Энергия, выделяющаяся при окислении аммиачного азо­та до нитратного, используется бактериями для ассими­ляции углекислого газа и для других эндотермических процессов.

Существуют другие бактерии и грибки, которые про­водят нитрификацию не только аммиачного азота, но и азота органических соединений, осуществляя таким образом минерализацию органических соединений, попав­ших в почву.

В результате действия различных нитрифицирующих бактерий аммиак и органические амины, содержащиеся в больших количествах в навозе, превращаются в нит­раты. Последние попадают в грунтовые воды, водоемы и колодцы. Вследствие этого вода колодцев, расположен­ных вблизи больших ферм, часто содержит недопустимо большое количество нитратов и потому непригодна для питья и приготовления пищи.

Из азотных удобрений для нечерноземных почв наибо­лее быстродействующей и эффективной является натрие­вая NaNO₂ и кальциевая селитра Са(NОз)₂ . Однако следует иметь в виду, что при ее применении происходит подщелачивание (понижение кислотности) почв, посколь­ку растения связывают азотную кислоту и освобождают щелочь:

NaNO₃ +HaO = [HNO₂ ]+NaOH

Выше уже было написано, что нитратные ионы отно­сительно легко вымываются из почвы и потому нитрат­ные удобрения используются не полностью. Имеется и другая причина, приводящая к снижению эффектив­ности усвоения азотных удобрений, — это бактерии. В це­пи биохимических превращений аммиачного азота в ни­тратный в качестве промежуточного соединения может образоваться молекулярный азот, который и уходит из почвы в атмосферу. Таким образом, если при производ­стве азотных удобрений из молекулярного азота полу­чаются химические азотсодержащие соединения, то неко­торые бактерии осуществляют процессы в обратном на­правлении, т. е. азотсодержащие соединения превра­щаются в молекулярный азот. В результате деятельности таких бактерий происходят потери огромных количеств азотных удобрений.

В настоящее время почти каждый взрослый человек знает, что содержащиеся в пищевых продуктах соли азотной кислоты (нитраты) опасны для здоровья. А ведь еще недавно их вводили для консервирования мяса, ветчины, колбасы. Специалисты считают, что опасность заключается не в самих нитратах, а в продуктах их восстановления — нитритах, т. е. солях азотистой кисло­ты. Нитриты образуются из нитратов в желудке как чело­века, так и животных. Они-то и обладают ядовитым действием на организм. Однако дело этим не ограничи­вается. Нитриты способны нитрозировать аминные груп­пы в белках и аминокислотах, приводя к образованию нитрозаминов. Существуют указания на то, что некото­рые из нитрозаминов обладают канцерогенными свой­ствами.

В настоящее время распространение получили жид­кие удобрения. К их числу относят жидкий аммиак и аммиачную воду (20—22 % по NНз), а также растворы в жидком аммиаке или в концентрированной аммиачной воде, в которых растворяют аммиачную селитру, карба-мид, кальциевую селитру. При растворении в аммиаке NH₄ NO₂ и Са(NОз)₂ давление паров аммиака снижается и при определенной концентрации солей при обычных температурах оно становится равным атмосферному. Жидкие удобрения легче вносить на поля и удобно использовать для подкормки растений. В то же время их производство проще и дешевле, чем твердых удоб­рений.

Фосфорные удобрения. Фосфор необходим растениям для синтеза белков клеточных ядер — нуклеопротеидов, а также многих других биологически активных органи­ческих соединений. Он накапливается в растениях в до­вольно больших количествах. Растения как объекты питания обеспечивают фосфором организмы животных, а также человека. В табл. 2 приведено содержание фосфора Р в продуктах питания растительного и живот­ного происхождения.

Природа создала много кладовых фосфорного сырья, в том числе и в нашей стране. Эти кладовые состоят из апатитов и фосфоритов. Эти минералы называют фторапатитом, хлорапатитом, гидроксидапатитом. Наиболее распростра­нен фторапатит. Апатиты входят в состав изверженных магматических пород. Осадочные породы, в которых со­держится апатит с включениями частичек посторонних минералов (кварца, кальцита, глины и др.), называют фосфоритами.

