Характеристики та особливості застосування сірчанокислого амонію у сільському господарстві

Сульфат амонію (сірчанокислий амоній) — високоефективне азотно-сірчане добриво. Його фізико-хімічні властивості роблять його особливо затребуваним у регіонах із надмірним зволоженням та на зрошуваних землях. Вперше це добриво, отримане з аміачної води, застосували у практиці землеробства у 1860 році.

• Азот у чистій солі — 21,2 %
• Азот у технічному продукті — 20,5 %
• Вміст сірки — 23–24 %
• Розчинність при 20 °С — 76,3 г на 100 см³ води
• Щільність добрива — 0,8 т/м³

Добриво отримують шляхом нейтралізації сірчаної кислоти аміаком. Реакція нейтралізації проходить за схемою: H2SO4 + 2NH3 = (NH4)2SO4. Осад, що утворюється в насиченому розчині, відокремлюють центрифугуванням і висушують. Синтез коксохімічного сульфату амонію з газів коксування вугілля коштує дешевше за синтетичний варіант, що отримується з чистого аміаку.

Вітчизняне виробництво добрива стартувало у 1899 році на Щербинському руднику в Донбасі. Технологія ґрунтувалася на уловлюванні та нейтралізації сірчаною кислотою аміаку. Цей газ виділявся у процесі коксування кам'яного вугілля.

Синтетичний продукт має білий колір і містить від 0,025 % до 0,5 % вільної сірчаної кислоти. Коксохімічний аналог забарвлений у сірий, синюватий або червонуватий колір через органічні домішки — смоляні кислоти та фенол. Додатково він містить невеликі кількості кальцію, магнію та кремнію.

Сухий сульфат амонію має низьку гігроскопічність, не розпливається на повітрі та відмінно зберігає розсипчастість. Він практично не злежується при зберіганні та легко вноситься туковими сівалками. Добриво можна змішувати з більшістю інших туків безпосередньо перед внесенням на поле. Гарні результати дає приготування суміші з фосфоритним борошном, яке ефективно нейтралізує підкислювальну дію сірчанокислого амонію.

Перетворення добрива в ґрунті та процеси нейтралізації

Внесений у ґрунт сульфат амонію швидко розчиняється і вступає в обмінні реакції з ґрунтовим поглинальним комплексом (ҐПК). Катіони амонію поглинаються ҐПК, переходять у менш рухому форму і надійно захищаються від вимивання опадами або поливною водою. На ґрунтах, насичених основами, реакція взаємного обміну проходить за такою схемою:

[ҐПК] 4)2SO4 ⇄ [ҐПК]2NH4 + CaSO4

На ґрунтах із високою потенційною кислотністю обмінні процеси проходять інакше. У результаті реакції утворюється вільна сірчана кислота. Це призводить до підкислення ґрунтового розчину:

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

Ґрунтові мікроорганізми за 10–15 днів переводять значну частину амонійного азоту в нітрати. Швидкість цього процесу залежить від температури, вологості, аерації та реакції ґрунту. Біологічне окиснення амонію супроводжується утворенням азотної та вільної сірчаної кислот:

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

Кислоти, що утворюються, нейтралізуються поглинутими основами, а також гідрокарбонатом кальцію або калію за такими схемами:

[ҐПК]Ca + 2HNO3 = [ҐПК]2 3)2

[ҐПК]Ca + H2SO4 = [ҐПК]2 4

2HNO3 3)2 3)2 + 2H2CO3

2HNO3 3)2 3)2 + 2H2CO3

H2SO4 3)2 = CaSO4 + 2H2CO3

H2SO4 3)2 = MgSO4 + 2H2CO3

Нейтралізація мінеральних кислот супроводжується руйнуванням гідрокарбонатів ґрунтового розчину та витісненням основ із ґрунтового поглинального комплексу воднем. Це призводить до послаблення буферної здатності ґрунту та підвищення його кислотності. Підкислення ґрунту викликається також фізіологічною кислотністю сульфату амонію. Його фізіологічна кислотність зумовлена більшим споживанням рослинами катіона NH4+, ніж аніона SO42–. Останній, з'єднуючись із воднем, утворює сірчану кислоту, що викликає підкислення ґрунтового розчину. На буферних чорноземних ґрунтах, особливо на південних і звичайних, ця обставина має не від'ємне, а скоріше позитивне значення, оскільки підкислення, викликане ним, сприяє мобілізації значної кількості поживних речовин ґрунту.

