Мочевина (Карбамид): применение и особенности удобрения

Как правильно использовать карбамид

Внесение в грунт гранул карбамида необходимо провести правильно: их заделывают в грунт, чтобы поверх них оказался 3- или 4-сантиметровый почвенный слой. Если грунт отличается высокой биологической активностью, карбамид в нем за буквально пару дней совершит химическое преобразование — станет углекислым аммонием, а это соединение, подверженное легкому разложению на воздухе. Оно разложится, испаряя азот, но с образованием аммиака в газообразной форме. Так что поверхностно «раскладывать» карбамид на поверхности почвы бессмысленно, растениям не достанутся необходимые им вещества.

Как правильно применять карбамид:

1. В огородах, перед высаживанием овощных, а также ягодных культур, карбамид вносится заблаговременно, за 1-2 недели до посадок, чтобы выделение газообразного аммиака не навредило слабым молодым росткам. Овощные культуры подкармливают сухим карбамидом, вносить нужно от 5 до 20 г на 1 м2, в зависимости от культуры. Гороху и огурчикам достаточно от 5 до 9 г/м², патиссонам, кабачкам и баклажанам — от 10 до 15 г/м². Клубника требует дозировки от 13 до 20 г/м². Самой серьезной дозировки — от 19 до 23 г/м² — потребуют повсеместно распространенные картофель, лук и чеснок, капуста, свекла, томаты и перчики. Если вы хотите полить свои овощи мочевиной, нужно позволить гранулированному удобрению раствориться — 20 г на 10 л воды. 1 литром раствора поливают одно растение.
2. В садовых условиях карбамид применяют, чтобы подкармливать деревья и кусты, как с плодами и ягодами, так и чисто декоративные. Достаточно подкормить их 1 или 2 раза в сезон. Карбамид помогает растению формировать красивую крону, это важно для декоративных кустов и деревьев. Внесение проводится исходя из проекции крон, до полива. Для взрослых груш и яблонь, уже начавших плодоносить, понадобится от 150 до 250 г на дерево, для вишен и слив от 100 до 150 г. Смородиновому кусту хватит дозы от 30 до 40 г. Часть садоводов рекомендует полить мочевиной в концентрации 12 г/л смородину и крыжовник до распускания почек.
3. В цветнике карбамидом подкармливают многолетники в период роста. Подкормку проводят в формате полива, растворяя 20-30 г удобрения в 10 л воды. Одному взрослому растению — 1 л раствора. С первых дней жизни азотные подкормки требуются растениям: корневищным (каллам, флоксам, хостам, астильбам), луковичным (гладиолусам, гиацинтам, крокусам, галтониям, ирисам), древесным (фикусам, лимонам, апельсинам). Но клубневые цветы (бегонии, хохлатки, георгины, анемоны, крокосмии) лучше подкармливать карбамидом после выхода первых листочков.
4. Комнатным растениям азот необходим — от него ускоряется их рост, образуется крепкая листва и пышная крона, листики не желтеют и не опадают. Комнатные цветы поливают раствором 20 г удобрения на 10 л воды. Следует учитывать, что мочевина способствует появлению красивой листвы, а не цветов. «Передоз» азота в составе минерального удобрения может помешать своевременному формированию бутонов цветка.
5. Для защиты от вредителей карбамид также активно применяется опытными садоводами и огородниками. Средство для борьбы с зимующими вредителями (тлей, долгоносиком, медяницей) необходимо приготовить весной (0,5 концентрированного раствора карбамида добавить в 10 л воды, размешать). И применить его до того, как набухли почки — опрыскать растения. Осенью, когда начинается опадание листьев, точно таким же раствором обрабатывают как оставшуюся на растениях листву, так и опавшую. Это защитит посадки от нехороших болезней.

Преимущества и недостатки

Как и у любых других удобрений, у мочевины имеются свои плюсы и минусы. Любителям культивирования растений в садах, огородах и домашних условиях желательно ознакомиться с достоинствами и недостатками карбамида заранее.

Плюсы карбамида:

• пригоден для использования на любых видах почвы, даже если она переувлажнена — карбамид прекрасно закрепляется в почве, его, в сравнении с той же аммиачной селитрой, не так легко вымывают осадки;
• повышает урожайность практически любой культуры — в садах, огородах, при домашнем выращивании;
• оперативно усваивается культурами, обладающими чувствительностью к высокому показателю кислотности (pH) грунтов;
• в виде раствора защищает посадки, достойно противостоит от насекомым-вредителям, а также возбудителям опасных заболеваний растений;
• в процессе внекорневой подкормки не опасен контакт удобрения с листвой растений — он не вызовет на листьях ожогов;
• удобрение работает достаточно быстро: уже спустя 2 суток заметен его эффект: в растительный белок начинается поступление азота;
• в ранневесенний период опрыскивание карбамидным раствором поможет «притормозить» начало цветения растений и не позволит цветам осыпаться, если грянут весенние заморозки.

Минусы применения:

• если концентрация карбамида в грунте окажется повышена, это негативно скажется на всхожести семян;
• некорректное (поверхностное) внесение провоцирует в грунте химические реакции, способствующие выделению аммиака в газообразной форме, а он способен навредить молодым, только вышедшим росткам;
• карбамид крайне нежелательно сочетать и использовать в смеси с прочими видами удобрений — он совершенно «не дружит» с золой и удобрениями, созданными на основе извести или кальция;
• необходимо тщательно соблюдать условия хранения мочевины, чтобы не лишиться удобрения.

Инструкция по применению карбамида

1. Чтобы применение карбамида было эффективным, требуется не забывать о простых правилах использования этого удобрения:
2. Внекорневое внесение для подкормки растений оптимально, когда у них формируется зеленая масса, карбамид помогает развиваться вегетативной части. Следовательно, не рекомендуется вносить его в период, когда у растения происходит закладка бутонов — это нередко приводит к понижению урожайности.
3. Подкормка карбамидом в осеннее время не всегда оказывается эффективной. В это время идет активное разложение микроорганизмов в составе грунта, и выделяемый удобрением аммоний подвергнется скорому разрушению. К началу весны азот частично опустится и окажется в глубоких слоях грунта, откуда растениям до него уже «не дотянуться». Осенью использование мочевины рекомендовано в прохладные и сухие дни. Удобрять растения нужно, если на участке песчаный или супесчаный грунт. Многолетние растения и озимые абсолютно не нуждаются в осенней подкормке карбамидом.
4. Нужно помнить об испарении аммиака, попавшего на открытый воздух, и заделывать карбамид в грунт на глубине от 3 до 4 см. Также можно практиковать его внесение перед посадкой или посевом. Можно оставлять его прямо в лунках и бороздках, предназначенных для семян. Но обязательно обеспечить прослойку грунта между материалом для посева/посадки и удобрением, чтобы свежепосеянные семена не контактировали с ним. Чтобы уберечь семена и ростки от воздействия вредного для них газа аммиака, можно внести мочевину за 1-2 недели до начала посадочных работ.
5. Единственный вид удобрений, рекомендуемый для использования совместно с мочевиной — это калийные. Они же помогут росточкам справиться с воздействием вредного аммиака. Эффективность в таком случае не понизится. Смешать карбамид с другим веществом допустимо, если оно полностью сухое, и непосредственно перед применением, так как мочевина сделает образовавшуюся смесь гигроскопичнее.
6. Запомните ряд удобрений, категорически не подходящих для «микса» с мочевиной: это известь, мел, доломит, простой суперфосфат.
7. Не пригодившиеся гранулы удобрения необходимо поместить в сухое место и беречь от влажности — мочевина имеет свойство моментального впитывания любой влаги.

Карбамид — несложное в применении и приносящее серьезную пользу удобрение. Важно применять его своевременно и в нужных количествах, не допуская передозировки. Если карбамид применяется правильно, растения будут не только прекрасно выглядеть, но и принесут богатый урожай.

Удобрение карбамид мочевина, применение, инструкция, рекомендации

Без правильного внесения удобрений в сельском хозяйстве и на огороде сложно добиваться высоких урожаев культур. Они достаточно эффективны при правильном подходе и следовании инструкциям дозировки и срокам внесения.

Комплексные подкормки

Применение разнообразных комплексным подкормкам, стимуляторам роста культуры быстрее вырастают, формируют красивую, пышную листву, крепкую корневую систему, меньше подвергаются болезням. В этом деле главное — не переусердствовать и точно знать, какие удобрения кому подходят, чтобы потом не было неприятных сюрпризов. 

Карбамид мочевина что такое?

Как удобрение карбамид широко используется для активации роста, получения обильных урожаев, поддержания растений в презентабельном состоянии. Азот необходим как овощным, так и декоративным культурам.

Он присутствует в протеине и способствует быстрому росту. При недостатке азота растения дают мало побегов, ветки и листья становятся тонкими, маленькими, салатового или желтоватого цвета.

Цветочные почки могут опадать, плоды не завязываться. Что такое мочевина? Как удобрение она используется для частного применения. Карбамид очень концентрирован, в его составе содержится около 45% азота. 

Это универсальное удобрение, подходящие для всех видов растений. На вид это прозрачные или белые гранулированные шарики, прекрасно растворяющиеся в воде и не имеющие запаха. У карбамида может повыситься гигроскопичность при повышенной влажности воздуха. Используется в качестве подкормки для сельскохозяйственных растений в нейтральных почвах мочевина (удобрение).

мочевина инструкция к применению

Карбамид может использоваться на всех видах почв, даже переувлажненных, потому как он отлично закрепляется грунтом и не так вымывается осадками, как, например, аммиачная селитра. Мочевина применяется как в качестве подкормки, так и основного удобрения. Для овощных культур возможно внесение карбамида перед посадкой, а также подкормка в вегетационный период в дозе 5-10 г на 1 м2. До цветения надо полить раствором 50 г на 10 л воды, примерный его расход – 3 л/100 м2. Для декоративных и плодово-ягодных кустарников и деревьев возможна подкормка мочевиной сразу после цветения и повторно примерно через месяц раствором 30 г/10 л воды.

Способ применения мочевины Каждое удобрение имеет свои особенности, которые нужно учитывать, прежде чем использовать его по назначению. Углекислый аммоний на воздухе очень быстро разлагается, из этого следует – поверхностное применение мочевины малоэффективно. Это выброшенные на ветер деньги, потому как растение не получит нужных ему веществ. Агротехники рекомендуют использовать карбамид в условиях защищенного грунта. После внесения удобрения его нужно сразу же заделывать в почву, только так можно предотвратить потери газообразного аммиака. Нужно знать, что такое мочевина, как удобрение она быстро вымывается осадками, поэтому эффективнее всего ее вносить под корень растения в виде раствора. Защита кустов и деревьев Карбамид используется не только в качестве подкормки, но и как средство от вредителей. 

исползовать раствор мочевины для борьбы с такими зимующими насекомыми, как долгоносики, тля, медяницы следует начинать весной.

Процедуру нужно сделать до набухания почек. Приготовить средство для борьбы с вредителями очень просто, для этого следует в 10 л воды разбавить 0,5 л концентрированного раствора препарата. Мочевина также защищает растения от пурпуровой пятнистости и парши, опрыскивание при этом проводится осенью, когда только начинают опадать листья. Обрабатывать нужно всю листву — как упавшую, так и ту, что осталась на кустах и деревьях.

Раствор готовится такой же, как и для уничтожения вредителей. Подкормка комнатных растений Абсолютно все растения нуждаются в подкормках, но нужно хорошенько подумать, перед тем как использовать для домашних зеленых питомцев такую добавку, как мочевина (удобрение). Применение для комнатных растений азота необходимо, поскольку он позволяет создать пышную крону, ускорить рост, предотвратить пожелтение и опадание листьев. Карбамид очень концентрирован, поэтому к его использованию следует подходить с большой осторожностью. Если прогадать с дозировкой, то можно лишиться своего любимца или же испортить ему внешний вид. Нужно понимать, что такое мочевина. Как удобрение она подходит для создания пышной, сочной листвы. А для красивоцветущих растений азот не столь полезен, поскольку его переизбыток замедляет процесс образования бутонов. Луковичные (гиацинты, гиппеаструмы), древесные (апельсины, фикусы, лимоны), корневищные (ирисы, каллы) с первых дней жизни нуждаются в азотных подкормках, поэтому их можно удобрять карбамидом безо всяких опасений. А вот клубневые (каладиум, глориозу) подкармливать нужно уже после появления первых листиков. Мочевина как удобрение для комнатных растений используется в виде раствора.

Средство готовится из расчета 20 г на 10 л воды, его хватает на 10 м2. Подкормки для овощных и плодово-ягодных культур Карбамид подходит для удобрения практически всех типов растений, особенно он эффективен в период вегетативного роста. Однако следует помнить, что для разных культур необходимо в различной степени концентрированное, такое как мочевина, удобрение.

Применение для чеснока, лука, капусты, картофеля, перца и томатов возможно при концентрации около 20 г карбамида на м2. Под горох и огурцы вносится удобрение в расчете 7 г/м2. Томаты, землянику, капусту и огурцы можно периодически подкармливать раствором 25г/л, а уменьшенной в два раза концентрацией карбамида до распускания почек стоит полить крыжовники, смородину и другие плодово-ягодные кусты. Мочевина способствует формированию красивой кроны, поэтому рекомендуется ее вносить под яблони (230-250 г), сливы и вишни (110-150 г). Карбамид можно рассыпать по лунке, а затем ее хорошо залить водой.

Допускается и подкормка раствором, но исключать полив нельзя. Если сравнивать мочевину с другими азотными удобрениями, например аммиачной селитрой, то она во многом выигрывает: максимально ускоряет рост, подходит для внекорневых подкормок и при нормальной концентрации совершенно не обжигает листья. Правильное использование карбамида не только улучшает внешний вид растений, но и способствует получению богатого урожая.

Удобрение мочевиной: преимущества и способы применения в саду

Мочевина – минеральное удобрение, популярное среди садоводов для подкормки культур, посаженных в огороде. Мочевина – это карбамид, являющийся наиболее концентрированным средством по содержанию азота (46%). Выпускается мочевина в виде небольших дисперсионных белых шариков, легко растворяется в воде, не имеет запаха. О том, как правильно применять мочевину в саду, поговорим сегодня в этой статье.

Необходимость мочевины

 

Для начала необходимо понять принцип работы мочевины, эти знания помогут сэкономить и получить максимум пользы от удобрения. Карбамид, попадая в грунт, начинает взаимодействовать с бактериями и ферментами. Благодаря химической реакции происходит образование углекислого аммония, который, в свою очередь, под воздействием кислорода превращается в газообразный аммиак и покидает почву. Зная эту особенность карбамида, для экономии удобрения и средств важно не просто рассыпать средство по грядке, а внести в почву на глубину не меньше 8-10 см. Но каждому ли растению необходима подкормка мочевиной, или излишнее количество азота в грунте может негативно сказаться на выращивании культур?

 

Для ответа на этот вопрос необходимо знать признаки нехватки азота:

• листья растений вырастают мелкими, бледными и преждевременно начинают опадать;
• побеги растений тонкие, хрупкие и слабые, часто остаются совсем без листьев, мало ветвятся;
• на побегах закладывается малое количество почек, случается так, что и вовсе почки отсутствуют;
• в целом развитие растений происходит медленно, культура выглядит уставшей и угнетенной.

Однако, важно знать и признаки переизбытка азота, чтобы не допустите пресыщения почвы. Если растения слишком активно наращивают зеленую массу, листья приобретают темно-зеленый цвет, а плодоношение сдвигается или не наступает вовсе – подкормка мочевиной в этом случае противопоказана.

