Химизация сельского хозяйства

В настоящее время в сельском хозяйстве широко применяются минеральные удобрения, мелиоранты, пестициды, стимуляторы роста растений и другие химикаты.

Удобрения – это вещества, которые вносят в почву или воздействуют ими на растение непосредственно для улучшения питания растений.

Все удобрения делят на минеральные (не содержащие органических веществ), органические (содержащие органические и минеральные вещества) и бактериальные.

Минеральные удобрения делят в зависимости от числа питательных элементов на простые (содержат 1 элемент питания) и комплексные (содержат 2 и более элементов питания).

В зависимости от того, какой именно элемент питания содержит удобрение, различают азотные (содержат азот), фосфорные (фосфор), калийные (калий) удобрения.

1. Азотные удобрения содержат азот в виде NO₃^- или NH₄⁺

а) нитратные: чилийская (натриевая) селитра NaNO₃

норвежская селитра Ca(NO₃)₂

б) аммиачные: сульфат аммония (NH₄)₂SO₄

хлорид аммония NH₄Cl

в) аммиачно-нитратные: аммиачная селитра NH₄NO₃

г) иные азотные удобрения: карбамид (мочевина) СО(NH₂)₂

аммиак NH₃

2.Фосфорные удобрения:

простой суперфосфат Ca(Н₂PO₄)₂*2CaSО₄

двойной суперфосфат Са(Н₂РО₄)₂

преципитат СаНРО₄*2Н₂О

фосфоритная мука Са₃(РО₄)₂

костяная мука Са₃(РО₄)₂

3.Калийные удобрения:

сильвинит nKCl*mNaCl

хлорид калия КСl

сульфат калия K₂SO₄

калимаг K₂SO₄ *MgSO₄

поташ К₂СО₃.

Комплексные удобрения:

а) содержащие 2 элемента питания:

фосфорно-азотные: аммофос NH₄Н₂PO₄

диаммофос (NH₄ )₂НPO₄

ф о с ф о р н о - к а л и й н ы е: метафосфат калия КРО₃

азотно-калийные: калийная селитра KNO₃

б) содержащие 3 элемента питания - представляют собой смесь различных веществ - Ca(NO₃)₂, CaHPO₄, NH₄NO₃, KCl и т.д.:

нитрофос - содержит фосфор и нитратный азот;

нитрофоска - кроме фосфора инитратного азота содержит калий;

нитроаммофоска - включает фосфор, калий, нитратный и аммонийный азот.

Действующим веществом удобрений являются азот N, оксид фосфора Р₂О₅ и оксид калия К₂О.

Мелиоранты – это вещества, способные коренным образом улучшить почвы.

Почвы обладают низким естественным плодородием по нескольким причинам: если они засолены, имеют неблагоприятные значения рН либо неблагоприятный состав обменных катионов.

Наиболее часто в почвах могут встречаться следующие соли: NaCl, Nа₂SO₄, NaHCO₃, Na₂CO₃, MgSO₄, MgCl₂, CaCl₂, CaSO₄, Ca(HCO₃)₂

Некоторые из этих солей являются токсичными для произрастающих на данных почвах растений. Наиболее токсичными являются соединения натрия, причем их токсичность меняется в следующем ряду:

Na₂CO₃ > NaHCO₃ > NaCl > Na₂SO₄.

Кроме того присутствие в почвенном растворе солей способствует повышению осмотической силы почвенного раствора, в результате чего растения на получают необходимого количества воды и питательных элементов.

Улучшить свойства засоленных почв можно путем промывки. Однако промывка почв, содержащих карбонаты и гидрокарбонаты натрия, может привести к пептизации почвенных коллоидов и ухудшению свойств почвы.

К полезным для почв солям относят карбонаты и сульфаты кальция.

Оптимальным значением рН для большинства растений является интервал рН = 6-7. Однако многие почвы имеют сильно отличные от оптимального значения рН.

По величине рН почвы группируют следующим образом:

< 4,5 - сильно- и очень сильнокислые;

4,5-5,0 - среднекислые;

5,0-5,5 - слабокислые;

5,5-6,0 - близкие к нейтральным;

6,0-7,5 - нейтральные;

7,5-8,0 - слабощелочные;

8,0-8,5 - среднещелочные;

> 8,5 - сильнощелочные.

