Удобрения с контролируемым высвобождением
Удобрение с контролируемым высвобождением ( CRF ) представляет собой гранулированное удобрение , которое постепенно выделяет питательные вещества в почву (т. е. с контролируемым периодом высвобождения ). [2] Удобрение с контролируемым высвобождением также известно как удобрение с контролируемым высвобождением, удобрение с замедленным высвобождением, удобрение с дозированным высвобождением или удобрение медленного действия. Обычно CRF относится к азотным удобрениям. На долю удобрений медленного и контролируемого высвобождения приходится лишь 0,15% (562 000 тонн) рынка удобрений (1995 г.).
История
[ редактировать ]Технологии с контролируемым выделением азота на основе полимеров, полученных в результате сочетания мочевины и формальдегида, были впервые созданы в 1936 году и коммерциализированы в 1955 году. [3] Ранний продукт имел 60 процентов общего азота, нерастворимого в холодной воде, а непрореагировавший (быстровысвобождающийся) менее 15%. Метиленмочевина метилендимочевина , например, , поступила в продажу в 1960-х и 1970-х годах и содержала 25% и 60% азота, нерастворимого в холодной воде, и непрореагировавшего азота мочевины в диапазоне от 15% до 30%.
В 1960-х годах в США Национальный центр разработки удобрений Управления долины Теннесси начал разработку мочевины, покрытой серой. Сера использовалась в качестве основного материала покрытия из-за ее низкой стоимости и ценности в качестве вторичного питательного вещества. [3] Обычно для улучшения герметизации добавляют воск или полимер. Свойства медленного высвобождения зависят от разрушения вторичного герметика почвенными микробами, а также от механических дефектов (трещин и т. д.) в капсуле. Типичным является отсроченное высвобождение от 6 до 16 недель при обработке газона. Когда в качестве вторичного покрытия используется твердый полимер, его свойства представляют собой нечто среднее между частицами с контролируемой диффузией и традиционным покрытием из серы.
Преимущества
[ редактировать ]Многие факторы мотивируют использование CRF, в том числе более эффективное использование удобрений. Иллюстрируя эту проблему, подсчитано, что в среднем 16% обычных азотных удобрений теряется в результате испарения (в виде NH 3 , N 2 O, N 2 ) или смыва аммиака. [4] [5] Еще один фактор в пользу CRT, защищающий посевы от химического повреждения ( ожога удобрений ). Избыток удобрений не только обеспечивает растения питанием, но и может быть ядовитым для одного и того же растения. Наконец, важными преимуществами являются экономические: меньшее количество применений и общее использование меньшего количества удобрений. Результаты (выходность) в большинстве случаев улучшаются более чем на 10%.
Экологические соображения
[ редактировать ]CRF обладает потенциалом снижения азотистого загрязнения, которое приводит к эвтрофикации . Эффективное использование азотных удобрений также имеет отношение к выбросам N.
2 O в атмосферу каждый год, из которых 36% приходится на деятельность человека. Антропогенный N
2 O вырабатывается микроорганизмами, воздействующими на аммиак быстрее, чем растение успевает усвоить это питательное вещество. [6]
Выполнение
[ редактировать ]Удобрения вносят либо путем подкормки почвы, либо путем смешивания удобрений с почвой перед посевом . Полимерное покрытие ингредиентов удобрений обеспечивает таблеткам и шипам «настоящее высвобождение во времени» или «поэтапное высвобождение питательных веществ» (SNR) питательных веществ удобрений. NBPT действует как ингибитор фермента уреазы . [4] Ингибиторы уреазы в концентрации 0,05 мас.% добавляются в удобрения на основе мочевины для контроля ее превращения в аммиак. [7]
Механизмы высвобождения
[ редактировать ]
Скорость выброса определяется различными основными факторами: (i) низкой растворимостью соединений во влаге почвы, (ii) разрушением защитного покрытия, нанесенного на гранулы удобрений, и (iii) превращением химикатов в аммиак. или аналогично эффективное питательное вещество для растений. [4]
Обычные удобрения растворимы в воде, питательные вещества рассеиваются. Поскольку удобрения с контролируемым высвобождением не растворяются в воде, их питательные вещества проникают в почву медленнее. Гранулы удобрений могут иметь нерастворимый субстрат или полупроницаемую оболочку, которая предотвращает растворение, позволяя питательным веществам вытекать наружу.
Определения
[ редактировать ]Ассоциация американских чиновников по контролю за продуктами питания (AAPFCO) опубликовала следующие общие определения (Официальная публикация 57):
- Удобрение с медленным или контролируемым высвобождением : Удобрение, содержащее питательные вещества для растений в форме, которая задерживает их доступность для поглощения и использования растениями после внесения или которая продлевает их доступность для растений значительно дольше, чем эталонное «быстродоступное питательное удобрение», такое как нитрат аммония или мочевина, фосфат аммония или хлорид калия. Такая задержка первоначальной доступности или продление времени постоянной доступности может происходить по разным механизмам. К ним относятся контролируемая растворимость материала в воде с помощью полупроницаемых покрытий, окклюзии, белковых материалов или других химических форм, медленного гидролиза водорастворимых низкомолекулярных соединений или других неизвестных способов.