Вам могут пригодиться

Применение мочевины в саду

 

Удобрение универсально в применении: существует два способа применения мочевины, корневая и внекорневая подкормка. Корневая подкормка мочевиной заключается в заделке шариков подкормки в почву до или после посадки растений. Внекорневая подкормка мочевиной состоит из создания раствора и опрыскивания растений готовым составом. Для успешного применения мочевины в саду, следует знать особенности этой процедуры.

• Выделяемый аммиак вредит посадкам, поэтому вносить мочевину в грунт рекомендуется за 2 недели до посадки растений. Если совместить удобрение мочевиной с калийным удобрением, негативное влияние аммиака будет устранено.
• Важно правильно выбрать сроки применения мочевины. Оптимальным решением станет подкормка в период наращивания зеленой массы, на этапе бутонизации мочевина навредит.
• Осеннее внесение мочевины непрактично: аммоний быстро разрушается, а остатки к весне уходят в глубину.
• При внесении мочевины перед посадкой, проложите слой грунта после удобрения. Не допустив контакта удобрения с посадочным материалом, вы избежите ожогов корневой системы.

Плюсы и минусы мочевины

 

Использование удобрений – традиционная процедура ухода за культурными растениями. Но какими же преимуществами применения обладает мочевина?

• Мочевина легко и быстро усваивается корневой системой растений, а при опрыскивании листьев повышение азота в белке растений наблюдается уже спустя 48 часов.
• Опрыскивание листьев мочевиной разрешено в любую погоду, удобрение не вызывает ожогов.
• Опрыскивание цветов мочевиной весной помогает сохранить бутоны. Бутоны из-за влияния подкормки задерживаются, благодаря чему не осыпаются в случае возвратных морозов.

 

• Мочевина является проверенным средством профилактики болезней и появления вредителей в саду.
• Мочевина укрепляет растения, способствует появлению здорового и обильного урожая плодовых культур.

Недостатки мочевины связаны с нарушениями в ее применении. Используйте мочевину в правильные сроки, и тогда растениям будут не страшны проблемы со всхожестью семян и бутонизацией побегов.

Мочевина – удобрение, используемое ежегодно в каждом саду. Знания о том, как правильно применять карбамид в саду помогут избежать передозировки и получить обильный урожай.

21.03.2019

Подписаться на рассылку

Карбамид (мочевина) | справочник Пестициды.

ru

Физические и химические свойства

– бесцветные кристаллы без запаха.

• Растворимость в воде (в 100 г): при +20°C – 51,8 г, при +60°C – 71,7 г, при +120 °C – 95,0 г.
• Карбамид растворим в метаноле, этаноле, изопропаноле, изобутаноле, этилацитате, не растворим в хлороформе.
• Мочевина способна образовывать соединения с включением неорганических веществ и с органическими веществами.
• Температура плавления – +132,7°C.
• Плотность при +25°C – 1330 кг/м³
• При нагревании до 150°C и выше карбамид превращается в NH₄NCO, затем NH₃ и CO₂, биурет, циануровую кислоту.
• В разбавленных растворах при 200°C возможен полный гидролиз мочевины с образованием NH₃ и CO₂.^[7]

– бесцветные гранулы размером от 1 до 4 мм. Массовая доля азота в пересчете на сухое вещество – 46,2 %.

• Массовая доля биурета не должна превышать 1,4 %.
• Массовая доля воды по методу высушивания – не более 0,3 %.
• Рассыпчатость – не менее 100 %.^[3]

Применение

Выпускается две марки карбамида: А – для промышленности и Б – для растениеводства.^[3]

Сельское хозяйство

Карбамид применяют под все сельскохозяйственные культуры в качестве основного удобрения (для основного внесения), для ранневесенней подкормки озимых культур с немедленной заделкой в почву, а также для подкормки овощных и пропашных культур при помощи культиваторов-растениепитателей. Карбамид идеально подходит для некорневых подкормок растений^[8] и фертигации.^[6]

Зарегистрированные и допущеные к использованию в сельском хозяйстве на территории России марки карбамида размещены в таблице справа.^[4]

Промышленность

Карбамид используется в промышленности в качестве сырья при изготовлении смол, клеев, а также в животноводстве в качестве кормовой добавки.^[3]

Поведение в почве

Мочевина в почве растворяется почвенным раствором и под влиянием уробактерий, выделяющих уразу (пециальный фермент), за два-три дня аммонифицируется и превращается в углекислый аммоний:

CO(NH₂)₂ + 2H₂O → (NH₄)₂CO₃

Углекислый аммоний – соединение нестойкое, на воздухе разлагается, образуя бикарбонат аммония и аммиака:

(NH₄)₂CO₃ → NH₄HCO₃ + NH₃

По этой причине при внесении мочевины без заделки в почву в отсутствие осадков часть азота в виде аммиака теряется. Такие потери значительнее в почвах с нейтральной и щелочной реакцией.

Углекислый аммоний, заделанный в почву, подвергается гидролизу. При этом образуется бикарбонат аммония и гидроксид аммония:

(NH₄)₂CO₃ + H₂O → NH₄HCO₃ + NH₄OH

Образующийся при внесении в почву карбомида аммоний поглощается коллоидной фракцией и постепенно усваивается растениями. Установлено, что мочевина может быть поглощена корнями и листьями растений без предварительного превращения. Но существует опасность вымывания из почвы мочевины, не прошедшей аммонификацию.

По мере процесса аммонификации мочевины происходит временное локальное подщелачивание почвы из-за гидролиза углекислого аммония. По истечении некоторого времени аммоний подвергается нитрификации, образуя кислоту и двигая реакцию в сторону подкисления:

2NH₃ + 3O₂ → 2HNO₂ + 2H₂O

2HNO₂ + O₂ → 2HNO₃

Таким образом, карбамид является биологически кислым удобрением. Но после усвоения растениями азота из данного удобрения в почве не остается ни кислотных, ни щелочных остатков.^[2]

Применение на различных типах почв

Карбамид применяется в качестве основного удобрения на всех почвах под различные сельскохозяйственные культуры.^[8]

в зоне достаточного увлажнения и при орошении на сероземах карбамид более эффективен, чем аммиачная селитра. при основном внесении карбамид равнозначен аммиачной селитре.^[5]необходимо при внесении немедленно заделывать карбамид в почву для уменьшения потерь азота.^[1]

Способы внесения

Мочевину применяют до посева и в подкормку.^[2]

В качестве основного удобрения карбамид применяется на всех почвах и под все сельскохозяйственные культуры.

Ранневесенняя подкормка озимых проводится с немедленной заделкой удобрения в почву боронованием в целях сокращения потерь аммиака.

Подкормка овощных и пропашных культур проводится с использованием культиваторов-растениепитателей.

Карбамид считается лучшей формой азотных удобрений для некорневых подкормок растений, поскольку не обжигает листья и способен поглощаться ими в виде целой молекулы, без разложения.^[8]

Уже через 48 часов после опрыскивания карбамидом азот обнаруживается в составе белка растений.^[2]

Карбамид – одно из удобрений, рекомендуемых при фертигации.^[6]

Влияние на сельскохозяйственные культуры

Карбамид – ценное азотное удобрение. Эффективен при применении под различные культуры. По действию на урожай стоит в одном ряду с аммиачной селитрой.^[5]

. Применение мочевины на свекле (все виды) и рапсе до посева может привести к гибели проростков.^[2]. Применение карбамида в качестве некорневой подкормки значительно повышает содержание белка в зерне.^[2]

Получение

Карбамид получают синтезом из аммиака и диоксида углерода (CO₂) при высоком давлении и температуре. Для улучшения физических и химических свойств кристаллическую мочевину гранулируют. Гранулы для уменьшения слеживаемости покрывают тонкой пленкой жировой добавки.^[6]

 

О мочевине подробно. Особенности применения для различных культур

Мочевина, или карбамид, принадлежит к категории азотных удобрений. Используют мочевину в качестве удобрения и крупные хозяйства и садоводы, а также огородники, владеющие несколькими сотками земли. Такая востребованность мочевины объясняется весьма просто, она довольно эффективна и стоит дешево.

Азотное удобрение — мочевина, или карбамидСодержание:

Описание мочевины

Мочевина — это вещество, химическая формула которого имеет вид (NH₂)₂CO. Мочевина неплохо растворяется в сернистом ангидриде, жидком аммиаке и в воде. Получают мочевину путем синтеза из аммиака и углекислого газа при температуре около 150 градусов выше нуля. Помимо применения в качестве удобрения мочевина используется и в пищевой промышленности — обычно как пищевая добавка под номером Е-927, наиболее часто такая добавка применяется в различных жевательных резинках.

В составе мочевины практически половина азота (около 44%). Азот растениям нужен в первую очередь для полноценного их роста и развития. В случае с мочевиной важно знать, что растения смогут использовать лишь половину дозы азота, содержащегося в данном удобрении. Однако, несмотря на это, дозировку мочевины лучше не повышать из-за процесса нитрования.

Если почва бедна азотом, то лучше повысить его содержание путем сочетания мочевины и сульфата магния, тогда нитрования в таком объеме, как при внесении больших доз мочевины, не наблюдается.

Мочевина выпускается обычно под двумя марками – А и Б. Обычно мочевина марки А используется в промышленности, а вот Б как раз и применяется в качестве удобрения. Внешне — это гранулы беловатого цвета с заметным оттенком желтизны. В последние несколько лет начали выпускать и таблетки, содержащие мочевину, однако найти их в свободной продаже пока сложно. Таблетки хороши тем, что имеют специальную оболочку, которая препятствует испарению азота до попадания удобрения в почву при поверхностном внесении. Учитывая это, таблеток в весовом отношении нужно существенно меньше, чем гранул, однако стоимость мочевины в таблетках выше, поэтому экономический эффект практически незаметен.

Преимущества и недостатки мочевины

Несомненные достоинства мочевины — это ускорение роста вегетативной массы, увеличение содержания белка у злаковых культур, укрепление иммунитета растений, профилактика от размножения вредителей, несомненное удобство использования, в том числе и благодаря полному растворению без остатка.

Недостатки мочевины: передозировка удобрения в большинстве случаев вызывает сильные ожоги у растений и может привести к их гибели, с целым рядом удобрений мочевина не сочетается (древесная зола, кальциевая селитра, простой суперфосфат, известь, мел, гипс и доломитовая мука).

Сочетать мочевину можно с фосфоритной мукой и сульфатом аммония — для быстрого внесения (эти составы не пригодны для хранения) или с натриевой селитрой, калиевой селитрой, аммиачной селитрой, хлористым калием, сульфатом калия и навозом – эти составы могут храниться долго.

Почему нельзя сочетать мочевину с рядом удобрений? Дело в том, что это удобрение высококислотное, поэтому если одновременно с мочевиной внести известь, древесную золу, мел или доломитовую муку, то возникнет реакция, которая просто нейтрализует данный состав, выделяя одновременно в почву много солей.

Если же смешать мочевину и монофосфат или кальциевую селитру, то почва будет не засоляться, а закисляться, потому что в основе всех этих удобрений лежат кислоты.

Как применять мочевину в качестве удобрения?

В подавляющем количестве азот, а, следовательно, и азотные удобрения необходимы растениям в весеннее время, в тот период, когда начинается активное сокодвижение и вегетация. Внесение мочевины в осеннее время может вызвать активацию ростовых процессов и растения просто вымерзнут или сильно подмерзнут зимой. Однако, если участок пустует и посадка на нем запланирована в осеннее время, то и осенью можно удобрить почву мочевиной, только нужно иметь ввиду, что примерно 40-45% из содержащегося в мочевине азота при внесении ее в осеннее время в почву может довольно быстро разложиться и буквально улетучиться.

При внесении мочевины весной использовать лучше не сухое удобрение, а растворенное в воде, это сведет к минимуму риск возникновения ожогов у растений. Следует помнить, что вносить даже растворенную в воде мочевину лучше всего в заранее увлажненную почву или после обильного дождя. Сухую мочевину вносить лучше на участки, предназначенные к посадке, и делать это не простым разбрасыванием по поверхности, а с обязательной заделкой в почву путем перекопки или вспашки. При этом от разбрасывания мочевины по поверхности почвы до перекопки или вспашки грунта должно пройти минимальное количество времени, иначе большая часть азота может попросту испариться либо превратиться в аммиак. Общие сроки разложения мочевины довольно короткие – обычно не более пяти дней.

Серьезный просчет допускают садоводы и огородники, которые разбрасывают гранулы мочевины весной в саду и огороде прямо на не растаявший еще снег или вносят мочевину во время дождя (также путем разбрасывания по поверхности почвы). При таком внесении большая часть азота, содержащегося в мочевине, либо испарится, либо вымоется в более глубокие, недоступные корням слои почвы.

Самый оптимальный вариант подкормки мочевиной плодовых растений и ягодных кустарников заключается в ее внесении в растворенном в воде виде в заранее выкопанные в прикустовой зоне или приствольной полосе ямки или траншейки, глубиной в 3-4 см (под мощные растения можно до 10 см). Сразу после внесения удобрений и ямки, и траншейки нужно закопать. Такое внесение препятствует испарению азота, содержащегося в мочевине, и не допускает его вымывания в более глубокие слои почвы.

В период вегетации использование мочевины в качестве подкормки более всего оправдано, если у растений наблюдаются явные признаки азотного голодания, то есть растения развиваются крайне медленно, имеют угнетенный вид, листовые пластинки у них нетипично малого размера, а завязи в значительной степени осыпаются. Начальный признак нехватки азота — это пожелтение или осветление листовых пластинок, однако, в данном случае можно допустить и ошибку, поскольку на нехватку влаги и недостаток железа в почве растения реагируют точно также.

Чтобы отличить нехватку железа и влаги от недостатка азота, необходимо повнимательнее рассмотреть листовые пластинки растений в дневное время: если действительно мало азота, то в дневные часы вы не заметите увядания листовых пластинок, а в том случае, если в почве мало влаги или железа, то увядание листьев будет наблюдаться. Кроме того, при нехватке именно железа молодые листочки будут желтеть в первую очередь и только после этого пожелтение будет заметно и на старых листовых пластинках, а вот при нехватке в почве азота сперва желтеть будут именно старые листовые пластинки и только потом — молодые.

В разгар вегетационного периода, при нехватке в почве азота, мочевину можно вносить как в сухом виде, так и в жидком, а можно и обрабатывать ею растения, проводя внекорневую подкормку.

Как приготовить жидкое удобрение из мочевины?

Жидкое удобрение из мочевины приготовить довольно просто в виду его хорошей растворимости в воде (даже без осадка). Чаще всего делают растворы, содержащие либо 0,5% мочевины, либо 1%. Это значит, что в ведре воды нужно растворить либо 50 и 100 г мочевины, соответственно, либо 5 и 10 г мочевины растворить в литре воды.

Приготовление раствора мочевины для удобрения растений

Нормы внесения мочевины

Мочевину считают универсальным азотным удобрением, оно подходит как для овощных культур, так и для ягодных, плодовых и цветочных, и может быть использовано на любых типах почв.

Если следовать инструкции по внесению мочевины, то дозировки будут следующими: в виде гранул, то есть в сухом виде, на квадратный метр почвы нужно внести порядка 5-10 г удобрения, заглубив его на 3-7 см (до 10 см, в зависимости от размера растения) в заранее увлаженную почву; растворенное в воде удобрение нужно вносить в количестве 20 г на квадратный метр почвы как под овощные, так и под плодовые или ягодные культуры; обработка растворенной в воде мочевиной, то есть внекорневая подкормка — тут дозировка под овощные культуры следующая — 5 г на ведро воды в пересчете на квадратный метр, под кустарники и деревья — 10 г на ведро воды и также на квадратный метр; при высадке растений в почву в посадочную ямку нужно внести 4-5 г удобрения, но обязательно перемешать его с почвой, чтобы исключить контакт корней с карбамидом.

