах орошаемого земледелия.

Традиционно используемый в сельском хозяйстве сульфат аммония в силу своей хорошей растворимости способствует в определенной степени загрязнению окружающей среды. Он не всегда обеспечивает растения азотом в критические периоды их роста и развития из-за потери его вследствие вымывания. Использование сульфата аммония с полимерным покрытием практически устраняет эти недостатки и уменьшает вымывание азота даже при высоких нормах его внесения.

Хлористый аммоний (NH4Cl) – мелкокристаллическая белая или желтоватая соль с содержанием 24-25 % азота и 66 % хлора.

Хлористый аммоний – хорошо растворимое в воде удобрение. В 100 см3 воды при температуре 20 оС растворяется 37,4 г хлористого аммония. Плотность – 0,6 т/м3. Обладает хорошими физическими свойствами, малогигроскопичен, при хранении почти не слеживается, хорошо рассеивается машинами.

Хлористый аммоний получается в качестве побочного продукта при аммонийно-содовом производстве:

NH4HCO3 3 + NH4Cl или H2 3 + CO2 3 + NH4Cl.

Раствор NaCl обрабатывается сначала NH3, затем CO2. После центрифугирования при сушке продукта NaHCO3 переходит в Na2CO3. Оставшийся раствор NH4Cl упаривается до его кристаллизации.

Количество хлористого аммония, поступающего на удобрения, за вычетом на нужды промышленности, определяется масштабом содового производства. Таким образом, в ассортименте азотных удобрений он имеется, но количество его по сравнению с другими удобрениями ограничено.

Хлорид аммония, внесенный в почву, быстро растворяется и вступает в обменные реакции так же, как и сульфат аммония. На черноземных почвах реакция взаимного обмена идет по следующей схеме:

[ППК]Ca + 2NH4Cl ⇄ [ППК]2NH4 + CaCl2, а на дерново-подзолистой почве:

[ППК]H + NH4Cl ⇄ [ППК]NH4 + HCl.

Следовательно, под влиянием применяемого хлористого аммония, кислотность почвенного раствора увеличивается.

Хлористый аммоний, как и сульфат аммония, подвергается в почве нитрификации. Однако окисление аммония до азотной кислоты идет несколько медленнее, что связано с отрицательным влиянием иона хлора на жизнедеятельность нитрифицирующих бактерий. Кроме того, хлористый аммоний так же, как и сульфат аммония, обладает физиологической кислотностью, поскольку растения поглощают катион NH4+, быстрее, чем анион Cl–. Накопление кислотного остатка в слабобуферной почве ведет, как и в случае с сульфатом аммония, к подкислению почвы, ухудшению ее физических свойств и уменьшению биологической активности. Следовательно, все мероприятия по повышению эффективности сульфата аммония в равной степени относятся и к хлористому аммонию. К ним относятся известкование почвы, предварительная нейтрализация удобрения (на 1 ц NH4Cl добавлять 1,4 ц CaCO3), применение его с щелочными солями, сочетание с органическими удобрениями.

Хлористый аммоний содержит больше азота, чем сульфат аммония, а его подкисляющее действие на почву такое же. Однако значительное количество хлора, вносимое при удобрении хлористым аммонием, заставляет соблюдать осторожность в отношении чувствительных к хлору культур (картофель, табак, виноград, клевер, гречиха, подсолнечник, люпин, лен, конопля, овощи). Так, картофель может снизить содержание крахмала на 0,7–1,5 %, табак – ухудшить качество урожая в отношении сгорания. У других культур такого значительного снижения качества урожая не наблюдается.

На легких и кислых почвах отрицательное влияние хлора проявляется сильнее, чем на более тяжелых с нейтральной или щелочной средой.

Хлористый аммоний не следует вносить в повышенных нормах под культуры, чувствительные к хлору. Вносить его надо заблаговременно, осенью. В этом случае ионы хлора легко вымываются из корнеобитаемого слоя осенневесенними атмосферными осадками.

По эффективности хлористый аммоний не уступает сульфату аммония при внесении на черноземах под сахарную свеклу, а также при средних нормах на сероземах под хлопчатник.

Сульфат аммония-натрия (NH4)2SO4∙Na2SO4 – кристаллическая соль желтого цвета. Является отходом производства капролактама и содержит 16 % азота и 9 % натрия (Nа2O).

