Nawozy mineralne – podstawowe informacje

Nawozy mineralnenawozy mineralneNawozy mineralne są potocznie nazywane nawozami sztucznyminawozy sztucznenawozami sztucznymi. Wspomagają one wzrost roślin. Cel ten jest realizowany na dwa sposoby. Pierwszym – rzadszym – jest zwiększanie efektywności gleby poprzez poprawę jej retencji wody i napowietrzenie, a drugim – dostarczanie, w różnych proporcjach, składników odżywczych, do których należą następujące pierwiastki chemiczne:

• trzy główne makroskładniki:

  • azot (N): zapewnia wzrost liści i ogólny przyrost całej rośliny, to jeden z głównych składników budulcowych, który występuje m.in. w DNA i chlorofilu. Jego nadmiar sprawia jednak, że rośliny stają się zbyt wybujałe, słabiej kwitną oraz owocują;

  • fosfor (P): gwarantuje rozwój korzeni, jest potrzebny do prawidłowego zawiązywania się kwiatów i owoców, jest potrzebny do produkcji DNA i ATP – głównego nośnika energii w komórkach, a także niektórych lipidów;

  • potas (K): umożliwia wzrost łodygi, ruch wody w roślinach, wspomaga kwitnienie i owocowanie, dzięki niemu roślina staje się bardziej odporna na suszę, choroby grzybowe oraz mrozy, jego brak powoduje mniejsze przyrosty pędów, które z czasem zamierają;

• trzy drugorzędne makroskładniki: wapń (Ca) – podnosi przyswajalność składników pokarmowych, a jego brak ogranicza wzrost oraz prowadzi do zakwaszenia podłoża, magnez (Mg) – jego brak prowadzi do chlorozy liści, siarka (S) - zwalcza choroby i szkodniki;

• mikroelementy: miedź (Cu), żelazo (Fe), mangan (Mn), molibden (Mo), cynk (Zn), bor (B).

Pamiętajmy, że nawozy mineralne są klasyfikowane według pierwiastków, które głównie zawierają. One same nie są jednak podstawowym składnikiem tych nawozów - są nimi związki chemiczne tworzone z co najmniej dwóch różnych pierwiastków. Nawozy mineralne (sztuczne) możemy podzielić na kilka grup, a głównymi z nich są nawozy azotowe, potasowe, fosforowe, wapniowe i magnezowe.

Nawozy azotowenawozy azotoweNawozy azotowe

Ze względu na zróżnicowane formy azotu możemy je podzielić na:

a) amonowe – siarczan amonu stosowany jest przede wszystkim na glebach o odczynie obojętnym do zasadowego. Jest nawozem fizjologicznie kwaśnym, dlatego też wpływa na obniżenie poziomu pH;

b) saletrzane:

• wapniowe – posiadają właściwości odkwaszające glebę,

• potasowe – bardzo dobrze rozpuszczają się w wodzie i mogą być stosowane przy nawożeniu dolistnym,

• sodowe;

c) saletrzano‑amonowe (w tym saletra amonowa będąca jednym z najbardziej popularnych nawozów mineralnych, który łatwo rozpuszcza się w wodzie);

d) amidowe (zawierają aż 46% azotu, dają dobre efekty na większości gleb, z wyjątkiem tych mocno kwaśnych, zasadowych, zimnych oraz podmokłych).

Nawozy potasowenawozy potasoweNawozy potasowe

Wśród nich możemy wydzielić:

a) chlorkowe, stosowane dla roślin niewrażliwych na nadmiar chloru, gdzie potas występuje w postaci chlorku potasu (KCl), np. kainit (8–10% K₂O), sole potasowe;

b) siarczanowe, gdzie potas występuje w postaci siarczanu potasu, można je stosować dla wszystkich roślin, np. kalimagnezja (26–30% K₂O), nawóz potasowo‑magnezowy.

Surowcem do produkcji nawozów potasowych jest chlorek potasu (sól potasowa). Źródłem soli potasowej są przede wszystkim minerały - sylwin, karnalit, kainit. Sposób wydobycia soli potasowych nie odbiega przeważnie od metod eksploatacji złóż węgla kamiennego.

Nawozy fosforowenawozy fosforoweNawozy fosforowe

Ze względu na szybkość działania dzielimy je na:

a) szybko działające, rozpuszczalne w wodzie, np. superfosfaty;

b) wolno działające, rozpuszczalne w słabych kwasach, np. supertomasyna (obecnie niestosowana);

c) bardzo wolno działające, rozpuszczalne w mocnych kwasach, np. mączki kostne, mączki fosforytowe.

Nawozy mineralne są dostarczane rolnictwu przez przemysł chemiczny. Mogą być produkowane z kopalin – np. z nitrokalitu (saletry indyjskiej), po wypłukaniu i wysuszeniu powstaje nawóz zawierający 45–46% K₂O, 12% N₂. Nawozy mineralne wytwarza się także na szeroką skalę w zakładach chemicznych w procesie syntezy.

Jak nawozy sztuczne wpłynęły na rozwój rolnictwa?

Zarządzaniem żyznością gleby zajmowali się już starożytni Egipcjanie, Rzymianie i Babilończycy. Używali oni minerałów lub obornika do zwiększania produktywności swoich gospodarstw. Na dobre era sztucznych nawozów rozpoczęła się w 1840 roku, gdy niemiecki chemik, Justus von Liebig, opublikował wyniki swoich doświadczeń nad wzrostem roślin, czyli sformułował teorię mineralnego odżywiania się roślin. Wykazał on, że rośliny potrzebują określonych składników odżywczych, które pobierają z gleby, takich jak potas czy fosfor.