Использование мочевины для различных культур

Чеснок

Как озимый, так и яровой чеснок можно подкармливать карбамидом в первых числах июня. Далее использовать мочевину под чеснок нельзя, это может привести к наращиванию зеленой массы в ущерб луковицам. Вносить мочевину под чеснок нужно в растворенном в воде виде и добавлять в раствор хлористый калий – 10 г мочевины, 10 г хлористого калия на ведро воды, это норма на квадратный метр чесночной грядки.

Огурцы

Уместно подкармливать мочевиной огурцы только спустя две недели после высадки рассады на участок. Вносят мочевину в растворенном в воде виде при норме 15 г на ведро воды в пересчете на квадратный метр площади. Допустимо в раствор добавлять 45-50 г суперфосфата. Подкормка будет максимально эффективной, если почву перед ее внесением хорошо увлажнить.

В теплице огурцы можно обрабатывать мочевиной, то есть осуществлять внекорневую подкормку, в особенности она нужна при изменении цвета листовых пластинок (обесцвечивании).

Для полноценной внекорневой подкормки огурцов в теплице необходимо в ведре воды растворить 15 г мочевины, 20 г суперфосфата и 15 г хлористого калия. Обрабатывать растения желательно в пасмурную погоду и обязательно после предварительного полива.

Помидоры

Томатам нравится обработка мочевиной. Обычно удобряют мочевиной томаты при посадке рассады на участок, внося в каждую лунку по 12-14 г смеси мочевины и суперфосфата (по 6-7 г каждого удобрения).

Капуста

Обычно используют мочевину на капусте при первой подкормке. Перед подкормкой капусту обильно поливают, далее растворяют 30 г мочевины в ведре воды и расходуют этот раствор на квадратный метр почвы.

Картофель

Под картофель, отличающийся слабым усвоением минеральных удобрений, почву нужно удобрять мочевиной еще до высадки клубней. Обычно удобряют грунт за пару недель до посадки картофеля, при этом желательно вносить мочевину вместе с калийным удобрением. На сотку нужно примерно 1,5 кг мочевины и 0,5 кг калийного удобрения.

В том случае, если перед посадкой картофеля вы по каким-то причинам мочевину не внесли, то ее можно добавить в почву спустя пять дней после посадки клубней, но не в сухом, а в растворенном в воде виде. Норма примерно 15-16 г на ведро воды, этого раствора хватит на 20 растений (примерно по 0,5 литра на каждое).

Земляника садовая (клубника)

Под эту культуру вносить мочевину желательно только в случае необходимости, ведь если земляника садовая будет ощущать дефицит азота, то размер ягод будет небольшим, как и их количество, а вкус — посредственным. А в случае избытка азота ягода будет водянистой и лишенной аромата. Рекомендуется вносить мочевину под землянику садовую сразу же после таяния снега по 15-20 г удобрения в растворенном виде на квадратный метр, не более. Если же нужны повышенные дозы азотных удобрений, то лучше используйте нитрофоску или диаммофос.

Мочевина для удобрения садовых растений.

Плодовые деревья и крупные кустарники

На подкормки мочевиной плодовые деревья и крупные кустарники отзываются довольно хорошо. Подкармливать мочевиной такие растения можно до трех раз за сезон. Обычно их подкармливают сразу после таяния снега, во время цветения и в период созревания урожая. Перед внесением мочевины почву в прикустовой или приствольной полосе рыхлят, поливают, а затем вносят карбамид так, чтобы удобрение было заглублено во взрыхленный грунт на 3-4 см. После внесения мочевину желательно укрыть почвой.

Нормы покормок разнятся в зависимости от возраста растений: так, до вступления в плодоношение деревьев и крупных кустарников они чуть ли не на треть меньше. Например, под яблоню, еще не вступившую в плодоношение, нужно примерно 75-80 г удобрения, под вишню 85-90 г, под сливу 110-115 г и под кустарники (ирга, арония и так далее) 100-110 г. После вступления в плодоношение яблоня требует уже по 150-160 г на дерево, вишня 110-120 г, слива 125-140 г и кустарники (ирга, арония и подобные) 135-145 г на куст.

Цветы

Цветы мочевиной необходимо удобрять в самом начале их активного роста для наращивания вегетативной массы. Далее такие подкормки станут не уместны, поскольку в ущерб цветению будет продолжать формироваться вегетативная масса, как говорят цветоводы, «цветок уйдет в листву». Примечательно, что при преизбытке азота цветы могут совсем не формировать бутоны, а если азота будет очень много, то будет наблюдаться массовое опадение заложившихся бутонов и соцветий, как с распустившимися цветками, так и с нераскрытыми.

Вносить мочевину под цветочные культуры нужно только в растворенном в воде виде, для чего нужно примерно четыре грамма этого удобрения растворить в литре воды и эту норму использовать под крупный цветок типа пиона или разделить на две части, если цветок мелкий, типа тюльпана или ландыша.

Использование мочевины против вредителей

Обычно мочевину используют против вредителей, если нет возможности или желания применять химию. Обрабатывают ею растения, обильно поливая, обычно до распускания почек, когда температура воздуха поднимется выше пяти градусов тепла. С помощью обработок мочевиной можно избавиться от долгоносика, тли, яблонного цветоеда и медяницы. Для этого уместно использовать растворенное в воде удобрение в количестве 30 г на ведро воды. Если в прошлом сезоне отмечалось сильное поражение вредителями, то дозу можно увеличить до 100 г на ведро воды, однако превышать данную дозировку нельзя, этим можно навредить растениям.

Правила хранения мочевины

Хранить мочевину, учитывая ее повышенную гигроскопичность, нужно в сухом и проветриваемом помещении, при влажности воздуха в 50% и ниже. Допустимо хранение мочевины в более влажных помещениях, но при этом в герметично закрытой таре.

Обычно гарантированный срок хранения всего полгода, но срок использования мочевины неограничен. Дело в том, что производитель гарантирует отсутствие слеживаемости мочевины в течение полугода, а затем перед использованием, в случае слеживаемости, ее нужно будет раздробить и можно использовать в течение неограниченного количества времени. Однако, нужно учитывать тот факт, что с годами количество азота в мочевине может незначительно, но уменьшаться и использовать удобрения с очень длительными периодами хранения нужно с учетом этого факта.

Вот все, что мы хотели рассказать о мочевине, информация, нам кажется, вполне достаточная, но если у вас остались вопросы, будем рады на них ответить в комментариях.

Минеральное азотное удобрение Карбамид (Мочевина)

КАРБАМИД

 Мечтаете о цветущем саде и богатом и здоровом урожае? Тогда немедленно убедитесь в отсутствии самой частой причины гибели урожая. Речь идет о дефиците азота.

Для стабилизации уровня азота в почве представляем наиболее эффективное средство — Карбамид (мочевина).

 ЧТО ЭТО ТАКОЕ?

 Карбамид или мочевина — это высокоэффективное водорастворимое минеральное удобрение с высокой концентрацией азота в своем составе.

Карбамид — самое первое органическое соединение, полученное путем проведения химических реакций из неорганических веществ. Содержание азота в амидной форме в мочевине составляет 46,2%.

Карбамид представлен в виде белых гранул, легко — растворяемых в воде и не имеющих запаха.

 ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ

 Карбамид вступает в контакт с внутрипочвенными микроорганизмами, трансформируясь сначала в аммиачную форму азота, а затем и в нитратную (обе этих формы не представляют пользы для культур и могут даже вызывать ожоги листьев).

Стоит отметить, что при корневой подкормке растения усваивают около половины от объема действующего вещества, происходит это из-за контакта гранул с кислородом. Именно в результате такого синтеза карбамид и принимает другие формы азота.

Обратите внимание, что карбамид эффективнее всего применять в жидком виде! 

ДЛЯ КАКИХ КУЛЬТУР ПОДХОДИТ?

  Карбамид или мочевину используют для подкормки любых видов растений: как для декоративных, так и для овощных. Использование Карбамида актуально для всех видов почв. Особенно эффективна мочевина при орошении и поливе.

 КОГДА И КАК ПРИМЕНЯТЬ?

 Карбамид применяется при недостатке содержания азота в почве. Для того, чтобы выявить дефицит азота в почве, обратите внимание на внешний вид растений.

 При недостатке азота:

 •     развитие и рост растений существенно замедляется

•     отмечается значительное ослабление побегов и кроны деревьев

•     заметная бледность и слабость листьев.

 

Использовать мочевину рекомендуется во время цветения и незадолго до плодоношения. Гранулы карбамида разбрасывают в нужной пропорции, присыпая землей и разравнивая при помощи грабель. После внесения удобрения землю необходимо обильно полить водой, это необходимо для минимизации аммиачных испарений.

 В идеале вносить удобрение лучше после периода дождей или в пасмурную погоду.

Предлагаем ознакомиться со схемой дозировки и особенностей применения карбамида: 

Для АПК

Культура	Доза применения	Время,особенности применения
Все культуры	25-500 кг/га в зависимости от вида культуры, технологии ее выращивания, планируемого урожая, с учетом агрохимических показателей почвы	Основное, припосевное внесение, подкормка

Для личных подсобных хозяйств:

Культура	Доза применения	Время, особенности применения
Картофель, капуста,свекла столовая, морковь	20-30 г/кв. м	Внесение в почву весной при подготовке почвы (вспашка, перекопка, рыхление)
	5-10 г/кв.м	Корневая подкормка растений в период нарастания вегетативной массы 1-2 раза с интервалом 10-15 дней
	20-30 г/10 л воды. Расход рабочего расхода 5-10 л/кв.м	Корневая подкормка растений в период нарастания вегетативной массы 1-2 раза с интервалом 10-15 дней
Овощные, цветочно-декоративные культуры (открытый грунт)	15-20 г/кв.м	Внесение в почву весной при подготовке почвы (вспашка, перекопка, рыхление)
Овощные, цветочно-декоративные культуры (защищенный грунт)	23-35 г/кв. м	Внесение в почву весной при подготовке почвы (вспашка, перекопка, рыхление)
Редис, лук, зеленные культуры	5-10 г/кв.м	Внесение в почву весной при подготовке почвы (вспашка, перекопка, рыхление)
Плодовые деревья	180-220 г/растение	Внесение при посадке
	25-30 г/кв.м приствольного круга	Корневая подкормка растений весной в начале возобновления вегетации

Подробности смотрите в видеообзоре.

Материалы для пескоструйных работ | Союз У

Абразивный порошок предназначен для пескоструйной очистки окалины, ржавчины на металлических поверхностях, а так же для удаления…

Подробнее

Материал также применяется для пескоструйных работ, там где большие объёмы и нет возможности использовать его повторно.

Подробнее

Сухой, различных фракции, очищен от глины и примесей. Применяется в водоочистке, пескоструйных работах, ландшафтный дизайн и др…

Подробнее

В промышленности дробь применяется как абразив для обработки металлических изделий дробеструйным способом (пескоструйка) и как утяжелитель.

Подробнее

Сверхтвёрдый материал на основе оксида алюминия используется многократно. Применяется как пескоструйный, огнеупорный материал, изготовления абразивных кругов.

Подробнее

Горный белый Кварцевый песок — применяется в различных промышленных и бытовых сферах и не ограничивается только водоочисткой. Уникальный продукт!

Подробнее

Гранатовый песок — применяется в обработки поверхностей из метала и других материалов, он составляет порядка 40%, а для очистки воды и жидкостей примерно 25%. Он имеет..

Подробнее

По сравнению с кварцевым песком, стеклянная дробь не имеет таких свойств как «Эффект пластилина». Это когда частица песка диаметром 1 мм ударяясь о поверхность детали оставляет..

Подробнее

Кварцевый песок, в качестве очистки воды и других жидкостей, — применяется с древних времён. Его очистные способности не обсуждаются. В наше время для..

Подробнее

Широкое применение мраморная крошка и другие её производные получили в промышленности, ландшафтном дизайне и декорации садовых участков.

Подробнее

Предлагаются щелочные и кислотные растворы для очистки различного оборудования от накипи, нагара, копоти и остального прочего

Подробнее

Активированный уголь марки ДАК как нельзя очень хорошо подходит для очистки воды и не только. Это вещество получается из древесины, например..

Подробнее

Удобрение Мочевина

При правильном внесении мочевина и удобрения, содержащие мочевину, являются отличными источниками азота для растениеводства.

Химические реакции

После внесения в почву мочевина претерпевает химические изменения и образуются ионы аммония (Nh5 +). Влажность почвы определяет, насколько быстро происходит это преобразование.

Когда частица мочевины растворяется, область вокруг нее становится зоной с высоким pH и концентрацией аммиака. Эта зона может быть довольно токсичной в течение нескольких часов.Образовавшийся свободный аммиак может убить семена и корни проростков в этой зоне.

К счастью, эта токсичная зона нейтрализуется в большинстве почв, поскольку аммиак превращается в аммоний. Обычно растения могут эффективно использовать азот всего за несколько дней.

Хотя мочевина при первом внесении в почву вызывает щелочную реакцию, в конечном итоге она вызывает кислотную реакцию.

Как и сколько применять

Мочевина или материалы, содержащие мочевину, как правило, должны быть внесены в почву и немедленно внесены в почву.

При внесении удобрений на основе мочевины полосой отделите их от семян не менее чем на 2 дюйма почвы. Ни при каких обстоятельствах нельзя засеивать кукурузу на основе мочевины или удобрений на ее основе.

При работе с мелкими зернами вы обычно можете внести 10 фунтов азота в качестве мочевины с помощью сеялки во время посева, даже в засушливых условиях. В условиях хорошей влажности вы можете внести 20 фунтов азота в качестве мочевины с помощью зерновой сеялки.

Результаты исследования

Исследования, проведенные Государственным университетом Северной Дакоты, показывают, что в засушливых условиях мочевина может уменьшить рост пшеницы более чем на 50 процентов (Таблица 5).Это было для мочевины, внесенной зерновой сеялкой с интервалом 6 дюймов, из расчета более 20 фунтов азота на акр.

Исследования

Университета Висконсина показывают, что внесенная в семена мочевина с кукурузой, даже при низком уровне азота, очень токсична для семян и значительно снижает урожайность (Таблица 6). Однако, когда мочевина была помещена сбоку в качестве закваски размером 2 на 2 дюйма, исследователи отметили незначительные повреждения, если таковые вообще были (Таблица 7).

В Миннесоте для получения хорошего урожая обычно требуется более 20 фунтов азота на акр.Фермеры могут избежать ущерба от мочевины, разбрасывая большую часть азотных удобрений мочевины перед посевом. Данные в таблице 8 показывают, что внесение мочевины перед посевом равно или более эффективно, чем аналогичные обработки нитратом аммония.

Что такое удобрение на основе мочевины? | Home Guides

Лесли Роуз Обновлено 17 декабря 2018 г.

Мочевина — это недорогая форма азотных удобрений с соотношением NPK (азот-фосфор-калий) 46-0-0. Хотя мочевина естественным образом вырабатывается людьми и животными, синтетическая мочевина производится с безводным аммиаком.Хотя мочевина часто предлагает садоводам больше азота по самой низкой цене на рынке, при внесении мочевины в почву необходимо принимать специальные меры, чтобы предотвратить потерю азота в результате химической реакции.

Производственный процесс

Мочевина производится, когда диоксид углерода взаимодействует с безводным аммиаком. Этот процесс происходит под сильным давлением, при температуре 350 градусов по Фаренгейту. Мочевина перерабатывается, чтобы получить форму гранул или твердых шариков, известных как гранулы. Сухая мочевина очень растворима, и до использования ее необходимо хранить вдали от влаги.