- Стабилизированное азотное удобрение : Удобрение, к которому добавлен стабилизатор азота. Стабилизатор азота — это вещество, добавляемое в удобрение, которое продлевает время пребывания азотного компонента удобрения в почве в форме азота мочевины или аммиачного азота.
- нитрификации Ингибитор : вещество, которое ингибирует биологическое окисление аммиачного азота в нитратный азот.
- уреазы Ингибитор : вещество, которое ингибирует гидролитическое действие на мочевину фермента уреазы.
Примеры
[ редактировать ]Большинство удобрений с медленным высвобождением представляют собой производные мочевины, прямого удобрения, дающего азот. Изобутилидендимочевина («ИБДУ») и мочевиноформальдегид медленно превращаются в почве в мочевину, которая быстро усваивается растениями. IBDU представляет собой одно соединение формулы (CH 3 ) 2 CHCH(NHC(O)NH 2 ) 2 , тогда как мочевиноформальдегиды состоят из смесей приблизительной формулы (HOCH 2 NHC(O)NH) n CH 2 .
Удобрения с контролируемым высвобождением — это традиционные удобрения, заключенные в оболочку, которая разлагается с определенной скоростью. Сера является типичным герметизирующим материалом. В других продуктах с покрытием используются термопласты (а иногда и этиленвинилацетат, поверхностно-активные вещества и т. д.) для производства контролируемого диффузией выделения мочевины или других удобрений. «Реактивное многослойное покрытие» позволяет производить более тонкие и, следовательно, более дешевые мембранные покрытия путем одновременного нанесения реактивных мономеров на растворимые частицы. «Мультикот» — это процесс нанесения слоев недорогих солей жирных кислот с верхним парафиновым покрытием. В последнее время биоразлагаемые полимеры в качестве покрытий для удобрений с медленным/контролируемым высвобождением вызвали интерес из-за их способности повышать эффективность использования удобрений/пестицидов и снижать негативное воздействие на окружающую среду. [9]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Диттмар, Генрих; Драч, Манфред; Восскамп, Ральф; Тренкель, Мартин Э.; Гуцер, Рейнхольд; Стеффенс, Гюнтер (2009). «Удобрения 2-го вида». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.n10_n01 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Грегорич, Эдвард Г.; Турченек, Л.В.; Картер, MR; Анже, Денис А., ред. (2001). Словарь почвоведения и экологии . ЦРК Пресс . п. 132. ИСБН 978-0-8493-3115-2 . LCCN 2001025292 . Проверено 9 декабря 2011 г.
- ^ Jump up to: а б Дж. Б. Сартейн, Университет Флориды (2011 г.). «Питание для газона: медленновысвобождающийся азот» . Уход за территорией . Архивировано из оригинала 29 октября 2019 г. Проверено 29 декабря 2020 г.
- ^ Jump up to: а б с Пан, Баобао; Лам, Шу Ки; Мозье, Арвин; Ло, Ици; Чен, Дели (2016). «Испарение аммиака из синтетических удобрений и стратегии его смягчения: глобальный синтез». Сельское хозяйство, экосистемы и окружающая среда . 232 : 283–289. Бибкод : 2016AgEE..232..283P . дои : 10.1016/j.agee.2016.08.019 .
- ^ Лам, Шу Ки; Вилле, Ута; Ху, Ханг-Вэй; Карузо, Фрэнк; Мамфорд, Кэтрин; Лян, Ся; Пан, Баобао; Малькольм, Билл; Росснер, Юте; Сутер, Хелен; Стивенс, Джефф; Уокер, Чарли; Тан, Цайсянь; Он, Цзи-Чжэн; Чен, Дели (2022). «Удобрения повышенной эффективности нового поколения для устойчивой продовольственной безопасности» . Природная еда . 3 (8): 575–580. дои : 10.1038/s43016-022-00542-7 . ПМИД 37118587 . S2CID 251080988 .
- ^ Слосс, Лесли Л. (1992). Справочник по технологии контроля оксидов азота . Уильям Эндрю. п. 6. ISBN 978-0-8155-1294-3 .
- ^ Заман, М.; Заман, С.; Куин, БФ; Курепин Л.В.; Шахин, С.; Наваз, С.; Давар, К.М. (2014). «Улучшение роста пастбищ и эффективности мочевины с использованием ингибитора N, молибдена и элементарной серы» . Журнал почвоведения и питания растений . дои : 10.4067/S0718-95162014005000020 .
- ^ К. Ничке; Г. Шерр (2012). «Производные мочевины». Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH. дои : 10.1002/14356007.o27_o04 . ISBN 978-3527306732 .
- ^ Би, Сивен; Баринелли, Винченцо; Собкович, Маргарет Дж. (2 февраля 2020 г.). «Разлагаемый композит удобрения с контролируемым высвобождением, полученный посредством экструзии: изготовление, определение характеристик и механизмы высвобождения» . Полимеры . 12 (2): 301. doi : 10.3390/polym12020301 . ISSN 2073-4360 . ПМК 7077398 . ПМИД 32024294 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Ду, Чан-вэнь; Чжоу, Цзянь-мин; Шавив, Ави (2006). «Характеристики высвобождения питательных веществ из удобрений с контролируемым высвобождением, покрытых полимерным покрытием». Журнал полимеров и окружающей среды . 14 (3): 223–230. дои : 10.1007/s10924-006-0025-4 . S2CID 97049596 .