Сульфат аммония-натрия имеет достаточно хорошие физические свойства: малогигроскопичен, почти не слеживается и хорошо рассеивается. Плотность – 0,8 т/м3. Это удобрение физиологически кислое, т.к. растения из этой соли преимущественно потребляют катион NH4+, чем ионы Na+ и SO42–. В связи с наличием натрия подкисляющее действие этого удобрения на почву несколько слабее, чем сульфата аммония.

Почвой сульфат аммония-натрия связывается в малоподвижные, но доступные для растений соединения и незначительно выщелачивается атмосферными осадками и оросительными водами. В теплую погоду он, как аммонийное удобрение, может нитрифицироваться, после чего азот может вымываться в форме нитратов. При внесении сульфата аммония-натрия на кислых почвах необходимо известкование или нейтрализация самого тука. Для устранения подкисляющего действия на 1 ц этого удобрения добавляют 1 кг размельченного известняка.

Сульфат аммония-натрия служит хорошим удобрением для сахарной свеклы и растений из семейства капустовых, отзывчивых на серу и натрий. Его используют также для подкормки сенокосов и пастбищ.

Карбонат аммония* (NH4)2CO3 – средняя углеаммонийная соль с содержанием 21–24 % азота. По внешнему виду – кристаллическое вещество белого цвета. Получают двумя способами: насыщением аммиачной воды углекислотой с последующей отгонкой карбоната аммония при температуре 70–80 оС и взаимодействием газообразного аммиака и углекислого газа в присутствии паров воды.

Карбонат аммония очень нестойкий продукт; при хранении на открытом воздухе легко разлагается с выделением летучего аммиака, постепенно переходя в кислую углеаммонийную соль – гидрокарбонат аммония (NH4НCO3). Чем продолжительнее хранение карбоната аммония и выше при этом температура воздуха, тем больше потери азота. Для уменьшения летучести аммиака предложено несколько способов хранения: прессование удобрения, обволакивание его смолистыми веществами, покрытие раствором поваренной соли.

Карбонат аммония имеет щелочную реакцию, но при внесении в почву, подвергаясь процессу нитрификации, довольно быстро переходит в нитратную форму и несколько подкисляет почвенный раствор. По действию на растения близок к аммонийной селитре и мочевине. Имеет преимущество перед сульфатом аммония, т.к. обладает меньшей физиологической кислотностью. Несмотря на это, карбонат аммония не получил широкого распространения в качестве удобрения из-за большой нестойкости при хранении. Может применяться на всех типах почв и под все культуры, нуждающиеся в азоте. Наиболее эффективен на фоне фосфорных и калийных удобрений, а также на известкованных почвах..

Бикарбонат аммония (NH4НCO3) – кислая углеаммонийная соль с содержанием 17,7 % азота. Получают на основе адсорбции газообразного аммиака и углекислоты раствором карбоната аммония:

Удобрения, отмеченные звездочкой, в настоящее время не производятся.

(NH4)2CO3 + H2O + CO2 = 2NH4НCO3. В осадок выпадает белый кристаллический гидрокарбонат аммония. Остающийся в растворе двууглекислый аммоний насыщают газообразным аммиаком:

NH4НCO3 + NH3 = (NH4)2CO3.

Карбонат аммония, образующийся в растворе, вновь используют для производства гидрокарбоната аммония.

Бикарбонат аммония используется в сельском хозяйстве как азотное удобрение в ограниченном количестве, т.к. это соединение нестойкое, легко разлагается при обычной температуре, что приводит к значительным потерям азота. За 5–6 месяцев хранения в весеннее-летний период потери азота в виде аммиака могут достигать 20–40 %. Бикарбонат аммония вносят на поверхность почвы и следом заделывают на глубину 10–12 см. В почве он распадается:

NH4НCO3 → NH3 + H2O + CO2.

Бикарбонат аммония имеет щелочную реакцию, но в результате процесса нитрификации аммония подкисляет почвенный раствор. Бикарбонат аммония обладает крайне плохой сыпучестью, что затрудняет его механизированное внесение. По эффективности это удобрение близко к аммонийной селитре и мочевине. Обладает несколько большей стойкостью по сравнению с карбонатом аммония. Преимущество перед сульфатом аммония – отсутствие балластных компонентов и более слабая физиологическая кислотность.