8.Калийные удобрения. Классификация и ассортимент. Состав, получение, свойства. Взаимодействие с почвой. Условия эффективного применения.

Источники получения калийных удобрений– природные соли.

Крупнейшее месторождение калийного сырья в России (Верхнекамское) расположено около городов Соликамск и Березники. Ближе к поверхности земли находится слой карналлита KCl·MgCl2·6H2O. Под ним залегает мощный пласт сильвинита KCl·NaCl, представляющего собой смесь минералов сильвина KCl (20-40 %) и галита NaCl (60-80 %). Сильвинит – это минерал с пёстрой окраской, образованной сочетанием красного, розового, белого и голубого цветов. Содержание калия в нём варьирует от 10 до 25 %.

Заволжское месторождение находится на территории Саратовской, Оренбургской областей и Башкирии. Наряду с каинитом KCl·MgSO4·3H2O, включает минералы, которые содержат калий в форме сульфата: полигалит K2SO4·MgSO4·2CaSO4·2H2O и глазерит 3K2SO4·Na2SO4.

Промышленные залежи бесхлорных минералов лангбейнита K2SO4·2MgSO4 и шенита K2SO4·MgSO4·6H2O расположены на Украине.

Классификация калийных удобрений. Выделяют три группы:

1) Концентрированные;

2) Сырые соли;

3) Отходы промышленности.

Ассортимент калийных удобрений. В настоящее время калийные удобрения в России используются мало. Основным удобрением, как и в прежние годы, остаётся хлористый калий. Кроме того, значительная часть калия применяется в составе комплексных удобрений.

Концентрированные удобрения получают путём промышленной переработки калийных руд. В наибольших количествах выпускается хлористый калий – 80-90 % от общего производства калийных удобрений.

Хлористый калий (хлорид калия) KCl (КХ) содержит 54-62 % К2О. Получают из сильвинита. Отделение сильвина от галита может производиться несколькими способами.

Наиболее распространённый в России флотационный основан на различной способности сильвина и галита к смачиванию водой. Измельчённую руду взмучивают в воде и добавляют реагент-собиратель (жирные амины), который адсорбируется только поверхностью частиц сильвина. Затем через пульпу продувают воздух, сильвин вместе с пузырьками воздуха всплывает на поверхность в виде пены, а галит остаётся на дне. Высушивая пену, получают флотационный хлористый калий – кристаллическую соль розового цвета с красноватым оттенком, хорошо растворимую в воде, обладающую благодаря гидрофобному реагенту-собирателю слабой гигроскопичностью и слёживаемостью.

Реже используется галургический способ, основанный на неодинаковой растворимости хлоридов калия и натрия в воде при разных температурах. Размолотый сильвинит обрабатывают нагретым до 100-110 оС насыщенным раствором NaCl (растворительным щёлоком). Растворяется в щёлоке только сильвин, галит выпадает в осадок и удаляется. Полученный раствор охлаждают до 20 оС, растворимость NaCl при снижении температуры практически не изменяется, а растворимость KCl уменьшается в два раза, и он наполовину выпадает в осадок. Полученный галургический хлористый калий – белая или светло-серая мелкокристаллическая соль. Более гигроскопичен по сравнению с флотационным, часто слёживается.

Для улучшения физических свойств оба вида хлористого калия гранулируют. Гранулированный хлористый калий – это красно-бурые гранулы неправильной формы размером 1-4 мм.

Существенный недостаток хлористого калия – содержание хлора (около 1 кг на 1 кг К2О), оказывающего негативное влияние на урожайность и качество продукции чувствительных к нему культур (картофеля, гречихи, льна и др.)

Калийная соль KCl + KCl∙NaCl (ККС) содержит 40-44 % К2О (С 50). Получают смешиванием хлористого калия и размолотого сильвинита. Белый или светло-серый мелкокристаллический порошок с включением более крупных кристаллов белого, красного, серого, голубого цветов. Хорошо растворяется в воде. Гигроскопична, может слёживаться. Содержит 1,5-2 кг хлора на 1 кг К2О.