В почве в значительном количестве в ионообменном состоянии могут находиться следующие катионы: H⁺, Na⁺ ,К⁺, Са²⁺, Mg²⁺,А1³⁺, NH₄⁺. Практически все почвы содержат ионы Ca²⁺,Mg²⁺,K⁺и NH₄⁺. Ионы H⁺ и А1³⁺ в значительных количествах присутствуют в кислых почвах, а ионы Na⁺ - в солонцовых, обуславливая неблагоприятные свойства этих почв.

Причиной такого влияния катионов на свойства почв является переход их в почвенный раствор вследствие реакций ионного обмена. В почве обменные катионы связаны с почвенным поглощающим комплексом (ППК). ППК - совокупность минеральных, органических и органоминеральных компонентов твердой фазы почвы, обладающих ионообменной способностью.

В кислых почвах возможно протекание следующих реакций при внесении KCI:

ППК - Н + КС1→ ППК - К + НC1

ППК ≡ AI + 3 КС1 → ППК – + АIC1₃

А1С1₃ + 3Н₂О → АI(ОН)₃ + 3НC1

Образующаяся в результате этих реакций кислота НС1 способствует снижению величины рН ниже оптимальных для растений значений.

В солонцовых почвах протекает другой процесс:

ППК - Na + Н₂О → ППК - Н + NaOH

ППК - Na + Н₂О + СО₂ → ППК - Н + NaНСОз

Образование NaOH и NaHCO₃ способствует подщелачиванию почвенного раствора, в результате чего рН достигает высоких величин, также неприемлемых для нормального развития растений.

Неблагоприятные свойства почв можно улучшить при помощи химической мелиорации. Различают мелиорацию кислых, солонцовых и щелочных почв.

Мелиорация кислых почв заключается в нейтрализации кислотности почвенного раствора, вызванного присутствием обменных ионов Н⁺ и А1³⁺, при помощи карбоната кальция. Данный метод мелиорации носит название известкования:

Н СО_2↑

ППК + СаСОз → ППK=Ca + H₂CO₃

Н Н₂О

Мелиорация солонцовых почвпроводится методом гипсования, т.е. добавления гипса CaSО₄ ·H₂O. При этом происходит следующая реакция:

ППК + СаSО₄ → ППК = Са + Na₂SO₄

Мелиорация щелочных почв.Для нейтрализации щелочности, обусловленной присутствием в почве карбонатов и гидрокарбонатов натрия, используют различные кислоты. Чаще применяют серную кислоту:

Na₂CO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + H₂O + CO₂↑

Кислота не только нейтрализует соду, но и способствует вытеснению обменного натрия из ППК:

ППК +H₂SO₄ → ППК +Na₂SO₄

Кроме того, серная кислота способна образовывать другой мелиорант – гипс:

СаСО₃ + H₂SO₄ → CaSO₄ + Н₂О + СО₂↑

Nа₂СО₃ + CaSO₄ → СаСО₃ + Na₂SO₄

Такой метод мелиорации носит название кислования. Кроме кислоты возможно применение гидролитически кислых солей, которые способны оказывать действие, аналогичное кислоте, вследствие реакции гидролиза. В качестве подобных мелиорантов обычно используют железный купорос FeSO₄·7Н₂О:

FeSO₄+ 2Н₂О → Fе(ОН)₂ + H₂SO₄.

Пример 1.

Рассчитать содержание действующих веществ (К₂О, Р₂О₅) в монофосфате калия КН₂РО₄. Сколько этих веществ вносится со 120 кг удобрения?

Решение. Вычислим содержание К₂О в удобрении. 1 моль К₂О соответствует 2 молям КН₂РО₄. Масса 1 моля К₂О составляет 94 г, а масса 1 моля КН₂РО₄ - 136 г. Примем массу удобрения за 100 %, тогда массу К₂О найдем из пропорции:

100 % КН2РО4 272 г х % К2О 94 г

%

Содержание Р₂О₅ рассчитаем на основе пропорции, учитывая, что 1 моль Р₂О₅ соответствует 2 молям удобрения, а масса 1 моля Р₂О₅ равна 142 г.