Как использовать мочевину

Когда мочевина помещается на поверхность почвы, происходит химическая реакция, которая превращает мочевину в бикарбонат аммония. Аммоний превратится в газ, который, если его не защитить, будет утерян. Это означает, что для максимальной эффективности мочевину следует смешивать с почвой. Это можно сделать либо путем разбрызгивания мочевины с последующим ее вспахиванием в почву, либо путем впрыскивания мочевины в почву. Это также можно сделать путем разбрызгивания мочевины с последующим интенсивным орошением, чтобы вытолкнуть растворенную мочевину в почву.

Преимущества мочевины

Как правило, карбамид обеспечивает наибольшее количество азота при минимальных затратах. Его легко хранить, и он не представляет опасности возгорания при длительном хранении. Мочевину можно смешивать с другими удобрениями или вносить отдельно. Для растений, которые любят кислые почвы, мочевина — одно из лучших удобрений для подкисления почвы. Для садоводов, выращивающих такие культуры, как кукуруза, клубника, черника и другие тяжелые азотные удобрения, мочевина станет незамедлительным и мощным источником азота.

Недостатки мочевины

В результате химической реакции, которая происходит при внесении мочевины в почву, необходимо соблюдать особую осторожность, чтобы не потерять азот при испарении аммония. Это может сделать мочевину непрактичной для садоводов, имеющих дело с большими участками земли. Высокая растворимость мочевины также требует условий хранения в сухом виде.

Пять вещей, которые вы должны знать об использовании удобрений на основе мочевины

Присоединяйтесь к нашему форуму сейчас и
Задайте любой вопрос БЕСПЛАТНО Станьте участником Smart Fertilizer Knowledge Hub
Сообщество экспертов по питанию растений Спасибо за участие и добро пожаловать на наш форум!

1. Мочевина не всегда была основным источником азота для сельскохозяйственных культур

Мочевина была впервые синтезирована немецким химиком Фридрихом Велером в 1828 году. До этого времени органические источники азота, такие как моча, ночная почва, навоз и компост, были единственными средствами доставки этого важного макроэлемента в почву.

Рекомендуемая литература: POTASIO EN LAS PLANTAS

Другие химические соединения использовались в качестве популярных удобрений в течение последнего столетия. Аммиачная селитра (N2h5O3.) является одним из таких соединений и имеет рейтинг NPK 34-0-0. Мочевина, с другой стороны, имеет класс NPK 46-0-0, что делает ее более экономичной для транспортировки. Девяносто процентов производимой синтетической мочевины сейчас идет на удобрения.

Пожалуйста, присоединяйтесь к нашему еженедельному бесплатному вебинару

Нажмите кнопку, и наш чат-бот поможет вам зарегистрироваться

Присоединяйтесь к вебинару

2. Примеси и неправильное использование мочевинных удобрений могут нанести вред растениям

Обычной примесью удобрений на основе мочевины является биурет (C2H5N3O2), который может расщепляться в почве, но делает это в течение длительного периода времени, и при этом является фитотоксичным.

Как и любой другой источник азота, мочевина сама по себе может повредить растения: азот ухудшает или полностью препятствует прорастанию семян, а слишком большое количество азота может вызвать «ожог» растений.

3. Существующие почвенные бактерии разрушают удобрения на основе мочевины

Первым шагом в обеспечении доступа растений к азоту мочевины (Ch5N2O) является его преобразование либо в аммиак (Nh4), либо в ионы аммония (Nh5 +) и ионы бикарбоната (HCO3-). Встречающиеся в природе почвенные бактерии — широко известные как аммиакокисляющие бактерии (АОБ) — быстро добиваются этого с помощью фермента уреазы.

После этого в процессе нитрификации аммиак окисляется до нитрита. Нитрит окисляется до нитрата нитритокисляющими бактериями (NOB).

Как аммоний, так и нитрат являются формами азота, которые наиболее легко усваиваются растениями.

4. Мочевина удобрений воздействует на почву pH

В процессе нитрификации увеличивается количество свободных ионов водорода (H +) в почве, что создает кислотность.Кроме того, когда растения поглощают ионы аммония (Nh5 +), они также выделяют ионы водорода в почву.

Таким образом, необходимо соблюдать осторожность, чтобы нейтрализовать избыточную кислотность, используя такие соединения, как эффективный карбонат кальция (ECC).

С легкостью составьте план внесения удобрений с помощью нашего программного обеспечения

Начните использовать и увеличьте урожай до 40%

Создайте свой план

5. Здоровый рост растений зависит от качества, а не от количества

Как упоминалось выше, слишком много мочевины и, как следствие, слишком много азота могут иметь негативное воздействие на растения. Это также может иметь негативное влияние на окружающую среду: нитраты очень подвижны в воде, а вымывание в результате сельского хозяйства вредно для водных путей.
Рекомендуемая литература: EL FÓSFORO EN SUELO Y AGUA

Таким образом, хотя карбамидные удобрения в целом являются экологически безопасным и экономичным выбором, при их применении необходимо соблюдать осторожность, чтобы обеспечить максимальную пользу для ваших культур с минимальным воздействием на окружающую среду.

Используя SMART! Инструменты сельского хозяйства могут помочь сделать этот выбор.Фактически, в нашем программном обеспечении есть специальная функция для внесения удобрений перед посевом, где учитываются различные формы азота (мочевина, аммоиний и нитрат), чтобы уменьшить потери и вымывание. Это позволяет пользователю не только экономить деньги и избегать нанесения ущерба окружающей среде, но и более эффективно вносить питательные вещества в урожай.

УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

• Рекомендует идеальную смесь / смеси удобрений
• Экономия до 50% затрат на удобрения
• Исчерпывающие данные по сотням сортов сельскохозяйственных культур
• Интерпретирует результаты испытаний для любого метода экстракции

Попробуйте наше программное обеспечение сейчас

Вы хотите прочитать статью полностью? Оставьте пожалуйста свой электронный адрес

Мы регулярно обновляем нашу базу статей, а также работаем над качеством материалов.Оставьте свой адрес электронной почты и всегда получайте новые статьи в нашей еженедельной рассылке. Узнай первым, не упускай важного!

границ | Голубая мочевина: удобрение с пониженным воздействием на окружающую среду

Введение

Азотные удобрения и продовольственная безопасность

Синтетические удобрения — жизненно важный компонент интенсивного сельского хозяйства и необходимость для глобального производства продуктов питания. Удаление питательных веществ культурами во время роста требует использования удобрений для ускорения пополнения почвы и, таким образом, поддержания продуктивности интенсивного сельского хозяйства. Из них азотные удобрения особенно важны, поскольку доступный азот обычно является ограничивающим питательным веществом, которое мешает почвам поддерживать интенсивный рост сельскохозяйственных культур (Yara, 2017). Было подсчитано, что без таких синтетических удобрений производства продуктов питания хватило бы только для того, чтобы прокормить половину населения мира (по состоянию на 2011 год) (Dawson and Hilton, 2011).Учитывая, что рост населения, согласно прогнозам, продолжится в среднесрочной и долгосрочной перспективе (Всемирный банк, 2018), ожидается, что производство продуктов питания также должно увеличиться. В то же время экономический рост менее развитых стран приводит к более разнообразному и высококалорийному рациону питания, аналогичному требованию более высокой производительности (Stewart and Roberts, 2012). Из-за этих проблем в обозримом будущем ожидается продолжение использования синтетических удобрений в сельском хозяйстве.

Улавливание и использование углерода

Сохраняющийся спрос на удобрения имеет и другие последствия, поскольку практически все синтетические удобрения получают из ископаемого топлива.Обработка этих видов топлива приводит к выбросам парниковых газов (ПГ), таких как диоксид углерода (CO ₂ ), метан (CH ₄ ) и закись азота (N ₂ O). Повышенные концентрации парниковых газов в атмосфере уже давно вызывают серьезную озабоченность. Их выбросы являются основной причиной антропогенных явлений изменения климата (таких как глобальное потепление), ведущих к экологическим катастрофам, таким как засухи, таяние ледников, повышение уровня моря, закисление океана и т. Д. В случае CO ₂ , например, текущая средняя глобальная концентрация превышает 410 частей на миллион и, по прогнозам, без снижения выбросов к 2100 году достигнет 750 частей на миллион (IPCC, 2018), что приведет к катастрофическим последствиям для окружающей среды. По этой причине возникла значительная мотивация к широкому внедрению стратегий борьбы с выбросами, включая улавливание и хранение углерода (CCS) и улавливание и использование углерода (CCU). Для CCS CO ₂ улавливается и хранится в геологических структурах (например, истощенных нефтяных скважинах, газовых месторождениях, соленых водоносных горизонтах), потенциально позволяя целесообразно удалять большие количества CO ₂ из атмосферы (Leung et al., 2014 ). Напротив, для CCU уловленный CO ₂ перерабатывается в различные коммерческие продукты (например,g., метан, метанол, формальдегид, полиуретаны и т. д.), которые предлагают альтернативу их эквивалентам, полученным из ископаемого топлива (Styring and Jansen, 2011). В дальнейшем считается, что совместное развертывание CCS и CCU (CCUS) (Mission Innovation, 2017) будет иметь важное значение для достижения значимого сокращения выбросов CO ₂ в достаточно короткие сроки для предотвращения необратимого ущерба из-за изменения климата.

Удобрение на основе ископаемого мочевины

Мочевина занимает интересное положение на пересечении упомянутых выше точек.Это наиболее часто используемое синтетическое азотное удобрение (на его долю приходится более 70% мирового использования удобрений) (IFA, 2018), и его синтез потребляет CO ₂ (производство является хорошо отлаженным процессом CCU). Обычное производство обычно происходит на крупных централизованных заводах (Meessen, 2010), примыкающих к объектам по добыче природного газа, где паровое преобразование метана дает синтез-газ, состоящий из водорода (H ₂ ) и монооксида углерода (CO) (уравнение 1), за которым следует улучшение для увеличения выхода H ₂ и образования CO ₂ (уравнение 2).После удаления CO ₂ , H ₂ затем реагирует с N ₂ (полученным в результате разделения воздуха) с получением аммиака (NH ₃ ) (уравнение 3) через процесс Габера-Боша ( Appl, 2011). Затем NH ₃ и ранее удаленный CO ₂ реагируют с образованием карбамата аммония (H ₂ NCOONH ₄ ) (уравнение 4), который продолжает образовывать мочевину (CO (NH ₂ ) ₂ ) и воды (уравнение 5) через по процессу Bosch-Meiser (Meessen, 2010).Наконец, этот продукт из карбамида сушат и приллируют, чтобы снизить вес при транспортировке и улучшить стабильность при длительном хранении. Эти процессы требуют интенсивных условий, и хотя интеграция тепла может снизить потребность в тепле, часть исходного ископаемого топлива обычно сжигается, чтобы восполнить дефицит. Таким образом, несмотря на то, что он расходуется на образование мочевины, в целом процесс приводит к значительным чистым выбросам CO ₂ , а также выбросам CH ₄ из проскока метана во время сжигания / реформирования.

Ch5 + h3O↔ΔHr = + 206 кДжмоль-1CO + 3 h3 (1) CO + h3O↔ΔHr = -41 кДжмоль-1CO2 + h3 (2) 3 h3 + N2↔ΔHr = -92 кДжмоль-12 Nh4 (3) 2 Nh4 + CO2↔ΔHr = -117 кДжмоль-1Nh3COONh5 (4) Nh3COONh5↔ΔHr = + 16 кДжмоль − 1CO (Nh3) 2 + h3O (5)

Эти процессы являются технологически зрелыми и десятилетиями оптимизировались, чтобы соответственно минимизировать CAPEX и OPEX. Более того, они получают дополнительную выгоду от эффекта масштаба, поскольку производство, как правило, имеет огромные масштабы. Однако важно отметить, что анализ эксплуатационных расходов 116 заводов по производству аммиака, проведенный Boulamanti и Moya (2017), показал, что стоимость ископаемого топлива является самым большим фактором, влияющим на общую стоимость производства.Это сбивает с толку, поскольку запасы ископаемого топлива конечны и географически ограничены, а постепенное истощение, несомненно, снизит надежность поставок (например, снижение доступности, рост стоимости, нестабильность цен и геополитическая незащищенность). Это создает тревожный сценарий для будущего сельского хозяйства, поскольку такие опасения негативно скажутся на производстве синтетических удобрений и тем самым поставят под угрозу возможности производства продуктов питания.

Устойчивое удобрение на основе мочевины

Эти опасения можно было бы развеять, отделив производство удобрений от ископаемого сырья и вместо этого интегрировав устойчивые вводимые ресурсы и возобновляемые источники энергии. Замена традиционных процессов реформирования (уравнения 1, 2) электролизом (уравнение 6) с использованием избыточной возобновляемой энергии может генерировать H ₂ без ископаемого сырья и связанных с ним выбросов CO ₂ . После дальнейшей обработки этого H _-2 в NH ₃ реакция с CO ₂ из внешних источников (уравнения 4, 5) концептуально позволяет получить мочевину с пониженным содержанием углерода или даже с нейтральным углеродом. Кроме того, хотя условия реакции для промышленного производства мочевины (Meessen, 2010) суровые (170–220 ° C, 150 бар) (Barzagli et al., 2011), сообщают о синтетическом маршруте со сравнительно мягкими условиями. Их начальной стадией является совместное барботирование NH ₃ и CO ₂ через раствор в условиях, близких к температуре окружающей среды (0 ° C, 1 бар), при их водной реакции с образованием осадка карбамата аммония. Этот карбамат затем собирается и затем вступает в реакцию в относительно ослабленных условиях (140 ° C, 14 бар) с образованием мочевины со значительно меньшими потребностями в энергии. Сочетание электролиза на возобновляемых источниках энергии и синтетического пути, описанного Barzagli et al.(2011) может производить удобрение на основе мочевины с уменьшенными энергетическими, финансовыми и экологическими затратами, именуемое здесь « Голубая мочевина» (из-за электролитического происхождения H ₂ ).

h3O↔ΔHr = + 286 кДжмоль-1h3 + 12O2 (6)

Поскольку в этой концепции Blue Urea используются экологически чистые ресурсы (например, H- ₂ O, N ₂ и CO ₂ ), процесс менее географически ограничен, что означает, что производство вместо этого может быть распределено по более широкой территории.Кроме того, производство может происходить в меньших масштабах, достаточных для удовлетворения местных требований, со всем технологическим оборудованием, установленным в изготовленных на заказ контейнерах ISO. Конкретный сценарий, рассмотренный в этом исследовании, представлял собой ветряную турбину, расположенную в сельскохозяйственном сообществе, которая обеспечивала производство удобрений Blue Urea на месте для местного сельского хозяйства. Ситуация процесса внутри контейнера и рядом с местом использования теоретически исключает финансовые и экологические затраты, связанные с транспортировкой.Более того, удаление веса воды для транспортировки больше не актуально, и мочевина может производиться в растворе, что устраняет затраты, связанные с приллированием. Очевидно, первоначальная оценка жизненного цикла была проведена для концепции Blue Urea (Villa Zaragoza, 2018), в которой оценивалось воздействие на окружающую среду по сравнению с традиционным производством. Ввиду сложности проблемы эта оценка будет представлена ​​в отдельной публикации. Тем не менее, окончательный вывод заключался в том, что процесс Blue Urea , проводимый с использованием возобновляемых источников энергии и точечного улавливания CO ₂ , может снизить выбросы примерно на 21% по сравнению с обычным случаем (или на 17% при проведении с прямым улавливанием воздуха).С экологической точки зрения это открытие подтвердило концепцию Blue Urea как средство сокращения выбросов парниковых газов при производстве удобрений. Действительно, исследования подобных систем (особенно для производства NH ₃ ) в целом указали на возможность сокращения выбросов (Morgan et al., 2014; Tallaksen et al., 2015; Bicer et al., 2016; Frattini et al. ., 2016; Reese et al., 2016).