Хлоркалий-электролит (калий-электролит) KCl содержит 32-45 % К2О. Отход при производстве магния из карналлита, поэтому содержит немного магния. Пылящий мелкокристаллический порошок белого с жёлтым оттенком цвета. Выпускается также гранулированный калий-электролит, обогащённый магнием (6-7 % MgO).

Сульфат калия (сернокислый калий) K2SO4 (КС) содержит 46-50 % К2О. Получают при переработке полиминеральных калийных руд (лангбейнита, шенита). Используется также

технология производства сульфата калия методом обменного разложения хлористого калия Верхнекамского месторождения и сульфата магния:

2KCl + 2MgSO4 → K2SO4∙MgSO4 + MgCl2;

K2SO4∙MgSO4 + 2KCl → 2K2SO4 + MgCl2.

Разделение продуктов реакции основано на том, что сульфат калия хуже растворяется в воде, чем хлорид магния, и выпадает в осадок.

Мелкокристаллический порошок белого, слабо-жёлтого или красного цвета. Растворяется в воде. Негигроскопичен, не слёживается. Не содержит хлора, к преимуществам перед хлористым калием можно также отнести наличие в удобрении серы. При всех положительных качествах, очень дорогое удобрение, в связи с чем применяется в незначительных количествах.

Калимагнезия (сульфат калия-магния, шенит) K2SO4∙MgSO4 содержит 26-29 % К2О и 8-10 % MgO (С 50). В основном получают перекристаллизацией шенита. Сильнопылящий порошок белого с сероватым или розоватым оттенком цвета либо белые с серым оттенком гранулы неправильной формы. Растворяется в воде. Негигроскопична, не слёживается.

Калимаг (калийно-магнезиальный концентрат) K2SO4∙2MgSO4 содержит 16-20 % К2О и 8-10 % MgO (С 50). Производится большей частью из лангбейнита. Мелкие гранулы серого цвета. Растворяется в воде. Негигроскопичен, не слёживается.

На базе Верхнекамского месторождения производится также калимаг хлористый КCl∙MgCl2 с содержанием 28-40 % К2О, 2-6 – MgO.

Концентрированные удобрения можно использовать на всех почвах, за исключением засолённых и солонцов, под все культуры. Магнийсодержащие формы должны в первую очередь применяться на лёгких и торфяных почвах, обеднённых не только калием, но и магнием, а также под требовательные к магнию культуры. Сульфатные удобрения следует, прежде всего, вносить под чувствительные к хлору культуры, хлоридные в этом случае применять нежелательно. Содержание натрия в калийной соли позволяет с успехом использовать её для удобрения сахарной свёклы и кормовых корнеплодов.

Концентрированные удобрения могут использоваться для основного внесения, кроме того, если это необходимо, при посеве культур и в подкормки.

Сырые соли. Получают размолом природных калийсодержащих руд, прежде всего, сильвинита и каинита.

Сильвинит KCl∙NaCl, используемый в качестве удобрения, должен содержать 15-25 % К2О. Смесь крупных кристаллов (размером 1-5 мм и более) красного, белого, серого и голубого цветов. Хорошо растворяется в воде. Гигроскопичен, слёживается. Содержит много хлора (4-5 кг на 1 кг К2О).

Каинит KCl·MgSO4·3H2O содержит 10-12 % К2О и 6-7 % MgO. Это крупные розовато-бурые кристаллы. Растворяется в воде, негигроскопичен, не слёживается.

Сырые соли содержат мало калия, поэтому используются в небольших количествах вблизи месторождений соответствующих руд. Применяются чаще всего для основного внесения.

Отходы промышленности. Местные удобрения.

Печная зола содержит в зависимости от сжигаемых древесных пород 3-15 % К2О в форме К2СО3, а также 2-7 % Р2О5, 25-35 % СаО и другие зольные макро- и микроэлементы. Тонкий пылящий порошок серого цвета с включениями углистых частиц. Обычно применяется как калийное удобрение.