100 % КН2РО4 272 г х % Р2О5 142 г

%

Поскольку содержание К₂О в удобрении составляет 34,6 %, а всего вносится 120 кг удобрения, значит К₂О:

;

с той же массой удобрения вносится определенное количество P₂O₅:

.

Пример 2.

Технический хлорид аммония, применяемый в качестве удобрения,содержит 24 % азота. Какому процентному содержанию NH₄Cl это соответствует? Сколько данного удобрения нужно взять, чтобы внести в почву 40 кг азота?

Решение. Поскольку содержание азота в удобрении составляет 24 %, значит, в 100 г этого удобрения содержится 24 г N. 1 моль N соответствует 1 молю NН₄C1. Масса 1 моля N равна 14 г, такого же количества NH₄C1 -53,5 г. Составим следующую пропорцию:

14 г N 24 г 53,5 г NH4Cl х г

г

100 г данного удобрения содержат 91,7 г NН₄C1, т.е. 91,7 %. Рассчитаем необходимое количество удобрения, содержащее 40 кг N:

100 кг удобрения 24 кг N х кг 40 кг

кг

Пример 3.

Сколько молотого известняка, содержащего 80 % СаСО₃, требуется для мелиорации 5 га, если расчетная доза СаСО₃ составляет 2 т/га?

Решение. Рассчитаем количество СаСОз, необходимое для мелиорации 5 га:

1 га ─── 2 т

5 га ─── х х=5·2 = 10т

Зная содержание СаСОз в известняке, найдем требуемое количество известняка по пропорции:

80 % ──── 10 т

100 % ─── х

Вопросы и задачи

226. Написать формулы селитр:натриевой, калийной, кальциевой, аммиачной. Расположить указанные удобрения в порядке возрастания содержания азота (расчет привести полностью). Сколько азота вносится с 80 кг каждого удобрения?

227. Техническая мочевина, применяемая в качестве удобрения, содержит около 85 % CO(NH₂)₂. Какому процентному содержанию азота это соответствует? Сколько азота содержится в 150 кг технической мочевины?

228. Технический сульфат аммония, применяемый в качестве удобрения, содержит 20 % азота. Сколько процентов (NН₄)₂SO₄ содержится вэтом удобрении? Сколько нужно взять данногоудобрения, чтобы внести в почву 60 кг азота?

229. Костяная мука, применяемая в качестве удобрения, должна по стандарту содержать не менее 30 % Р₂О₅. Какому содержанию фосфата кальция это соответствует? Сколько Р₂О₅ вносится со 180 кгкостяной муки?

230. Образец природного фосфорита содержит 30 % P₂O₅. Какова массовая доля фосфата кальция в фосфорите? Сколько фосфорита необходимо внести на 1 га, если расчетная доза P₂O₅ составляет 90 кг/га ?

231. Образец апатита содержит 24 % P₂O_5. Вычислить: а)массовую долю фосфата кальция в апатите; б) сколько килограммов апатита надо взять, чтобы в них содержалось 400 г фосфата кальция?

232. По стандарту соликамский сильвинит должен содержать 15 % К₂О. Какова массовая доля КСl в данном удобрении? Сколько К₂О вносится со 180 кг сильвинита?

233. В золе подсолнечника содержится в среднем 50 % поташа. Какому процентному содержанию К₂О в золе соответствует это содержание поташа? Сколько К₂О вносится с200 кг золы?

234. Сколько сульфата аммония надо добавить к 100 кг калийной селитры, чтобы получить в смешанном удобрении равные весовые количества азота и калия в пересчете на N и К₂О?

235. Сколько азота, К₂О и Р₂О₅ вносится в почву с 200 кг комплексного удобрения NH₄K₂PO₄? Каково содержание действующих веществ в этом удобрении?

236. Сколько азота, К₂О и Р₂О₅ вносится в почву со 150 кг комплексного удобрения (NH₄)₂KPO₄? Каково содержание действующих веществ в этом удобрении?

237. Рассчитать массовую долю азота, К₂О и P₂Os в калийной селитре и аммофосе. Сколько действующих веществ вносится со 120 кг каждого удобрения?

238. Рассчитать содержание действующих веществ в фосфате мочевины CO(NН₂)₂*Н₃PO₄. Сколько азота и Р₂О₅ вносится в почву со 150 кг этого удобрения?