Объем исследований

Однако те же исследования, приведенные выше, также подчеркивают необходимость дальнейшего развития с целью повышения технической и экономической жизнеспособности таких процессов.Точно так же, несмотря на многочисленные очевидные преимущества, концепция Blue Urea , тем не менее, сталкивается с рядом ограничений. Основным среди них является высокая потребность в энергии для составляющих процессов и, в частности, для электролитического образования H ₂ . Несмотря на интеграцию возобновляемых источников энергии, обеспечивающих снижение выбросов парниковых газов, рост стоимости энергии означает, что Blue Urea изо всех сил пытается финансово конкурировать с обычным карбамидом, полученным из ископаемых углеводородов. Это усугубляется уменьшенным масштабом процесса Blue Urea , который не выигрывает от эффекта экономии от масштаба, такого как коммерческое производство.Кроме того, непостоянство возобновляемых источников энергии затрудняет интеграцию без дополнительных затрат на системы хранения энергии, что требует, чтобы процессы быстро реагировали на изменения входных параметров. В свете этого, в рамках данного исследования была представлена ​​концептуальная демонстрация Blue Urea , охватывающая весь путь синтеза до его конечного применения в качестве синтетического азотного удобрения. Таким образом, были проведены эксперименты, чтобы показать техническую осуществимость составляющих синтеза аммиака, карбамата аммония и мочевины для продукта Blue Urea (с особым упором на демонстрацию этих синтезов в ослабленных условиях).Впоследствии эффективность этого Blue Urea в качестве удобрения была проверена в исследованиях контролируемого роста, где его сравнивали с другими удобрениями и контролем.

Экспериментальный

Материалы и методы

Газы, использованные во время экспериментов, включали N ₂ (> 99,998%), H ₂ (> 99,99%), CO ₂ (> 99,8%) и безводный сжиженный NH- ₃ (100%), которые были используется от баллонов, поставляемых BOC Group. Использовали высокоактивный промышленный катализатор синтеза аммиака (KATALCO 74-1R, размер сорта A), предоставленный Johnson Matthey.Все остальные химические вещества были закуплены у Sigma-Aldrich. Это включало этанол (EtOH, 96%), пропанол ( n- PrOH, 99%), изопропанол ( i- PrOH, 99%), пентанол ( n- PeOH, 99%) и октанол ( n — OcOH, 99%), которые сушили в течение ночи перед использованием с молекулярными ситами 3 Å. Используемые кислоты включали серную (H ₂ SO ₄ , 98%) и азотную (HNO ₃ , 68%) кислоты, обычно вместе с раствором индикатора фенолфталеина (1% в EtOH).Другое сырье и / или эталонные материалы включали карбамат аммония (99%), мочевину (98%) и биурет (97%).

Что касается композиционного анализа, количественные измерения углеродного ядерного магнитного резонанса ( ¹³ C-ЯМР) были выполнены с помощью Bruker AVIII, работающего на частоте 400 МГц, и образцов, растворенных в оксиде дейтерия (D ₂ O, 99%). Эти эксперименты были выполнены Сандрой ван Мерс (химический факультет Шеффилдского университета). Инфракрасную спектроскопию с преобразованием Фурье (FTIR) выполняли с помощью спектрофотометра (Shimadzu, IRAffinity-1S), работающего в конфигурации с ослабленным полным отражением (ATR).Измерения проводились в диапазоне волновых чисел 4 000–400 см ^–1 , выполнено 64 сканирования с разрешением 1 см ^–1 . Все остальные экспериментальные методы обсуждаются здесь индивидуально.

Синтез аммиака

Экспериментальная конфигурация, обсуждаемая ниже, показана на рисунке 1. Для удобства в этой работе использовались газовые баллоны, поскольку электролитический H ₂ должен был поставляться внешним поставщиком (ITM Power) с использованием запатентованных технологий. Таким образом, исходные газы H ₂ и N ₂ подавались под давлением 40 бар в соответствующие регуляторы массового расхода (F-112AC и F-201AV, Bronkhorst), что позволяло регулировать расход и H ₂ : N ₂ молярное соотношение.Затем эти газы пропускали через встроенный статический смеситель (FMX, Omega) перед подачей в ускоритель газа (AGD-30, Haskel), приводимый в действие сжатым воздухом (4 бар). Газовый бустер позволял повышать давление до желаемого давления (<200 бар), которое устанавливалось с помощью регулятора противодавления (h4P, Equilibar). Затем подаваемые газы под давлением проходили через трубчатую печь (GVA 12/900, Carbolite) и нагревались до желаемой температуры (<400 ° C) перед поступлением в реактор синтеза. Трубчатый реактор изготовлен из обжимных фитингов из нержавеющей стали с внутренней трубкой размером 9.Внутренний диаметр 4 мм (D _i ) на длину 1,5 м (L), заполненный катализатором (240 г) и задержанный фильтрами. Эта трубка находилась внутри внешней трубки и образовывала охлаждающую рубашку, в которую подавалась водопроводная вода. После выхода из слоя катализатора реакционные газы проходили через охладитель аналогичной конструкции с размерами 9,4 мм (D _и ) на 1 м (L), также снабженный водопроводной водой. Затем в охлажденных газах сбросили давление (1 бар), пропустив через регулятор противодавления, и образец непрерывно анализировали на концентрацию NH ₃ с помощью недисперсионного инфракрасного датчика.Отобранные газы барботировали через две стеклянные емкости для скруббера (<5 л), содержащие разбавленную H ₂ SO ₄ или HNO ₃ с фенолфталеиновым индикатором. В то время как непрореагировавшие газы H ₂ и N ₂ барботировали из раствора для выпуска воздуха, компонент NH ₃ прореагировал с образованием сульфата аммония [(NH ₄ ) ₂ SO ₄ , AS] или нитрата ( NH ₄ NO ₃ , AN), соответственно (которые были выпарены и сохранены после экспериментов). Инструментальные показания включали температуру, давление, расход подаваемого газа и концентрацию на выходе, непрерывно измеряемые термопарами (тип K, RS), датчиками давления (PXM309, Omega) и вышеупомянутыми контроллерами массового расхода и газоанализатором соответственно. Данные непрерывно собирались с использованием оборудования для сбора данных (OMB-DAQ-2416, Omega).

Рисунок 1 . Экспериментальная конфигурация, используемая во всем синтезе аммиака.

Эксперименты изучили вышеуказанную конструкцию реактора, чтобы полностью охарактеризовать производительность однотрубного реактора с заданными размерами.В таком случае увеличение производства сводится к простому добавлению параллельных труб с одинаковыми характеристиками для создания многотрубного реактора, в котором каждая трубка работает идентично той, которая уже подтверждена экспериментально. Таким образом, вместо традиционного увеличения масштаба оборудования (включая дорогостоящую реконструкцию оборудования) этот процесс может подвергаться «горизонтальному масштабированию», что позволяет создать модульную конструкцию, которая обеспечивает гибкое производство в широком диапазоне операций. Это идеально подходит для концепции Blue Urea , поскольку позволяет согласовывать выходную мощность как с наличием возобновляемых источников энергии, так и с потребностями в переработке.Кроме того, хотя вышеупомянутое однопроходное устройство было достаточным для экспериментов, для достижения приемлемой эффективности преобразования потребуется включение цикла рециркуляции. Многотрубный реактор такой конструкции производительностью 150 кг / сутки был построен и находится в процессе ввода в эксплуатацию на месте, результаты которого будут сообщены после ввода системы в эксплуатацию.

Синтез карбамата аммония

Затем следующим шагом на пути к Blue Urea является образование карбамата аммония, экспериментальная конфигурация которого проиллюстрирована на рисунке 2.По соображениям целесообразности NH ₃ , полученный в вышеупомянутом процессе, не использовался в качестве сырья для этих экспериментов, а вместо этого использовался коммерческий цилиндр с NH ₃ . Синтез карбамата проводили аналогично Barzagli et al. (2011) путем совместного барботирования газов NH ₃ и CO ₂ через растворитель в стеклянном реакторе размером 40 мм (D _i ) на 500 мм (L). Реактор также содержал равномерно расположенные перегородки, расположенные вдоль оси реактора для увеличения времени перемешивания и контакта между пузырьками и растворителем.Соответствующие расходомеры (SUPELCO) контролировали расход NH ₃ и CO ₂ , которые барботировали в раствор через отдельные барботеры из спеченного стекла. Первоначально для продувки системы пропускали только CO ₂ , после чего вводили NH ₃ и наблюдали образование белого осадка. Непрореагировавшие газы, которые барботировали из раствора, пропускали через разбавленный H ₂ SO ₄ и фенолфталеиновый индикатор для удаления непрореагировавшего NH ₃ и предотвращения обратного потока воздуха в реактор.Белый осадок удаляли из раствора путем непрерывной фильтрации растворителя с использованием перистальтического насоса (PLP 330, Behr Laboratory), подключенного к встроенному фильтрующему устройству (Whatmann Grade 5, 2,5 мкм). Отдельные эксперименты были проведены для оценки фильтрации карбамата от i- PrOH, как показано в дополнительной информации. Затем фильтрат возвращали в реактор, образуя контур рециркуляции растворителя. По истечении времени реакции потоки NH ₃ / CO ₂ прекращали и в течение короткого времени проводили непрерывную фильтрацию растворителя для удаления оставшегося осадка.Затем отфильтрованные твердые вещества сушили в потоке CO ₂ в течение 10 минут, промывали диэтиловым эфиром и дополнительно сушили в потоке CO ₂ в течение 10 минут. Затем высушенные твердые вещества взвешивали и оценивали конверсию, исходя из предположения, что выделенные твердые вещества полностью состоят из карбамата аммония (уравнение 7).

Конверсия (%) = Масса изолированных твердых веществ Стехиометрическая масса карбамата × 100 (7)

Рисунок 2 . Экспериментальная конфигурация, используемая во всем синтезе карбамата аммония.

Синтез мочевины

Заключительным этапом производства Blue Urea является превращение карбамата аммония в мочевину. Эти эксперименты проводили в автоклавном реакторе из хастеллоя емкостью 0,3 л (Parr Instrument Company) со съемной стеклянной облицовкой, в которую взвешивали карбамат и добавляли магнитную мешалку. Коммерческий карбамат использовался в качестве стандартизированного сырья для устранения вариабельности материала, хотя в нескольких избранных экспериментах использовался синтезированный карбамат из предыдущих экспериментов.Затем реактор герметично закрывали и повышали давление до начального давления (<40 бар) либо CO ₂ , либо смесью NH ₃ / CO ₂ из соответствующих цилиндров. Затем реактор под давлением нагревали на плитке с мешалкой и доводили до температуры (<200 ° C) за короткое время (<20 мин). Во время нагрева давление внутри реактора увеличивалось до конечного значения из-за автотермического повышения давления. По достижении условий реакции запускали таймер и реакцию проводили в течение желаемой продолжительности.По истечении времени реакции реактор быстро охлаждали до комнатной температуры путем погружения в воду, эффективно гасив внутреннюю реакцию. Затем в реакторе сбросили давление и удалили стеклянный футляр, содержащий реакционную смесь. Затем эту стеклянную подкладку взвешивали на весах перед нагреванием в печи при 85 ° C и регулярно повторно взвешивали до тех пор, пока не наблюдалась постоянная масса. Таким образом, непрореагировавший карбамат аммония термически разлагался и вода испарялась, при этом достигнутая постоянная масса, приписываемая продукту мочевины, позволяла рассчитать конверсию (уравнение 8).

Конверсия (%) = Масса изолированного твердого вещества Стехиометрическая масса мочевины × 100 (8)

Применение

Голубая мочевина Удобрение

Синяя мочевина , синтезированная выше, затем была изучена в качестве азотного удобрения в исследованиях роста. В качестве видов растений использовались рожь многолетняя ( Lolium perenne ) и овсяница ползучая ( Festuca rubra ) на смешанном пастбищном дерне, типичном для выпаса молочных коров. Для стандартизации качества почвы их высевали на неделе 0 плотностью 35 г / м ² в John Innes № 2. (СО № 2) компост готовят в лотки (площадью и объемом 700 см ² и 4,5 л соответственно). В дальнейших экспериментах изучались деградированные сельскохозяйственные почвы (DS), собранные на ферме Спен (управляемой Университетом Лидса, Великобритания). Эта почва была охарактеризована как суглинистая известняковая бурая земля из аберфордской серии калькарических эндолептических камбизолей (Cranfield University., 2018), широко распространенных по всей Великобритании на пологих пермских и юрских известняках. Поле имеет типичную глубину 50–90 см и в течение 20 лет находилось под традиционной обработкой почвы, что привело к механическим повреждениям почвы (Бердини, чел.Комм .). Образцы DS были собраны на 32 и 64 м от края поля, гомогенизированы в бетономешалке и хранились в течение одного года до экспериментов.

Посадка и выращивание проводились в теплице с дневной температурой от 15 до 20 ° C. При дополнительном освещении (CDM-TP MW 315W / 942, Philips Lighting) продолжительность светового дня составила 16 часов, чтобы достичь общего уровня освещенности 240 ± 50 мкмоль м ⁻² с ⁻¹ по оценке фотометра ( Licor Inc.). Относительная влажность в теплице не контролировалась во время роста, но была измерена как 36 ± 5% на всем протяжении. В качестве дополнительной меры предосторожности лотки меняли раз в неделю для контроля любых локальных изменений условий. После укоренения и четырех надрезов для утолщения дерна каждый повтор обрабатывали удобрениями на 5-й неделе. Обработки обрабатывали путем растворения удобрения в водопроводной воде (1 л), помещенной в отдельные стоячие лотки с нижней подачей. Через 2 часа была добавлена ​​дополнительная вода (1 л), после чего дерн регулярно поливали, чтобы избежать дефицита воды.Затем на 7 неделе (когда высота дерна превышала 150 мм) собирали дерн для измерения: биомасса, содержание хлорофилла, а также содержание азота (N) и углерода (C) в листьях.

Содержание хлорофилла измеряли путем добавления биомассы (300 мг) в универсальную пробирку (10 мл), содержащую 80 об.% Ацетона, уравновешенного дистиллированной водой (5 мл). Его покрывали алюминиевой фольгой (чтобы избежать фотодеградации хлорофиллов) и перемешивали в течение 30 минут, охлаждали в течение ночи при 4 ° C и, наконец, снова перемешивали в течение 30 минут.Затем пробирку центрифугировали (3000 об / мин, 15 мин) и супернатант переносили в кюветы (1 см). Последующие измерения с помощью спектрофотометрии (Jenway 6320D, SLS) оценили поглощение хлорофилла по сравнению с холостой пробы, состоящей из 80 об.% Ацетона. Концентрации хлорофилла A, B и A + B (мг / г), обозначенные Ca, Cb и Ca + b соответственно, были рассчитаны (уравнения 9-11), где A = длина волны поглощения, V = объем экстракта (мл) и W = масса биомассы (г) согласно анализу Ni et al.(2009). Содержание азота (% N) и углерода (% C) в биомассе оценивали с помощью элементного анализа. Листья собирали (3 г) и сушили (70 ° C, 7 дней) перед измельчением пестиком в ступке. Для подвыборок (0,1 мг) измерения проводились путем сжигания, подключенного к масс-спектрометру с непрерывным потоком 20-20 с модулем подготовки и анализатором стабильных изотопов 20-20 (ANCA-GSL, PDZ Europa, Sercon Ltd.). Кроме того, pH почвы был измерен путем отбора репрезентативных образцов, которые были смешаны и добавлены к воде (50 мл), которую встряхивали перед измерением с помощью pH-метра (Jenway 3520, SLS).