R1Mk4eHPuC4rm

Zdjęcie przedstawia traktor jadący po łące. Za traktorem rozpyla nawóz. W tle są domy jednorodzinne.

Prawdziwym kamieniem milowym było udoskonalenie sposobów wytwarzania nawozów azotowych w początkach XX wieku. Zrozumienie znaczenia tego nawozu wymaga krótkiego wyjaśnienia roli samego azotu w życiu roślin. Rośliny składają się z czterech głównych pierwiastków: wodoru, tlenu, węgla i azotu. Węgiel, wodór i tlen są powszechnie dostępne w postaci wody i dwutlenku węgla. Inaczej jest z azotem. Chociaż atmosfera ziemska składa się z niego w ponad 78%, to ta postać (N₂) jest niedostępna dla prawie wszystkich roślin.

Przez stulecia wykorzystywano w rolnictwie europejskim „reaktywny” azot występujący w niewielkich ilościach w glebie. W końcu nawóz azotowy zaczęto produkować z kopalin, przede wszystkim z saletry chilijskiej. Było ich jednak zbyt mało, aby zaspokoić potrzeby rolników z Europy Zachodniej.

R1dwaHlkTu36x

Zdjęcie przedstawia dłoń trzymaną na guanie - przypomina jasną, okrągłą, wypukłą powierzchnię, leżą na niej ptasie pióra.

W reakcji na wyżej przedstawione niedobory opracowano metodę syntezy amoniaku, a więc przyswajalnego przez rośliny związku zawierającego azot. W 1908 roku Niemiec Fritz Haber otrzymał po raz pierwszy ciekły amoniak, za co w 1918 roku przyznano mu Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii. Proces ten polegał na wpompowywaniu do specjalnej maszyny gazów: azotu atmosferycznego (N₂) i metanu (CH₄), które pod wpływem wysokiej temperatury i ciśnienia w obecności katalizatorów łączyły się, tworząc amoniak (NH₃). Uczony dokonał tej syntezy metodą laboratoryjną. Później – w czasie I wojny światowej – Haber wdrożył z sukcesem (wspólnie z Carlem Boschem) technologię produkcji amoniaku na skalę przemysłową. Proces ten nazwano później metodą Habera i Boscha. Przyspieszenie badań nad nawozami azotowymi wynikało z odcięcia Niemiec od dostaw saletry z Chile. Amoniak z procesu Habera jest przekształcany w kwas azotowy (HNO₃) w procesie Ostwalda, opatentowanym w 1902 roku. Kwas ten stanowi główny surowiec nawozów azotowych.

Metoda Habera i Boscha zrewolucjonizowała rolnictwo. W jej wyniku możliwe było wytwarzanie reaktywnego z glebą związku azotowego, a więc jednego z podstawowych produktów, który zwiększył plony na świecie i pomógł wielu krajom uwolnić się od klęski niedożywienia i głodu. Odkrycie to przyczyniło się także do wzrostu pogłowia zwierząt hodowlanych, gdyż nadwyżek roślinnych było tak dużo, że posłużyły one jako dodatkowa pasza. Opracowanie metody syntezy związków azotowych zwiększyło też – dzięki nadprodukcji żywego inwentarza – dostawę obornika, czyli naturalnego nawozu.

Ocenia się, że nawozy azotowe produkowane przy użyciu metody Habera i Boscha odpowiedzialne są za wytworzenie żywności dla blisko połowy ludzkości. Można więc pokusić się o stwierdzenie, że obecnie proces ten utrzymuje przy życiu od 3 do 3,5 miliarda ludzi. Trudno jednak udowodnić rzeczywisty efekt stosowania nawozów, ponieważ kraje ich używające są najczęściej również zaawansowane w innych dziedzinach technik rolniczych.

Gdyby Fritz Haber nie odkrył, jak wytwarzać syntetyczny amoniak, czy znaleźlibyśmy alternatywne rozwiązanie wspierające wyżywienie ponad 7‑miliardowej populacji? Jednym z rozwiązań byłoby znaczne zwiększenie produkcji roślin strączkowych. Rośliny takie jak groch i fasola – a dokładniej bakteriebakterie azotowebakterie w nich żyjące – mają zdolność wiązania azotu atmosferycznego i przekształcania go w amoniak w glebie. Uprawa tych roślin może zatem zwiększyć zawartość tej substancji odżywczej w podłożu w wersji przyswajalnej przez inne gatunki roślinne. Mało jednak prawdopodobne, aby był to wystarczająco skuteczny pomysł. Po pierwsze, z roślin tych uzyskuje się mniejsze plony niż w przypadku podstawowych roślin żywieniowych (zbóż). Po drugie, pomimo wielu korzyści odżywczych i środowiskowych stanowią one jedynie urozmaicenie diety większości ludzi. Po trzecie, popyt na rośliny strączkowe raczej zmniejsza się wraz ze wzrostem dochodów i rozszerzaniem się dostępnych wyborów żywnościowych.

Innym potencjalnym źródłem azotu są odchody zwierzęce produkowane zwłaszcza w ramach rolnictwa ekologicznego. Czy moglibyśmy więc polegać na tym naturalnym źródle azotu? Tak, ale jego zasoby są zależne od ilości zwierząt. Pozwoliłoby to społeczeństwom utrzymać umiarkowane poziomy reaktywnego azotu, ale uniemożliwiałoby wytwarzanie większej jego ilości.

Słownik