239. Какое из перечисленных фосфорно-азотных удобрений – аммофос, диаммофос, фосфат мочевины CO(NH₂)₂*H₃PO₄, метафосфат аммония – является более концентрированным по суммарному содержанию азота и P₂O₅? Расчет привести полностью.

240. Какова массовая доля азота, К₂О и P₂O₅ в смешанном удобрении состава КСl + 2(NH₄)₂HPO₄? Сколько действующих веществ вносится с 200 кг этого удобрения?

241. В золе содержится около 25 % поташа. Какое количество сильвинита, содержащего 18 % К₂О, может заменить 100 кг золы?

242. В навозе содержится примерно 0,6% К₂О. Каким количеством минерального удобрения, содержащего 35% КСl, можно заменить калий, содержащийся в 1 т навоза?

243. Какое количество нитрата натрия равноценно 1 кг сульфата аммония по содержанию азота?

244. Каково процентное содержание азота в аммиачной селитре? Сколько процентов из этого количества приходится на аммиачный и сколько на нитратный азот? Сколько аммиачнойселитры необходимо, если расчетная доза азота составляет 80 кг/га?

245. Вычислить, какому количеству сульфата аммония по содержанию азота равноценны 1 кг аммофоса и 1 кг диаммофоса.

246. Какому количеству СаНРО₄ равноценны1 кг аммофоса и 1 кг диаммофоса?

247. Вычислить процентное содержание азота в цианамиде кальция CaCN₂. Сколько требуется цианамида кальция, чтобы по содержанию азота заменить 1 т аммиачной селитры?

248. Для подкормки одной из полевых культур расходуется 65 кг аммиачной селитры на 1 га. Сколько мочевины требуется, чтобы заменить это количество селитры?

249. Для удобрения требуется внести 10 кг/га азота. Какому количеству аммиачной селитры, сульфата аммония и мочевины это соответствует?

250. Какое из перечисленных удобрений – простой и двойной суперфосфат, преципитат, фосфоритная мука, аммофос, диаммофос – являяется более концентрированным фосфорным удобрением? Сколько Р₂О₅ вносится с 200 кг самого концентрированного и наименее концентрированного из удобрений? Расчеты привести полностью.

251. Написать уравнения реакций, которые протекают при мелиорации кислой почвы доломитовой мукой. Как изменится рН почвы после мелиорации? Ответ мотивировать.

252. В качестве мелиоранта кислых почв можно применять золу горючих сланцев, содержащую оксиды кальция, магния и калия. Написать уравнения реакций, протекающих в кислой почве при внесении золы.

253. Сколько молотого мела, содержащего 90 % карбоната кальция, нужно внести на 1 га, если известкование производится из расчета 3,5 т СаО на 1 гектар?

254. Сколько молотого известняка, содержащего 20 % примесей, необходимо для мелиорации 50 га, если на 1 га требуется 5 т СаСО₃?

255. Сколько мергеля, содержащего 70 % карбоната кальция, необходимо для мелиорации 10 га, если расчетная доза СаСО₃ составляет 2 т/га? Написать уравнения реакций, протекающих в кислой почве при ее мелиорации мергелем.

256. Сколько молотого известкового туфа, содержащего 25 % примесей, необходимо для мелиорации 10 га, если расчетная доза СаСО₃ составляет 3 т/га?

257. Сколько дефеката - отхода свеклосахарного производства, содержащего 60 % карбоната кальция, необходимо для мелиорации 20 га, если известкование производится из расчета 2 т/га СаСО₃?

258. Для определения гидролитической кислотности почв используют раствор ацетата натрия СН₃СООNа. Написать уравнения реакций между почвой,насыщенной ионами водорода иалюминия и раствором ацетата натрия. Почему полученные в результате реакции растворы имеют низкие значения рН?

259. Написать уравнения реакций между солонцовой почвой и: а) водой; б) водой, содержащей СО₂. Почему солонцовые почвы имеют высокие значения рН? Как можно мелиорировать такие почвы? Ответ подтвердить уравнениями соответствующих реакций.