Ca = (12.7A663-2.69A645) × V1000 × W (9) Cb = (22.9A645-4.86A663) × V1000 × W (10) Ca + b = (8.02A663 + 20.2A645) × V1000 × W (11)

Нулевые гипотезы исследований роста включали следующее:

(i) Отсутствие разницы в эффективности между Blue Urea , AN и нитрамом на травяном покрытии для обработок, применяемых при эквивалентном внесении азота в стандартизированную почву (СО № 2).

(ii) Отсутствие разницы в эффективности между Blue Urea , AN и нитрамом на травяном покрытии для обработок, применяемых при эквивалентном внесении азота в деградированную почву (DS).

(iii) Отсутствие разницы в эффективности дополнительного азота, обеспечиваемого Blue Urea на травяном дерне, для обработки в стандартизированной почве (СО № 2) при эквивалентном внесении азота по сравнению с такой же массовой дозой внесения (мас. / Мас.) На основе текущая сельскохозяйственная практика.

Результаты и обсуждение

Синтез аммиака

Были проведены эксперименты, чтобы охарактеризовать характеристики вышеупомянутой конструкции однотрубного реактора, так что «горизонтальное масштабирование» до многотрубной системы могло быть строго подтверждено.Типичный синтез можно увидеть на Рисунке 3, где показаны непрерывные измерения температуры реактора (T _R ), давления в реакторе (P _R ), расхода подаваемого газа (V _x ), температуры скруббера (T _S ). , и концентрацию аммиака на выходе ([NH ₃ ]) с течением времени (t). Установившиеся значения для каждого параметра указаны на рисунке, за исключением значений для температур скруббера, которые показывают значения при первой нейтрализации. Для контекста, показанный конкретный эксперимент включал начальную продувку и нагрев с последующим повышением давления до промежуточного давления ( t = 0.1 ч). После стабилизации температур в реакторе создание давления было завершено, и исходные газы постепенно отрегулировали до молярного отношения H ₂ : N ₂ 2,8: 1, что привело к образованию NH ₃ ( т = 0,8 ч). . После этого условия были зафиксированы, и вскоре установился стационарный режим ( т, = 2 часа), пока эксперимент не был остановлен ( т, = 6 часов). Таблица, обобщающая выборку экспериментов, представлена ​​в дополнительной информации.

Рисунок 3 . Пример эксперимента по синтезу аммиака, показывающий такие параметры, как температуры реактора (T _{R, IN} и T _{R, OUT} ), давления (P _{R, IN} и P _{R, OUT} ), расход подаваемого газа (V _{). h3} и V _N2 ), температуры скруббера (T _{S, 1} и T _{S, 2} ) и концентрацию аммиака в выходящем газе ([NH ₃ ]). Обратите внимание, что точки данных P _{R, IN} и P _{R, OUT} практически совпадают на графике (ΔP ≈ 0.5 бар).

Известно, что реакция синтеза аммиака (уравнение 3) протекает в равновесии. Хотя положение равновесия благоприятно при низких температурах, кинетика реакции недопустима, и для увеличения скорости образования требуются более высокие температуры. Таким образом, ожидалось, что температура в реакторе будет критической для достижения синтеза, при этом сообщалось, что катализируемая реакция протекает при температуре от 250 до 400 ° C (Appl, 2011). Результаты на Рисунке 3 показали, что установившаяся температура на входе и выходе из реактора составила 371 и 196 ° C соответственно, что подчеркивает значительный температурный градиент вдоль реактора.Этот градиент был постоянным на протяжении всего эксперимента и был следствием схемы нагрева (как показано на рисунке 1). Подвешивание реактора внутри трубчатой ​​печи для прямого нагрева было невозможно из-за размеров, и, кроме того, хотя такое расположение экспериментально удобно, оно плохо отражает более крупный процесс, в котором косвенный нагрев является практической необходимостью. Тем не менее, достигнутые температуры были явно достаточными для образования NH ₃ , как обсуждается ниже.Вторым критическим условием синтеза является давление, которое благоприятно смещает положение равновесия при повышенных значениях. В этом отношении система очень быстро реагировала и поддерживала постоянное значение давления на входе в реактор 124 бар (для заданного значения 120 бар). Во время запуска перепад давления (ΔP) в слое катализатора значительно колебался с максимальным значением 1,55 бар, но в установившемся режиме система была стабильной с небольшим перепадом давления 0,5 бар. Точно так же расположение регуляторов массового расхода, встроенного смесителя и ускорителя газа обеспечивает точное управление и подачу подаваемых газов H ₂ / N ₂ .Основываясь на опыте начальных испытаний, использованные скорости потока составляли 16,8 и 6 л / мин для H ₂ и N ₂ соответственно, что привело к вышеупомянутому молярному соотношению 2,8: 1 для H ₂ : N ₂ .

В этих условиях было успешно продемонстрировано производство NH ₃ , как показано на Рисунке 3. Первоначальное введение H ₂ в систему привело к быстрому увеличению концентрации NH ₃ на выходе до 3,9 мол.%. Предполагалось, что это связано с относительным избытком адсорбированного N на поверхности катализатора после первоначального нагрева под N ₂ .Поскольку стадия, ограничивающая скорость этого синтеза, обычно принимается как диссоциация N ₂ , это первоначально позволило провести быструю реакцию, прежде чем истощение этих частиц замедлило скорость. Когда количество адсорбированных N и H уравновешивается, образование NH ₃ соответственно увеличивается до установившегося значения, измеренного при 14,1 мол.%, Что соответствует расчетной конверсии 24,7%. При первой температуре скруббера наблюдалась случайная реакция, которую приписывали экзотермическому образованию NH ₄ NO ₃ (AN), который собирали для внесения в качестве удобрения в последующих исследованиях роста.Обнадеживает то, что вышеупомянутое преобразование происходило в непосредственной близости от тех, которые обычно достигаются в промышленных реакторах (по сообщениям, от 25 до 35% за проход) (Appl, 2011), несмотря на относительно ослабленные условия. Однако, исходя из условий на входе в реактор, ожидаемая равновесная концентрация NH ₃ составляла примерно 29 мол.% (Appl, 2011), что указывает на то, что реакция все еще была далека от равновесия. Тем не менее, конструкция реактора показала конверсию, сопоставимую с коммерческими эквивалентами, со значительными возможностями для дальнейшего улучшения.Например, разрешение вышеупомянутого температурного градиента должно способствовать реакции по достижению равновесия, а добавление контура рециркуляции значительно повысит общую эффективность. Важно отметить, что эти эксперименты продемонстрировали, что производство NH ₃ в этой системе достигает стационарного состояния в течение ~ 2 часов. Это выгодно для концепции Blue Urea из-за непостоянства возобновляемых источников энергии (например, энергии ветра), что означает, что этот процесс может гибко управляться в зависимости от наличия возобновляемой энергии.

Синтез карбамата аммония

Изначально было изучено протекание реакции в различных растворителях. При комнатной температуре реакцию проводили в течение 30 мин с молярным соотношением 2: 1 NH ₃ : CO ₂ при 125 мл / мин и 62,5 мл / мин NH ₃ и CO ₂ соответственно ( предположив идеальные газы) в 300 мл растворителя. Изученные спиртовые растворители включали EtOH, n -PrOH, i -PrOH, n -PeOH и n -OcOH, результаты которых показаны на рисунке 4A.Было обнаружено, что более легкие спирты дают отличные превращения, а именно 96, 99 и 83% для EtOH, i- PrOH и n- PrOH соответственно. И наоборот, более тяжелые спирты показали значительно худшую конверсию, вероятно, из-за пониженной растворимости NH ₃ в этих растворителях. Более того, высокие температуры кипения этих растворителей (138 и 188 ° C для n- PeOH и n- OcOH, соответственно) означают, что остаточный растворитель, вероятно, сохранялся в карбамате, ошибочно повышая измеренное значение.Учитывая превосходные характеристики, продемонстрированные высушенным и -PrOH, этот растворитель использовали в дальнейших экспериментах.

Рисунок 4 . Влияние различных условий реакции на синтез карбамата аммония, а именно растворителя (A), , объема растворителя (B) , скорости рециркуляции (C), и объема растворителя (D) при пониженной скорости рециркуляции.

Ожидалось, что растворение газов в растворе будет иметь очень важное значение, а объем растворителя — его критическая переменная.Вероятно, малый объем будет означать недостаточную высоту растворителя внутри реактора, сокращая время контакта между газами и растворителем (и тем самым позволяя им пузыриться из раствора без реакции). Таким образом, влияние объема растворителя было исследовано с помощью экспериментов с немного скорректированными расходами 116 и 60 мл / мин для NH ₃ и CO ₂ , соответственно, а также при непрерывной фильтрации растворителя со скоростью рециркулирующего потока 360 мл / мин. Результаты на Фигуре 4B, по-видимому, подтверждают вышеизложенное, поскольку первоначальное увеличение объема (<200 мл) улучшило конверсию до максимума 97%, после чего конверсия не изменилась по объему.Это предполагало начальные ограничения массопереноса при растворении CO ₂ и / или NH ₃ в i- PrOH, так что реакция первоначально выиграла от дополнительного времени контакта. После того, как было установлено достаточное время контакта, эти ограничения массопереноса были сняты, и конверсия после этого не изменилась по объему, при этом реакция, как предполагается, была кинетически ограниченной. Геометрия реактора учитывалась безразмерным параметром (H / D _i ), основанным на внутреннем диаметре (D _i ) и высоте растворителя (H), что позволяет предположить, что реакция массопереноса ограничена при H / D _i < 4.Этот результат предоставляет ценную информацию для будущих исследований и проектирования реактора, хотя, несомненно, на него будет влиять множество других переменных (например, скорость потока газа, растворимость, размер пузырьков и т. Д.).

Правдоподобным объяснением этого ограничения массопереноса было насыщение i- PrOH аммонием (Nh5 +), карбаматом (NH ₂ CO2-), бикарбонатом (HCO3-) и карбонатом (CO32-), которые ингибируют дальнейшее растворение. . Если это так, ограничение можно преодолеть, увеличив фильтрацию осадков из раствора, чтобы способствовать дальнейшему осаждению и растворению.Чтобы изучить это, были проведены эксперименты с различными скоростями рециркуляции растворителя с 300 мл растворителя, результаты которых показаны на рисунке 4C. Результаты показали, что повышенная скорость рециркуляции растворителя постоянно улучшает конверсию во всем исследуемом диапазоне, увеличиваясь с 46% при 250 мл / мин до 98% при 360 мл / мин. Эффект лучшего массопереноса от принудительной конвекции был дискредитирован повторным исследованием влияния объема растворителя при сниженной скорости рециркуляции, как показано на рисунке 4D. Число Рейнольдса было оценено в 6.33 × 10 ⁴ и 6,16 × 10 ⁴ для 360 и 350 мл / мин соответственно, что указывает на аналогичное перемешивание в турбулентном режиме. Несмотря на это, более низкие скорости рециркуляции позволили достичь более низких конверсий и продемонстрировать более стойкие ограничения массопереноса, о чем свидетельствует работа при 350 мл / мин, ограниченная до тех пор, пока H / D _i <6). Это убедительно доказывает теорию о том, что причиной проблем с массопереносом было насыщение i- PrOH высокими концентрациями осадка, подчеркивая, что общее преобразование может быть улучшено путем быстрого удаления осадка из раствора.

Кроме того, ожидалось, что снижение температуры реакции увеличит конверсию. Поскольку реакция синтеза является экзотермической (уравнение 4), отвод тепла может привести к более высокой конверсии за счет смещения равновесия в сторону образования карбамата. Кроме того, пониженные температуры могут увеличить растворимость NH ₃ и CO ₂ в i- PrOH, что, вероятно, приведет к более быстрому растворению и более высоким концентрациям насыщения (потенциально противодействуя вышеупомянутым ограничениям массопереноса).Для изучения влияния температуры были проведены эксперименты, как указано выше, но с реактором, охлаждаемым до 0 ° C с помощью внешней охлаждающей рубашки. Результаты показали, что реакция при 0 ° C повлияла на конверсию 87% по сравнению с 97% при 20 ° C, что противоречит прогнозам. Из этого был сделан вывод, что более низкая температура замедлила кинетику реакции в достаточной степени, чтобы компенсировать любые предполагаемые улучшения растворения, растворимости и / или равновесия. Это открытие имеет положительные последствия для масштабирования, поскольку указывает на то, что реакцию можно проводить при температуре окружающей среды без финансовых и энергетических затрат, связанных с существенным охлаждением.

Для удобства конверсия до сих пор оценивалась исходя из предположения, что в результате реакции образуется исключительно карбамат аммония. Несмотря на это, известно, что реакция дает смесь карбамата, бикарбоната и карбоната аммония. Поэтому было решено проанализировать состав осадка, образующегося при оптимальных условиях. Выделенный осадок анализировали количественным анализом ¹³ C-ЯМР, и результирующий спектр, показанный на Фигуре 5, показал три различных пика при химических сдвигах δ = 165.6, 162,4 и 64,1 м.д. Эти пики были отнесены к (би) карбонату аммония (относятся к бикарбонату и карбонату, которые практически неотличимы с помощью ¹³ C-ЯМР), карбамату аммония и остаточному растворителю i- PrOH соответственно. Интеграция пиков продукта позволила оценить состав как 43% карбамата и 57% (би) карбоната. Этот результат был несколько неожиданным, поскольку, как сообщается, образование (би) карбоната усиливается при повышенных уровнях CO ₂ (<2: 1 NH ₃ : CO ₂ ) и высоких концентрациях воды, тогда как в этой работе использовалось стехиометрическое соотношение ( 2: 1 для NH ₃ : CO ₂ ) и высушенный i- PrOH.Считается, что реакция растворенного Nh5 + с HCO3- приводит к образованию воды, что может объяснить образование (би) карбоната в осадке. В качестве альтернативы, это может быть связано с взаимодействием с атмосферной влагой до анализа ¹³ C-ЯМР, несмотря на хранение образца в атмосфере CO ₂ . Поскольку карбамат является ключевым промежуточным продуктом в отношении мочевины, его селективное образование было весьма желательным. Тем не менее, хорошо известна реакция бикарбоната с образованием карбамата, а это означает, что образование (би) карбоната не исключает возможности эффективного дальнейшего преобразования в мочевину.

Рисунок 5 . ¹³ C-ЯМР (400 МГц, D ₂ O) спектр изолированных твердых веществ с соответствующими отнесениями (а) карбамата аммония [δ = 162,4], (b) (би) карбоната аммония [δ = 165,6], и (c) остаточный растворитель i- PrOH [δ = 64,1].