На кислих дерново-підзолистих ґрунтах сульфат амонію збільшує не тільки кислотність, а й вміст рухомих форм алюмінію, марганцю та заліза, які, досягнувши певної концентрації, завдають шкоди рослинам і знижують їхню продуктивність. Токсична дія сульфату амонію посилюється при тривалому застосуванні його на одному місці. Тому на слабоокультурених кислих дерново-підзолистих ґрунтах без вапнування сульфат амонію за своєю ефективністю значно поступається нітратним формам азотних добрив. Найбільш сильно підкислювальна дія сульфату амонію позначається на культурах, чутливих до ґрунтової кислотності: конюшина, пшениця, ячмінь, буряк та капуста. Для них це добриво менш ефективне, ніж нітратне. Застосовувати його на кислих ґрунтах можна тільки за умови їх вапнування або нейтралізації добрива з розрахунку 1,2 кг розмеленого вапняку або 2 кг крейди на 1 кг сульфату амонію. На кислих ґрунтах добре поєднувати внесення його з фосфоритним борошном.

Сульфат амонію є високоефективним азотним добривом для картоплі, оскільки ця культура не боїться підкислення ґрунту. Його рекомендується вносити під рис та інші зрошувані культури, де можливі значні втрати азоту. Як основне добриво сульфат амонію можна використовувати на важких ґрунтах не тільки навесні, але й восени, не побоюючись вимивання азоту. При внесенні в рядки та як підживлення сульфат амонію менш ефективний порівняно з іншими азотними добривами.

Сульфат амонію з полімерним покриттям. Містить 20 % азоту та 24 % сірки, розчиняється у воді більш ніж утричі довше, ніж сульфат амонію без полімерного покриття. Рекомендується застосовувати на сіножатях і пасовищах, розміщених на легких ґрунтах, а також у районах зрошуваного землеробства.

Традиційно використовуваний у сільському господарстві сульфат амонію через свою добру розчинність сприяє певною мірою забрудненню довкілля. Він не завжди забезпечує рослини азотом у критичні періоди їхнього росту та розвитку через втрати внаслідок вимивання. Використання сульфату амонію з полімерним покриттям практично усуває ці недоліки та зменшує вимивання азоту навіть при високих нормах його внесення.

Хлористий амоній (NH4Cl) – дрібнокристалічна біла або жовтувата сіль із вмістом 24-25 % азоту та 66 % хлору.

Хлористий амоній – добре розчинне у воді добриво. У 100 см3 води при температурі 20 оС розчиняється 37,4 г хлористого амонію. Щільність – 0,6 т/м3. Має добрі фізичні властивості, малогігроскопічний, при зберіганні майже не злипається, добре розсіюється машинами.

Хлористий амоній отримують як побічний продукт при амонійно-содовому виробництві:

NH4HCO3 3 + NH4Cl або H2 3 + CO2 3 + NH4Cl.

Розчин NaCl обробляється спочатку NH3, потім CO2. Після центрифугування при сушінні продукту NaHCO3 переходить у Na2CO3. Розчин NH4Cl, що залишився, упарюється до його кристалізації.

Кількість хлористого амонію, що надходить на добрива, за вирахуванням потреб промисловості, визначається масштабом содового виробництва. Таким чином, в асортименті азотних добрив він є, але кількість його порівняно з іншими добривами обмежена.

Хлорид амонію, внесений у ґрунт, швидко розчиняється і вступає в обмінні реакції так само, як і сульфат амонію. На чорноземних ґрунтах реакція взаємного обміну йде за такою схемою:

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

[ППК]H + NH4Cl ⇄ [ППК]NH4 + HCl.

Отже, під впливом застосовуваного хлористого амонію кислотність ґрунтового розчину збільшується.

Хлористий амоній, як і сульфат амонію, піддається в ґрунті нітрифікації. Однак окиснення амонію до азотної кислоти йде дещо повільніше, що пов'язано з негативним впливом іона хлору на життєдіяльність нітрифікуючих бактерій. Крім того, хлористий амоній так само, як і сульфат амонію, має фізіологічну кислотність, оскільки рослини поглинають катіон NH4+ швидше, ніж аніон Cl–. Накопичення кислотного залишку в слабобуферному ґрунті веде, як і у випадку з сульфатом амонію, до підкислення ґрунту, погіршення його фізичних властивостей та зменшення біологічної активності. Отже, всі заходи щодо підвищення ефективності сульфату амонію рівною мірою стосуються і хлористого амонію. До них належать вапнування ґрунту, попередня нейтралізація добрива (на 1 ц NH4Cl додавати 1,4 ц CaCO3), застосування його з лужними солями, поєднання з органічними добривами.

Хлористий амоній містить більше азоту, ніж сульфат амонію, а його підкислювальна дія на ґрунт така сама. Проте значна кількість хлору, що вноситься при удобренні хлористим амонієм, змушує дотримуватися обережності щодо чутливих до хлору культур (картопля, тютюн, виноград, конюшина, гречка, соняшник, люпин, льон, коноплі, овочі). Так, картопля може знизити вміст крохмалю на 0,7–1,5 %, тютюн – погіршити якість урожаю щодо згоряння. В інших культур такого значного зниження якості врожаю не спостерігається.

На легких і кислих ґрунтах негативний вплив хлору проявляється сильніше, ніж на важчих із нейтральним або лужним середовищем.