260. Какой ион определяет неблагоприятные свойства солонцов? Какие вещества можно использовать для мелиорации солонцов? Написать уравнения реакций, протекающих при гипсовании почв. Можно ли для мелиорации солонцов применять СаСО₃? Ответ мотивировать.

261. Какое количество глиногипса, содержащего 75 % гипса, необходимо для мелиорации солонца, если расчетная доза гипса составила 2 т/га? Написать уравнения реакций, протекающих при мелиорации солонцов глиногипсомв условиях орошения, учитывая, что в глиногипсе содержится также некоторое количество карбоната кальция.

262. Какое количество фосфогипса, содержащего 68 % CaSO₄, необходимо для мелиорации солонца, если расчетная доза гипса составляет 2 т/га? Написать уравнение химической реакции, протекающей при мелиорации солонца фосфогипсом.

263. Какое количество гажи, содержащей 50 % CaSO₄, необходимо для мелиорации солонца, если расчетная доза гипса составляет 2 т/га?

264. Для мелиорации содовых солонцов, содержащих карбонаты и гидрокарбонаты натрия, применяют фосфогипс, в состав которого кроме гипса входит фосфорная кислота. Написать уравнения всех возможных реакций, протекающих в содовых солонцах при мелиорации фосфогипсом.

265. Для мелиорации щелочных почв, содержащих карбонаты кальция и натрия и гидрокарбонаты натрия, применяют серную кислоту. Написать в молекулярной и молекулярно-ионной форме уравнения всех химических реакций, протекающих при мелиорации таких почв. Какой из продуктов реакции сам является мелиорантом?

266. Почему почвы, содержащие карбонаты и гидрокарбонаты натрия, имеют высокие значения рН? Какие мелиоранты можно использовать для улучшения свойств таких почв? Ответ подтвердить уравнениями химических реакций в молекулярной и молекулярно-ионной форме.

267. Почему применение сульфата железа (II) в качестве мелиоранта относятк способу кислования? Написать в молекулярной и молекулярно-ионнойформе уравнения всех химических реакций, протекающих при внесении FeSO₄ в почву, содержащую карбонаты натрия и кальция.

268. Почему при гипсовании содовых солонцов, содержащих карбонаты натрия, не удается полностью нейтрализовать щелочность почвы? Какой способ мелиорации позволяет снизить рН почвы до нейтральных значений? Ответ подтвердить уравнениями соответствующих реакций в молекулярной и молекулярно-ионной форме.

269. Почему при кисловании содового солонца, содержащего карбонаты кальция и натрия, происходит снижение рН до нейтральных значений и насыщение почвы ионами кальция? Ответ подтвердить соответствующими реакциями в молекулярной имолекулярно-ионной форме, используя в качестве мелиоранта серную кислоту.

270. Для мелиорации солонцовых почв можно применять шлам, получающийся при осаждении серной кислоты из растворов известковым молоком. Сколько гидроксида кальция Са(ОН)₂ необходимо взять, чтобы получить количество шлама, достаточное для мелиорации 50 га почвы, если расчетная доза гипса составляет 4,3 т/га?

271. Для вытеснения обменного натрия из почвы требуется 2 т/га CaSO₄. Сколько кислоты, содержащей 80 % H₂SO₄, необходимо для полной мелиорации солонца, содержащего в мелиорируемом слое кроме СаСО₃ еще и 3,55 т/га Na₂CO₃?

272. Сколько отхода, содержащего 40 % H₂SO₄ необходимо для мелиорации 25 га солонца, если расчетная доза серной кислоты составляет 5 т/га? Сколько сульфата кальция образуется при этом в почве?

273. Для нейтрализации щелочности в почвах рисовых систем требуется вносить в соответствии с расчетом 2,5 т/га серной кислоты. Сколько отработанной кислоты, содержащей 25 % H₂SO₄, необходимо для этого? Сколько NaHCО₃ при этом нейтрализуется?

274. Сколько сернокислотного отхода, содержащего 70 % примесей, необходимо для мелиорации 10 га солонцов, если расчетная доза серной кислоты составляет 2 т/га? Сколько сульфата кальция образуется при этом в почве?

275. Сколько железного купороса, содержащего 50 % FeSO₄, необходимо для мелиорации 20 га солонцов, если расчетная доза серной кислоты составляет 2 т/га?