В далекие геологические эпохи фосфориты образо­вались путем минерализации скелетов животных (кости, как известно, состоят в основном из фосфата кальция) или осаждением из воды фосфатных ионов ионами кальция. В природе встречаются аморфные и кристалли­ческие фосфориты. Первые легче поддаются химическому и микробиологическому разложению. Поэтому на некото­рых почвах измельченные фосфориты (фосфоритная мука) использовались в качестве удобрений без завод­ской химической переработки. Для этой же цели приме­няется костяная мука, которую получают размалыванием обезжиренных костей. Минеральная часть костной ткани состоит из гидроксидапатита. Следует от­метить, что люди применяли кости для удобрения полей с древнейших времен. Теперь мы знаем, что особенно большой эффект костяная мука дает на кислых почвах.

В прошлом на Руси были весьма популярны суточные (томленые) щи. Они вкусны и весьма полезны. Основны­ми компонентами суточных щей являются мясо с костями и квашеная капуста. Горшок со сваренными щами поме­щали в хорошо прогретую русскую печь, которая удержи­вала тепло целые сутки. Молочная и другие органи­ческие кислоты квашеной капусты способствовали рас­щеплению белков и растворению минеральной части костей. Для этого требовалось время и повышенная температура. Немногие оставшиеся свидетели вспоми­нают, что косточки в суточных щах были настолько мягкими, что могли быть пережеваны. По существу, процесс взаимодействия гидроксидапатита костей с кис­лотами напоминает переработку фосфоритов и апатитов в суперфосфат. Из малорастворимых фосфатных соеди­нений под действием кислот получаются более раство­римые кислые фосфаты кальция. Эти же химические превращения происходят при внесении костяной муки в кислые почвы.

Химическая сущность производства наиболее деше­вого фосфорного удобрения — суперфосфата — сводится к обработке фторапатита серной кислотой:

2Ca₅ F(РO₄ )₃ + 7H₂ S0₄ + ЗН₂ О == ЗСа(Н₂ Р0₄ )₂ • H₂ O + 7CaS0₄ + 2HF

Недостатком суперфосфата является низкое содержание в нем фосфора. Сульфат кальция (гипс) можно рассмат­ривать лишь как транспортный балласт. Правда, для подзолистых и супесчаных почв, в которых содержится мало серы, сульфат кальция оказывается полезным для некоторых растений, потребляющих много серы — бобо­вые, крестоцветные и др. Однако для большинства растений гипс практически бесполезен.

Для получения удобрения с более высоким содержа­нием фосфора проводят процесс в две стадии. Вначале получают фосфорную кислоту:

Получающуюся фосфорную кислоту отделяют от гипса и действуют ею на новую порцию сырья:

Ca₅ F(РO₄ )₃ + H₃ РO₄ + 5H₂ O = 5Ca₅ (H₃ РO₄ )₂ *H₂ O + HF

Образующийся продукт называют двойным суперфосфа­том потому, что в отличие -от простого суперфосфата он содержит примерно вдвое больше питательного ве­щества. Для устранения слеживаемости и обеспечения хорошей рассеиваемости суперфосфат гранулируют.

Еще одно фосфорное удобрение производят нейтрали­зацией фосфорной кислоты известковым молоком (сус­пензией гашеной извести):

Hз Р0₄ +Са(ОН)₂ = СаНР0₄ .2Н₂ О

Полученный таким образом продукт называют преципи­татом. Он обладает

При большом содержании карбонатов, т. е. при низкой кислотности почв, превращение может пойти дальше:

Са(Н₂ РO₄ )₂ +2СаСОз = Саз(Р0₄ )₂ + 2С0₂ +2Н₂ 0

В результате вновь получается малорастворимый фосфат кальция Саз(Р0₄ )₂ , который малодоступен для питания растений.

Таким образом, для эффективного использования удобрений нужно знать и регулировать кислотность почв. Наличие в почве в больших количествах соеди­нений железа (III) и алюминия (III) также снижает эффективность фосфорных удобрений, так как данные ионы образуют с фосфатными ионами малорастворимые соли.