Хлористий амоній не слід вносити у підвищених нормах під культури, чутливі до хлору. Вносити його треба завчасно, восени. У цьому випадку іони хлору легко вимиваються з кореневмісного шару осінньо-весняними атмосферними опадами.

За ефективністю хлористий амоній не поступається сульфату амонію при внесенні на чорноземах під цукрові буряки, а також при середніх нормах на сіроземах під бавовник.

Сульфат амонію-натрію (NH4)2SO4∙Na2SO4 – кристалічна сіль жовтого кольору. Є відходом виробництва капролактаму і містить 16 % азоту та 9 % натрію (Nа2O).

Сульфат амонію-натрію має досить хороші фізичні властивості: малогігроскопічний, майже не зстежується і добре розсіюється. Щільність – 0,8 т/м3. Це добриво фізіологічно кисле, оскільки рослини з цієї солі переважно споживають катіон NH4+, ніж іони Na+ та SO42–. У зв'язку з наявністю натрію підкислювальна дія цього добрива на ґрунт дещо слабша, ніж сульфату амонію.

Ґрунтом сульфат амонію-натрію зв'язується в малорухомі, але доступні для рослин сполуки і незначно вимивається атмосферними опадами та зрошувальними водами. У теплу погоду він, як амонійне добриво, може нітрифікуватися, після чого азот може вимиватися у формі нітратів. При внесенні сульфату амонію-натрію на кислих ґрунтах необхідне вапнування або нейтралізація самого туку. Для усунення підкислювальної дії на 1 ц цього добрива додають 1 кг подрібненого вапняку.

Сульфат амонію-натрію служить хорошим добривом для цукрових буряків та рослин із родини капустяних, чутливих до сірки та натрію. Його використовують також для підживлення сіножатей і пасовищ.

Карбонат амонію* (NH4)2CO3 – середня вуглеамонійна сіль із вмістом 21–24 % азоту. За зовнішнім виглядом – кристалічна речовина білого кольору. Отримують двома способами: насиченням аміачної води вуглекислотою з подальшою відгонкою карбонату амонію при температурі 70–80 оС та взаємодією газоподібного аміаку і вуглекислого газу в присутності пари води.

Карбонат амонію – дуже нестійкий продукт; при зберіганні на відкритому повітрі легко розкладається з виділенням леткого аміаку, поступово переходячи в кислу вуглеамонійну сіль – гідрокарбонат амонію (NH4НCO3). Чим триваліше зберігання карбонату амонію і вища при цьому температура повітря, тим більші втрати азоту. Для зменшення леткості аміаку запропоновано кілька способів зберігання: пресування добрива, обволікання його смолистими речовинами, покриття розчином кухонної солі.

Карбонат амонію має лужну реакцію, але при внесенні в ґрунт, піддаючись процесу нітрифікації, досить швидко переходить у нітратну форму і дещо підкислює ґрунтовий розчин. За дією на рослини близький до аміачної селітри та сечовини. Має перевагу перед сульфатом амонію, оскільки має меншу фізіологічну кислотність. Попри це, карбонат амонію не набув широкого поширення як добриво через велику нестійкість при зберіганні. Може застосовуватися на всіх типах ґрунтів і під усі культури, що потребують азоту. Найбільш ефективний на фоні фосфорних та калійних добрив, а також на вапнованих ґрунтах.

Бікарбонат амонію (NH4НCO3) – кисла вуглеамонійна сіль із вмістом 17,7 % азоту. Отримують на основі адсорбції газоподібного аміаку та вуглекислоти розчином карбонату амонію:

Добрива, позначені зірочкою, на цей час не виробляються.

(NH4)2CO3 + H2O + CO2 = 2NH4НCO3. В осад випадає білий кристалічний гідрокарбонат амонію. Двовуглекислий амоній, що залишається в розчині, насичують газоподібним аміаком:

NH4НCO3 + NH3 = (NH4)2CO3.

Карбонат амонію, що утворюється в розчині, знову використовують для виробництва гідрокарбонату амонію.

Бікарбонат амонію використовується в сільському господарстві як азотне добриво в обмеженій кількості, оскільки ця сполука нестійка, легко розкладається при звичайній температурі, що призводить до значних втрат азоту. За 5–6 місяців зберігання у весняно-літній період втрати азоту у вигляді аміаку можуть досягати 20–40 %. Бікарбонат амонію вносять на поверхню ґрунту і слідом заробляють на глибину 10–12 см. У ґрунті він розпадається:

NH4НCO3 → NH3 + H2O + CO2.

Бікарбонат амонію має лужну реакцію, але в результаті процесу нітрифікації амонію підкислює ґрунтовий розчин. Бікарбонат амонію має вкрай погану сипучість, що ускладнює його механізоване внесення. За ефективністю це добриво близьке до аміачної селітри та сечовини. Має дещо більшу стійкість порівняно з карбонатом амонію. Перевага перед сульфатом амонію – відсутність баластних компонентів і слабша фізіологічна кислотність.