Цементная пыль (отход цементных заводов) содержит 10-35 % К2О в форме К2СО3, КНСО3 и К2SO4, кальций, магний и некоторые микроэлементы.

Учитывая высокое содержание кальция, рассмотренные материалы, прежде всего, следует применять на кислых почвах, причём не только как калийные, но и как известковые удобрения.

Зола и цементная пыль не содержат хлора, поэтому вносить их лучше под чувствительные к хлору культуры в качестве основного удобрения.

Взаимодействие калийных удобрений с почвой. После растворения удобрений катионы калия обменно и необменно поглощаются твёрдой фазой почвы. Сопутствующие анионы, в частности хлорид-ион, остаются в почвенном растворе и могут вымываться за пределы пахотного слоя.

При обменном поглощении калий остаётся доступным растениям:

Са2+ 2К+

ППК)Са2+ + 2K2SO4 ↔ ППК)Са2+ + CaSO4 + MgSO4;

Mg2+ 2К+

ППК)Н+ + 4KCl↔ ППК)К+ + HCl + AlCl3.

Al3+ 3К+

Вместо него в раствор переходит эквивалентное количество других катионов, причём в кислых почвах из ППК вытесняются значительные количества катионов водорода и алюминия, подкисляя почвенный раствор.

Необменное поглощение резко снижает доступность калия. Чем больше в почвах трёхслойных глинистых минералов, тем сильнее выражена фиксация калия. В меньшей степени подвергаются необменному поглощению крупнокристаллические и гранулированные формы калийных удобрений.

Основные калийные удобрения являются физиологически кислыми, так как растения потребляют значительно больше калия, чем сопутствующих ему сульфат- и хлорид-ионов. Но подкисляющее действие калийных удобрений значительно слабее, чем, например, аммонийных азотных. Существенное изменение реакции среды наблюдается только при систематическом использовании высоких доз калийных удобрений под калиелюбивые культуры на слабобуферных лёгких почвах.

Коэффициенты использования калия из удобрений. Определяются размерами необменного поглощения и варьируют в диапазоне от 50 до 80 %.

Дозы калийных удобрений. Зависят от планируемой урожайности культур, содержания в почве подвижного калия и некоторых других факторов.

Обычно калийные удобрения используются только для основного внесения, с этой целью в Нечернозёмной зоне под зерновые применяют в среднем 30-60, под пропашные и овощные – 60-120 кг/га К2О

Сроки и способы внесения калийных удобрений. Основное внесение целесообразнее проводить осенью под зяблевую вспашку, чтобы удобрения попали в более глубокий и влажный слой почвы, где находится основная масса корней растений. Кроме того, в относительно постоянных условиях увлажнения фиксируется меньше калия, чем при попеременном увлажнении и высушивании поверхностного слоя почвы. Важно вносить осенью хлоридные удобрения, хлор которых вымывается весной талыми водами в подпахотные горизонты.

Основное внесение сульфатных удобрений, а также хлоридных под толерантные к хлору культуры, можно проводить и весной под культивацию.

Только весной следует вносить калийные удобрения на лёгких почвах, торфяных и пойменных. Лёгкие почвы обладают слаборазвитым ППК, который не может удержать весь поступивший калий. Поэтому внесение удобрений осенью приводит к потерям калия в результате вымывания талыми снеговыми водами. Переувлажнение торфяных и пойменных почв также вызывает значительные потери калия.

Калийные удобрения можно вносить в запас на 2-4 года. Однократное применение увеличенных в 2-4 раза доз позволяет обеспечить растения калием в течение указанного периода и в то же время снизить финансовые затраты на применение удобрений.

При посеве и в подкормки калийные удобрения используются редко. На пропашных культурах калий может применяться для припосевного и послепосевного внесения в составе комплексных удобрений.

Эффективность калийных удобрений. Калий повышает устойчивость растений к неблагоприятным погодным условиям: кратковременным засухам, суховеям, заморозкам. Оптимальное калийное питание улучшает перезимовку озимых культур и многолетних трав.