Калийные удобрения. Человек давно заметил, что вне­сение в почву золы приводит к увеличению урожайности. О том, что ее активным началом является карбонат калия — поташ, стало ясно гораздо позже. До разработки промышленных способов производства соды поташ играл исключительно важную роль в различных производствах:

стекольном, текстильном, мыловаренном и др. Его полу­чали сжиганием древесины, обработкой водой золы с по­следующим выпариванием водного раствора. Из золы сожженного 1м³ вяза получали 0,76 кг поташа, ивы— 0,63, липы — 0,50 кг. В России лес бездумно сжигали на поташ до середины XIX в. Содержание калия в золе от сгоревших растений обычно очень высокое: в золе соломы злаков от 9 до 22 %, гречишной соломы — 25— 35, стеблей подсолнечника 36—40, торфа 0,5—4,7 %. Само слово «поташ» произошло от древнего нем. «пот» — горшок и «аш» — зола, так как щелок, получаю­щийся при обработке золы водой, выпаривался в горшках.

В организме растений калий регулирует процесс ды­хания, способствует усвоению азота и повышает накоп­ление белков и Сахаров в растениях. Для зерновых культур калий увеличивает прочность соломы, а у льна и конопли повышает прочность волокна. Калий повышает стойкость озимых хлебов к морозам и к перезимовке и овощных культур к ранним осенним заморозкам. Недостаток калия у растений проявляется на листьях. Их края приобретают желтую и темно-коричневую ок­раску с красными крапинками.

Больше всего калийных удобрений требуется для картофеля, сахарной свеклы и других клубне- и корне­плодов, а также подсолнечника, бобовых культур, гре­чихи. Зерновые хлеба характеризуются средней потреб­ностью в калии. Из почв с низким содержанием калия отличаются торфянистые, супесчаные и пойменные. Ионы калия хорошо поглощаются и удерживаются почвами и потому он в почве малоподвижен. Поскольку калийные удобрения всегда содержат соединения магния, которые, как правило, весьма гигроскопичны, то они легко отсыревают и хранить их нужно в сухом складе.

Калийные удобрения обычно применяют в сочетании с азотными и фосфорными. Естественно, что в таких случаях было бы нерационально вносить отдельно каж­дое из них. Это потребовало бы больших трудовых затрат. Поэтому часто механически или химически гото­вят смеси различных удобрений. Смешанные в опреде­ленных пропорциях различные удобрения называют туками. При подборе смесей не должно быть потерь пита­тельных веществ и перехода удобрений в малоусвояемую форму, что может быть вызвано химическим взаимодействием компонентов. Так, нельзя добавлять к аммоний­ным удобрениям удобрения щелочного характера, напри­мер поташ. Поэтому к приготовлению многокомпонент­ных удобрений должны привлекаться химики.

Другие макроэлементы, входящие в питательные ве­щества. Как уже было отмечено, почвы быстрее всего истощаются азотом, фосфором и калием. Кроме них растениям необходимы в довольно больших количествах и другие химические элементы: кальций, магний, сера, железо. Их содержание в почвах часто близко к потреб­ностям растений и их вынос с товарной продукцией относительно невысок.

Ионы кальция в растениях входят в плазму клеток и играют в ней активную роль. Они необходимы для развития корневой системы, в частности корневых во­лосков. В растениях кальций накапливается в основном в листьях и товарной части урожая. Поэтому кальций в значительной мере возвращается в почву в процессе естественного круговорота. Извне кальций обычно вно­сится в почву при ее известковании.

Известно, что процесс фотосинтеза протекает с учас­тием хлорофилла, непременной составной частью кото­рого являются ионы магния. Магний оказывает большое влияние на образование углеводов в растениях и, следо­вательно, на плодообразование. Недостаток магния в почвах выражается в появлении на листьях «мраморовидности» — белесой пятнистости, в их скручивании и по-желтении. Это начинается с краев нижних листьев. Листья при недостатке магния становятся хрупкими. При недостатке магния замедляется рост и вегетация растений, а при большом его дефиците в почве — расте­ние вовсе не вступает в фазу плодоношения.