Синтез мочевины

Сообщается, что последующее образование мочевины из карбамата регулируется равновесием между соответствующими реакциями разложения и синтеза (уравнения 4, 5).Ожидалось, что влияние давления будет иметь решающее значение для поддержки прямой реакции и предотвращения обратной. Эксперименты изучали реакцию 0,25 г / мл сырья при 170 ° C в течение 4 часов при нескольких начальных давлениях CO ₂ , как показано на рисунке 6A. Результаты подтвердили важность давления, поскольку отсутствие начального повышения давления привело к фактически нулевому преобразованию, тогда как даже умеренное повышение давления до 5 бар позволило достичь преобразования 34% и постепенного увеличения до 38% при 40 бар.Для сравнения (Meessen, 2010) сообщается, что равновесная конверсия при аналогичных условиях составляет примерно 40%, что позволяет предположить, что реакция протекает почти в равновесии. Это свидетельствует о том, что разложение карбамата преобладает до тех пор, пока высвобождаемые газы не создадут достаточное давление наверху, чтобы продвинуть равновесие вперед, после чего начнется образование мочевины. Также было задумано, что создание давления смесью NH ₃ : CO ₂ вместо исключительно CO ₂ еще больше сместит равновесие вперед, поскольку в последнем случае относительный избыток CO ₂ будет способствовать разложению для достижения равновесия. соотношение NH ₃ : CO ₂ .Это было испытано путем повышения давления в реакторе до приблизительно 5 бар с молярным соотношением 2: 1 NH ₃ : CO ₂ , что привело к конверсии 37% по сравнению с 34% только от CO ₂ . Эти результаты показали значительные практические преимущества. Во-первых, конверсия, близкая к равновесной, может быть достигнута при относительно низких начальных давлениях (<40 бар), что означает меньшие затраты на повышение давления. Во-вторых, повышение давления смесью 2: 1 NH ₃ : CO ₂ означает, что непрореагировавшие газы могут быть возвращены в предыдущий процесс синтеза карбамата в правильном стехиометрическом соотношении без необходимости разделения.

Рисунок 6 . Влияние различных условий реакции на конверсию карбамата аммония, а именно (A) давление , температура (B) , время реакции (C) и плотность упаковки карбамата (D) .

Не менее важным является влияние температуры из-за эндотермической природы реакции синтеза мочевины (уравнение 5). Это было исследовано при вышеуказанных условиях и начальном давлении до 40 бар с CO ₂ , как показано на рисунке 6B.Результаты показали, что конверсия была фактически нулевой при более низких температурах (≤155 ° C), затем быстро увеличивалась до 34%, а затем постепенно до 38% при 170 ° C. Слияние автотермического давления было дискредитировано из-за разницы в тенденциях и уменьшающегося эффекта повышенных давлений, показанных на Рисунке 6A. Эти результаты указывают на кинетические ограничения при <155 ° C и чрезвычайно медленную скорость реакции, наблюдение, подтвержденное Barzagli et al. (2011), которые сообщили о конверсии всего 3% при 130 ° C за 3 дня.Тем не менее, при достижении пороговой температуры между 155 и 160 ° C обеспечивалась энергия активации, достаточная для продвижения эндотермической реакции. Оптимальная температура, найденная в этой работе, хорошо согласуется с температурой, использованной Barzagli et al. (2016). Впоследствии кинетика реакции при оптимальной температуре была исследована, как показано на рисунке 6C. При 170 ° C реакция быстро достигла конверсии 39% в течение 1 часа, после чего она была стабильной на уровне 38% до 24 часов. Meessen (2010) сообщает, что равновесная конверсия при этой температуре составляет ~ 40%, предполагая, что реакция достигла равновесия в течение примерно 1 часа реакции.Это очень выгодно для концепции Blue Urea , которая требует, чтобы составляющие процессы реагировали на переменный ввод энергии из возобновляемых источников (например, энергии ветра). Этот результат указывает на то, что превращение карбамата в мочевину завершается всего за 1 час, что означает меньшее время нагрева и меньшее потребление энергии, а также большую производительность и оборот обработки.

Подобные кинетические эксперименты Barzagli et al. (2016) сообщили о конверсии 49% в течение 90 минут при 165 ° C и 38 бар, что значительно противоречит приведенным выше результатам.Разница между приведенным выше результатом и результатом Barzagli et al. (2016) предполагалось, что это связано с плотностью упаковки. Плотность, использованная этими авторами, была рассчитана как 0,5 г / мл, в отличие от 0,25 г / мл, использованной выше, которая была рекомендована фильтрационной коркой, полученной во время исследований фильтрации карбамата (см. Дополнительную информацию). Предполагалось, что большие сжимаемые объемы являются побочным продуктом более низкой плотности упаковки и требуют относительно большего количества газа для повышения давления. По существу, большая часть карбамата разлагается до того, как равновесие благоприятно смещается в сторону синтеза мочевины (аналогично обсуждению фиг. 6A выше).Чтобы выяснить это, в экспериментах изучались плотности упаковки 0,12, 0,25 и 0,40 г / мл при тех же условиях, как показано на рисунке 6D. Результаты показали положительную корреляцию между плотностью и конверсией с измеренными значениями 15, 38 и 42% соответственно, подтверждая положительный эффект от большей плотности упаковки. Это подчеркивает важность фильтрации в предыдущем процессе, где плотность фильтрационной корки должна быть максимальной, чтобы гарантировать высокую плотность упаковки при последующем синтезе мочевины.

Важно отметить, что для успешного применения в качестве удобрения мочевина должна быть в достаточной степени очищена от загрязняющих веществ, которые могут оказывать разрушительное гербицидное действие, таких как карбамат и биурет (побочный продукт, образующийся при высоких температурах).Чтобы проверить наличие нежелательных частиц в Blue Urea , карбамат, синтезированный указанным выше способом (см. Рисунок 5), подвергался реакции в указанных выше оптимальных условиях перед нагреванием до 85 ° C для разложения непрореагировавшего карбамата и / или (bi) карбонат. Оставшийся продукт затем анализировали с помощью FTIR вместе с коммерческими эталонными материалами для мочевины, карбамата аммония и биурета (как показано на рисунке 7). Как можно видеть, Blue Urea продемонстрировал исключительное сходство с эталонной мочевиной, а также полное отсутствие примесей и необъяснимых полос.Это подтвердило химический состав Blue Urea и предположило, что он не содержит примесей, которые могут препятствовать его использованию в качестве азотного удобрения.

Рисунок 7 . Спектры FTIR-ATR для эталонных материалов (а) карбамата аммония, (б) биурета и (в) мочевины по сравнению со спектром для (г) синтезированного Blue Urea .

Применение

Голубая мочевина Удобрение

Контролируемое тестирование Blue Urea против как лабораторно синтезированного AN, так и нитрама (коммерчески доступного удобрения) было проведено для оценки эффективности пастбищ, характерных для молочного животноводства.В таблице 1 показаны использованные нормы внесения азота (N), которые были эквивалентны стандартной практике Великобритании для молочных пастбищ. Результаты на Фигуре 8A показывают накопленную биомассу для обработок в СО №. 2, тогда как на Рисунке 8B сравниваются окончательные приросты биомассы в JI no. 2 и деградированная почва (DS). На Фигуре 8A показано, что обработки на 2-й и 5-й неделях (до внесения удобрений) были статистически индифферентны по сравнению с JI No. 2 контроль. После соответствующей обработки удобрениями и дальнейшего роста биомасса JI no.Наблюдалось, что биомасса контрольного дерна 2 была значительно ниже, чем у всех обработанных газонов, со снижением на 18, 16 и 17% по сравнению с AN, нитрамом и мочевиной, соответственно. Аналогичная тенденция наблюдалась в DS, хотя накопленная биомасса была ниже на протяжении роста по сравнению с номером JI. 2. Для наростов на DS снижение между контрольным и обработанным газоном было больше, чем для JI no. 2, со значениями 20%, 26% и 24% для AN, нитрама и мочевины соответственно. Это предполагалось из-за более низкого исходного азота, доступного в DS, а также из-за его худших физических свойств, которые отрицательно влияли на прорастание и плотность дерна.Тем не менее, все обработки удобрениями значительно увеличивали среднюю биомассу на 64-70% в период между 5 и 7 неделями по сравнению с JI no. 2 (который сам увеличился на 44%), как показано в Таблице 2. Конкретно исследуя Фигуру 8B на предмет различий между обработками, все удобрения приводили к росту биомассы, который был статистически безразличным для обоих JI No. 2 и DS, демонстрируя сопоставимые характеристики между AN, Nitram и Blue Urea . Кроме того, что касается влияния почвы, Рисунок 8B показывает, что механически поврежденная почва снижает продуктивность дерна на 70-74%.Механизированные методы приводят к сильному уплотнению, что приводит к плохому укоренению проростков, недостаточному проникновению корней, снижению доступности воды для сельскохозяйственных культур и увеличению потерь доступного азота в атмосферу. По оценкам, общие уплотненные почвы обходятся экономике Великобритании в 0,42 млрд фунтов стерлингов в год для Англии и Уэльса (Graves et al., 2015).

Таблица 1 . Содержание азота при каждой обработке удобрений для эквивалентной нормы внесения азота.

Рисунок 8 .Накопленная биомасса травяного дерна, обработанного AN, нитрамом, голубой мочевиной, и необработанного контроля. (A) СО № 2 стандартных компоста; (B) сравнение СО № 2 с деградированными почвами (DS) (bar = SEmean, n = 5 JI № 2, n = 3 DS).

Таблица 2 . Средняя конечная биомасса и значимость для контроля на 95% газонов, выращенных в JI no. 2 и деградированная почва (DS).

Наличие азота в листьях растений имеет решающее значение для общей продуктивности.Чтобы проверить доступность азота из удобрений, измеряли% N в листьях дерна, выращенных в JI №. 2, а также почва, корни и листья для дерна, выращенного в DS (Рисунки 9A, B, Таблица 3). Кроме того, для каждого случая также измеряли концентрацию хлорофилла. Результаты этих измерений показаны на рисунках 9A – D. Что касается измерения% N, результаты на рисунках 9A, B подтверждают наличие азота (из почвы, через корни к листьям) в обоих JI no. 2 и DS, причем все обработки удобрениями действуют одинаково в обеих почвах (несмотря на снижение конечной биомассы, о котором говорилось выше).Принимая во внимание более низкую конечную биомассу, достигнутую в DS, была выдвинута гипотеза, что азота, доступного от обработок, было достаточно для поддержания уровней N в меньшем количестве присутствующих листьев. Изучая фигуру 9B, на предмет роста DS средняя концентрация N в листьях увеличилась на 30, 32 и 39% для AN, нитрама и мочевины, соответственно, по сравнению с контролем. Этот результат показал, что обработка Blue Urea была статистически выше, чем обработка AN (тест Стьюдента t , p = 0.047) (таблица 3).

Рисунок 9 . Суммарный листовой N у растений, выращенных в СО №. 2 при различных вариантах обработки удобрениями (A) ; Общее количество почвы, корней и N листьев растений, выращенных в DS, вместе с контрольным образцом только почвы (B) ; соответствующее содержание хлорофилла в листьях растений в СО №. 2 (C) и DS (D) . (Статистика в таблице 3 и дополнительная информация). Пунктирная линия показывает эквивалентное положение по оси Y для сравнения.

Таблица 3 .Средний% общего азота в листьях, выращенных в JI no. 2 и деградированная почва (DS) ^a .

Что касается хлорофилла, повышенная концентрация в листьях сельскохозяйственных культур коррелирует с увеличением урожайности. Это связано с фундаментальной ролью хлорофилла в фотосинтезе, поскольку повышенное содержание хлорофилла в листьях определяет верхний предел урожайности сельскохозяйственных культур. Измерения хлорофиллов листьев (Ca, Cb и Ca + b) можно увидеть на рисунках 9C, D для JI no.2 и DS соответственно. Результаты показали, что содержание хлорофиллов в листьях было значительно выше у культур, обработанных удобрениями, за заметным исключением Cb, который статистически не отличался от контроля в DS (как показано в дополнительной информации). Взаимосвязь между хлорофиллом и N хорошо известна (Evans, 1989), поскольку N является структурным элементом синтеза хлорофилла. Однако влияние на продуктивность изменяется через углерод-фиксирующее соединение RUBISCO, наиболее распространенный белок в листьях, на который приходится 20–30% общего азота листьев (Sage et al., 1987). Измерение содержания хлорофилла в листьях свидетельствует о том, что доступный азот направлен на повышение урожайности сельскохозяйственных культур. Хлорофиллы были значительно увеличены в JI no. 2 в среднем на 35% по сравнению с соответствующим контролем. В контроле DS тяжелый хлороз (пожелтение листа из-за недостатка хлорофилла) был виден к 7 неделе, что ясно указывает на влияние азота на хлорофилл и последующую продуктивность. На основе собранных данных связь между азотом и хлорофиллом была дополнительно подтверждена линейным регрессионным анализом, который поддерживался для обоих типов почвы для всех обработок (как показано на рисунке 10A) в соответствии с предыдущими выводами (Evans, 1989).

Рисунок 10. (A) Линейный регрессионный анализ% N и хлорофилла a + b. (линейная регрессия R ² = 0,717, p = 0,008, коэффициент корреляции Пирсона = 0,847, n = 8, df: 1, 6, F = 15,19). (B) pH почвы, измеренный через 8 недель с помощью DS. Был включен дополнительный контроль почвы (без растений). Буквы обозначают значительную разницу [обработка АН и мочевины значительно ниже, чем в контроле ( t — тесты Стьюдента AN p = 0.036, Мочевина p = 0,04), нитрам существенно не отличается от контроля ( p = 0,14). Контроль почвы значительно ниже, чем все другие обработки ( p ≤ 0,005), n = 9).

В дополнение к вышесказанному, подкисление почвы является основной причиной деградации почвы в результате естественных процессов с течением времени. Однако важно то, что это подкисление также происходит за счет внесения азотных удобрений (Holland et al., 2018). Таким образом, pH почвы был измерен после внесения удобрений, как показано на Фигуре 10B.Результаты показали повышенное значение pH выше 7,0, что отражает состав почвы как карбонатный суглинок. Обработка удобрением немного снизила pH почвы по сравнению с контролем, что указывает на возникновение подкисления, однако все обработки показали значения pH выше, чем у контроля почвы (исключительно для измерения почвы). Был сделан вывод, что внесение удобрений не оказало вредного воздействия на pH почвы.

Наконец, поскольку мочевина имеет более высокое содержание азота по массе, чем AN или нитрам (как показано в таблице 1), был проведен заключительный эксперимент, чтобы выяснить, увеличивает ли дополнительный азот, обеспечиваемый мочевиной, урожайность при внесении с эквивалентной массовой нормой внесения ( в отличие от эквивалентного приложения N).В этих экспериментах мочевина применялась в количестве 3,7 г / м ² (низкий N) и 5 ​​г / м ² (высокий N) в JI No. 2 и позволяли расти, как и раньше, после чего измеряли биомассу и хлорофилл. Что касается биомассы, окончательные средние значения до и после обработки существенно не различались для каждого уровня применения. Измерения для Ca, Cb и Ca + b также существенно не различались и приравнивались к уровням в JI no. 2 (оба были предоставлены в дополнительной информации).Пунктирная линия эквивалентна рисунку 9C, который показывает стабильную реакцию на это удобрение в условиях лабораторных испытаний.