Калий в составе полного минерального удобрения обеспечивает 17-26 % общей прибавки урожайности основных сельскохозяйственных культур. При грамотном применении удобрений от 1 кг К2О можно получить 2-5 кг зерна, 20-33 – картофеля, 35-40 – корней сахарной свёклы, 1-1,5 – льноволокна, 20-30 кг сена многолетних бобовых трав и т.д.

Эффективность калийных удобрений подчиняется географическим закономерностям: в европейской части страны снижается при движении с севера на юг и с запада на восток по мере ухудшения условий увлажнения и повышения обеспеченности почв калием (С 69, 70). Наиболее эффективны калийные удобрения в нечернозёмной зоне, особенно на торфяно-болотных и лёгких дерново-подзолистых почвах, где калий может находиться в первом минимуме и лимитировать урожайность культур. Лучше обеспечены калием суглинистые и глинистые разновидности дерново-подзолистых почв, в середине 20 века считалось, что они не нуждаются во внесении калийных удобрений. Однако формирование высоких урожаев при регулярном использовании только азотных и фосфорных удобрений приводит к истощению почвенных запасов калия. Поэтому возникает необходимость в применении калийных удобрений.

Чернозёмы, как правило, хорошо обеспечены калием, поэтому калийные удобрения обычно неэффективны.

В рамках одного типа почв эффективность изменяется в зависимости от содержания подвижного калия. Наиболее эффективны калийные удобрения на почвах с очень низким и низким содержанием подвижного калия.

При одной и той же обеспеченности почв калием более высокого эффекта следует ожидать при возделывании калиелюбивых пропашных культур.

Большое влияние на эффективность калийных удобрений оказывает кислотность почвы. Сильнее действуют они на слабокислых и нейтральных почвах (С 71). Значительно повышает эффективность известкование кислых почв. Однако в известкованных почвах подвижность калия снижается, кроме того, высокая концентрация кальция препятствует поступлению калия в растения вследствие ионного антагонизма, поэтому приходится использовать увеличенные в 1,5-2 раза дозы калийных удобрений.

Эффективность во многом зависит от применяемых форм. На хлорофобных культурах (картофель, гречиха и т.д.) более эффективны бесхлорные удобрения (С 72). Магнийсодержащие формы (калимагнезия, калимаг и др.) эффективнее на бедных магнием почвах (лёгких дерново-подзолистых и торфяных), а также на требовательных к магнию культурах (картофеле, кукурузе и т.д.) (С 73). Удобрения, в состав которых входит натрий (калийная соль, сильвинит и др.), эффективнее при внесении под сахарную свёклу и кормовые корнеплоды (С 74). Наличие серы в сульфатных удобрениях положительно влияет на продуктивность крестоцветных и бобовых культур.

Эффективность калийных удобрений, особенно хлорсодержащих, возрастает при внесении их осенью под зяблевую вспашку. Применение весной под культивацию, как правило, менее эффективно за исключением лёгких дерново-подзолистых почв, торфяных и пойменных.

Эффективность калия обычно проявляется лишь при хорошей обеспеченности растений азотом и фосфором.

По фону навоза, содержащего значительное количество калия, отмечается низкая эффективность калийных удобрений .

Калийные удобрения повышают качество продукции: повышается содержание крахмала в картофеле, сахара в сахарной свёкле, углеводов в овощных и плодово-ягодных культурах, улучшается качество волокна прядильных культур. Более высокое качество продукции хлорофобных культур достигается при использовании сульфатных калийных удобрений. Калийные удобрения также повышают устойчивость растений к различным болезням как в течение вегетации, так и в период хранения, поэтому улучшают лёжкость плодов и овощей.

Кроме того, при использовании калийных удобрений снижается содержание в растениях одного из наиболее долгоживущих радионуклидов – 137Cs, что особенно актуально для радиоактивно загрязненных территорий.