Выводы

В заключение, долгосрочная устойчивость традиционного производства карбамидных удобрений ставится под сомнение из-за использования ископаемого сырья. Эту проблему можно решить путем интеграции избыточной возобновляемой энергии для электролитического производства H ₂ . После последующей реакции с образованием NH ₃ водная реакция с захваченным извне CO ₂ (т.е.е., прямой захват воздуха или от точечного источника выбросов) может обеспечить более устойчивый путь к так называемому удобрению Blue Urea , которое может иметь пониженное содержание углерода или даже углеродно-нейтральное. Это исследование успешно продемонстрировало концепцию Blue Urea , продемонстрировав техническую осуществимость производственного процесса, а также эффективность мочевины в качестве синтетического азотного удобрения. Было показано, что производство NH ₃ из исходного газа, состоящего из H ₂ и N ₂ , эффективно с использованной конфигурацией, достигая установившейся концентрации на выходе 14 об.% NH ₃ (что соответствует конверсии из 23.6%) примерно через 2 часа после запуска. В этом исследовании использовались цилиндры с H ₂ для ускорения разработки процесса, поскольку электролитический H ₂ должен был поставляться внешним поставщиком (ITM Power) с использованием запатентованных технологий. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы продемонстрировать процесс с включением цикла рециркуляции для непрореагировавшего H ₂ / N ₂ (в отличие от используемой однопроходной схемы). Отдельно охарактеризована водная реакция NH ₃ с CO ₂ для осаждения карбамата аммония.Было обнаружено, что высушенный i- PrOH является отличным растворителем, который обеспечивает почти количественное превращение NH ₃ . Несколько других параметров процесса были изучены на предмет их влияния на реакцию, прежде чем состав осадка в оптимальных условиях был проанализирован с помощью ¹³ C-ЯМР и обнаружен, что он содержит 43% карбамата аммония и 57% (би) карбоната аммония. Превращение карбамата в мочевину также отдельно исследовали при различных условиях реакции, и были описаны оптимальные условия.Впоследствии образовавшийся ранее осадок карбамат / (би) карбонат подвергся реакции в этих оптимальных условиях с образованием голубой мочевины . После дальнейшей обработки этот продукт был проанализирован методом FTIR и оказался свободным от примесей, что свидетельствует о химической чистоте синей мочевины , синтезированной в этих условиях. Затем этот Blue Urea был применен в исследованиях роста, чтобы проверить его эффективность в качестве азотного удобрения, и после экспериментов были приняты три (i, ii и iii) нулевые гипотезы.В целом, исследования показали, что Blue Urea работает сопоставимо с синтезированным AN и коммерческими нитрамовыми удобрениями в применяемых условиях роста. Предварительные данные предполагают, что применение Blue Urea будет эффективным для доставки азота, который доступен для поглощения растениями. Однако эти исследования проводились в контролируемых условиях в закрытой системе, и признано, что взаимодействие между почвой, посевами и удобрениями осложняется внешними условиями (например,g., тип почвы, тип сельскохозяйственных культур, колебания метеорологических параметров и т. д.). Таким образом, рекомендуется провести полевые испытания Blue Urea для оценки его характеристик в наружных и неконтролируемых условиях.

Доступность данных

Все наборы данных, созданные для этого исследования, включены в рукопись и / или дополнительные файлы.

Взносы авторов

JD, RO, TM, JM и PS несли ответственность за свой вклад в производство и определение характеристик синтезированных удобрений.JL внесла свой вклад в применение этих удобрений и описание их влияния на рост растений.

Финансирование

Эта работа была совместно профинансирована Исследовательским советом по биотехнологии и биологическим наукам (BBSRC) и Советом по исследованиям в области инженерных и физических наук (EPSRC) в рамках соответствующих номеров грантов BB / M011917 / 1 и EP / K007947 / 1, EP / H035702 / 1.

Заявление о конфликте интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Эта работа выражает благодарность за совместную финансовую поддержку BBSRC и EPSRC. Авторы также хотели бы поблагодарить Джонсона Матти за предоставленный катализатор синтеза аммиака, используемый в экспериментах. Наконец, выражаем благодарность Сандре ван Мерс (факультет химии Университета Шеффилда) за ее опыт в проведении измерений ¹³ C-ЯМР.

Дополнительные материалы

Дополнительные материалы к этой статье можно найти в Интернете по адресу: https: // www.frontiersin.org/articles/10.3389/fenrg.2019.00088/full#supplementary-material

Список литературы

Appl, M. (2011). Аммиак, 2. Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH Verlag CmbH & Co. KGaA. DOI: 10.1002 / 14356007.o02_o11

CrossRef Полный текст

Барзагли Ф., Мани Ф. и Перуццини М. (2011). От парникового газа к сырью: образование карбамата аммония из CO ₂ и NH ₃ в органических растворителях и его каталитическое превращение в мочевину в мягких условиях. Green Chem. 13: 1267–1274. DOI: 10.1039 / c0gc00674b

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Барзагли Ф., Мани Ф. и Перуццини М. (2016). Поглощение диоксида углерода в виде карбаматов аммиака и аминов и их эффективное преобразование в мочевину и 1,3-дизамещенные мочевины. J. CO2 Util. 13, 81–89. DOI: 10.1016 / j.jcou.2015.12.006

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Бисер Ю., Динсер И., Замфиреску К., Везина Г. и Расо Ф.(2016). Сравнительная оценка жизненного цикла различных методов производства аммиака. J. Clean. Prod. 135, 1379–1395. DOI: 10.1016 / j.jclepro.2016.07.023

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Boulamanti, A., and Moya, J. A. (2017). Затраты на производство химической промышленности в ЕС и других странах: аммиак, метанол и легкие олефины. Обновить. Sust. Energy Rev. 68, 1205–1212. DOI: 10.1016 / j.rser.2016.02.021

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Университет Крэнфилда.(2018). Путеводитель по почвам . Доступно на сайте: www.landis.org.uk (по состоянию на 11 июля 2018 г.).

Доусон, К. Дж., И Хилтон, Дж. (2011). Доступность удобрений в мире с ограниченными ресурсами: производство и переработка азота и фосфора. Продовольственная политика 36, 14–22. DOI: 10.1016 / j.foodpol.2010.11.012

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Фраттини, Д., Чинти, Г., Бидини, Г., Дезидери, У., Чоффи, Р., и Джаннелли, Э. (2016). Системный подход в энергетической оценке интеграции различных возобновляемых источников энергии на предприятиях по производству аммиака. Обновить. Энергия 99, 472–482. DOI: 10.1016 / j.renene.2016.07.040

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Грейвс, А. Р., Моррис, Дж., Дикс, Л. К., Риксон, Р. Дж., Кибблвайт, М. Г., Харрис, Дж. А. и др. (2015). Общие затраты на деградацию почвы в Англии и Уэльсе. Ecol. Экон. 119, 399–413. DOI: 10.1016 / j.ecolecon.2015.07.026

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Холланд, Дж. Э., Беннет, А. Э., Ньютон, А. К., Уайт, П.Дж., Маккензи, Б. М., Джордж, Т. С. и др. (2018). Ограничение воздействия на почвы, посевы и биоразнообразие в Великобритании: обзор. Sci. Total Environ. 610–611, 316–332. DOI: 10.1016 / j.scitotenv.2017.08.020

PubMed Аннотация | CrossRef Полный текст | Google Scholar

IFA (2018). Международная ассоциация удобрений (IFA), Статистика: производство и международная торговля . Доступно в Интернете по адресу: https://www.ifastat.org/ (по состоянию на 27 февраля 2019 г.).

IPCC (2018). Специальный отчет: Глобальное потепление на 1,5 ^o C . Доступно в Интернете по адресу: https://www.ipcc.ch/sr15/ (по состоянию на 1 марта 2019 г.).

Леунг Д. Ю., Караманна Г. и Мерседес Марото-Валер М. (2014). Обзор текущего состояния технологий улавливания и хранения диоксида углерода. Обновить. Sust. Energy Rev. 39, 426–443. DOI: 10.1016 / j.rser.2014.07.093

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Мессен, Дж.(2010). Мочевина, Энциклопедия промышленной химии Ульмана . Вайнхайм: Wiley-VCH Verlag CmbH & Co. KGaA.

Морган Э., Мэнвелл Дж. И Макгоуэн Дж. (2014). Производство аммиачного топлива на ветроэнергетике для удаленных островов: тематическое исследование. Обновить. Энергия 72, 51–61. DOI: 10.1016 / j.renene.2014.06.034

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Ni, Z., Kim, E. D., and Chen, J. (2009). Анализы хлорофилла и крахмала. Protoc. Exch .DOI: 10.1038 / nprot.2009.12

CrossRef Полный текст

Риз, М., Маркварт, К., Малмали, М., Вагнер, К., Бьюкенен, Э., Маккормик, А. и др. (2016). Выполнение мелкомасштабного процесса Габера. Ind. Eng. Chem. Res. 55, 3742–3750. DOI: 10.1021 / acs.iecr.5b04909

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Сейдж Р. Ф., Пирси Р. У. и Земанн Дж. Р. (1987). Эффективность использования азота растениями C ₃ и C ₄ . Plant Physiol. 85, 355–359. DOI: 10.1104 / стр.85.2.355

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стюарт, В. М., и Робертс, Т. Л. (2012). Продовольственная безопасность и роль удобрений в ее поддержании. Proc. Англ. 46, 76–82. DOI: 10.1016 / j.proeng.2012.09.448

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стайринг, П., и Янсен, Д. (2011). Улавливание и использование углерода в зеленой экономике. Йорк: Центр фьючерсов с низким содержанием углерода.

Таллаксен, Дж., Бауэр, Ф., Хельтеберг, К., Риз, М., и Альгрен, С. (2015). Азотные удобрения, произведенные с использованием энергии ветра: парниковые газы и энергетический баланс производства аммиака в масштабах местного населения. J. Clean. Prod. 107, 626–635. DOI: 10.1016 / j.jclepro.2015.05.130

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Вилла Сарагоса, А. П. (2018). Основы оценки воздействия на окружающую среду процессов использования диоксида углерода. Докторская диссертация, Университет Шеффилда, Великобритания, .Доступно в Интернете по адресу: http://etheses.whiterose.ac.uk/21037/ (по состоянию на 28 мая 2019 г.).

Удобрения на основе мочевины — обзор

4.1.1 Влияние азотных удобрений на биоразнообразие почвы

Разнообразие бактерий— Азотные удобрения могут напрямую влиять на разнообразие почвенных бактерий, изменяя химический состав почвы. При высоких дозах удобрения на основе аммония и мочевины могут подавлять почвенные микроорганизмы из-за токсичности аммиака и увеличения ионной силы (Eno et al., 1955; Омар и Исмаил, 1999). Неорганические азотные удобрения часто поставляются в виде NH ₄ ⁺ , который выделяет ионы H ⁺ при окислении и снижает pH почвы (Magdoff et al., 1997). Обычно это снижает микробное разнообразие почвы (Fierer, Jackson, 2006; Zhang et al., 2015). Несмотря на множество исследований, показывающих, что высокие уровни поступления синтетического азота негативно влияют на сообщества почвенных бактерий (Fierer et al., 2012; Frey et al., 2014; Treseder, 2008; Wallenstein et al., 2006), наш метаанализ показал что высокие нормы внесения азотных удобрений не оказали значительного отрицательного воздействия на бактериальное биоразнообразие.Кроме того, низкие нормы внесения азотных удобрений увеличивают разнообразие бактерий. В то время как значительное сокращение разнообразия с более высокими по сравнению с более низкими поступлениями азота подтверждает, что внесение удобрений может отрицательно влиять на разнообразие бактерий (например, Fierer et al., 2012; Poulsen et al., 2013; Suleiman et al., 2016; Wood et al., 2015), наши данные подчеркивают, что ответы сильно различаются. Эту изменчивость часто можно объяснить различиями в условиях участков между исследователями (Fierer et al., 2012), когда удобрения могут по-разному влиять на другие факторы, влияющие на биоразнообразие почвы, такие как синтетические свойства почвы, продуктивность растений, разнообразие растений и органическое вещество почвы. содержание.

Наши результаты показывают, что вызванные удобрением изменения в содержании органического вещества почвы (ПОВ) особенно важны в опосредовании реакции бактериального разнообразия на добавление азота. А именно, мы обнаружили, что бактериальное разнообразие увеличивалось (~ 6%), когда азот применялся в качестве органического удобрения или в виде комбинации неорганических и органических азотных удобрений. Кроме того, внесение азотных удобрений увеличивало микробное разнообразие, когда исследования проводились в течение более 5 лет, даже когда азот вносился в больших количествах.В обоих случаях азотные удобрения, вероятно, привели к накоплению ПОВ либо непосредственно за счет внесения органических материалов, либо за счет вызванного удобрением увеличения поступления углерода растительного происхождения в почву (Belay-Tedla et al., 2009; Chen et al., 2018 ; Rasse et al., 2005; Zhang et al., 2017b). SOM увеличивает доступность ресурсов для почвенных микробов (Hao and Chang, 2002; Mooleki et al., 2002), он улучшает физические свойства почвы, такие как структура, аэрация, дренаж и водоудерживающая способность (Miller et al., 2002; Рейнольдс и др., 2003; Whalen and Chang, 2002) и защищает от колебаний pH. Наши результаты показывают, что методы управления, которые увеличивают ввод и удержание ПОВ, могут работать на сохранение или поощрение бактериального биоразнообразия почвы. Дальнейшие исследования, оценивающие роль поправок к ЗВЛ в сдерживании потерь биоразнообразия от синтетических поступлений азота, и, в частности, понимание количества ЗВЛ, необходимого для предотвращения негативных воздействий, будут полезны при принятии управленческих решений.

Разнообразие грибов — Разнообразие грибов постоянно увеличивается с поступлением азота.Положительное влияние добавления азота на таксоны грибов, отличных от экто- и арбускулярных микоризных грибов, наблюдалось в различных экосистемах умеренного пояса, включая сосновые леса (Weber et al., 2013), смешанные лиственные породы (Morrison et al., 2016) и луга (Chen et al., 2018). Похоже, что это увеличение разнообразия может быть вызвано, в частности, увеличением разнообразия и богатства конкретных функциональных и / или таксономических групп, в частности аскомицетов, сапротрофов и дрожжей (Morrison et al., 2016; Weber et al., 2013). Механизмы, которые приводят к увеличению сапрофитного разнообразия с добавками азота, неясны. Тем не менее, похоже, что подобно ответам бактериального сообщества, грибное сообщество могло иметь увеличенное количество видов с более копиотрофным образом жизни, таких как дрожжи, которые одновременно обладают большей генетической способностью к поглощению неорганического N, чем другие группы грибов ( Треседер и Леннон, 2015). Кроме того, доступность фосфора может опосредовать реакцию грибного сообщества на добавление азота (Lauber et al., 2008). Повышенное разнообразие грибов может быть вызвано, по крайней мере частично, снижением pH, вызванным азотными удобрениями. Это изменение может усилить процессы выветривания, которые высвобождают P и повышают активность фосфатазы (Chen et al., 2018; Marklein and Houlton, 2012; Vitousek et al., 2010). Однако механистические связи между плодородием почвы и разнообразием сапрофитных грибов еще предстоит изучить.

Другой возможный механизм положительного воздействия азотных удобрений на разнообразие грибов — косвенное изменение состава растительного сообщества.Пятьдесят процентов исследований разнообразия грибов в нашем анализе проводились на пастбищах, где поступление азота обычно снижает разнообразие растительного сообщества за счет стимулирования быстрорастущих видов, питающихся питательными веществами (Chen et al., 2018; Clark and Tilman, 2008; Roth et al. ., 2013). Некоторые исследования связывают потерю биоразнообразия растений с утратой биоразнообразия почвы (Fanin et al., 2018; Kowalchuk et al., 2002; Wagg et al., 2011), таким образом предполагая, что поступление азота в невозделываемые экосистемы может привести к утрате биоразнообразия почвы. .Однако утрата биоразнообразия растений из-за добавления азота непредсказуемо снижает биоразнообразие почвы (Chen et al., 2018; Fierer and Jackson, 2006). Это говорит о том, что механизмы, действующие на наземное разнообразие, не переносятся аналогичным образом на подземную систему (Chen et al., 2018; Tedersoo et al., 2014). Требуются дополнительные работы, чтобы связать структуру надземной и подземной экосистемы и изменения в ней после экологических нарушений (Kardol and De Long, 2018).

Разнообразие AMF —Внесение азотных удобрений в количествах, превышающих 150 кг N га ^{— 1} год ^{— 1} , или внесение удобрений более 5 лет значительно снизило разнообразие AMF (- 20% и — 10%).Это может быть вызвано сокращением численности видов AMF после внесения азотных удобрений (Egerton-Warburton and Allen, 2000; Johnson et al., 1991) из-за изменений химического состава почвы и pH (Dumbrell et al., 2010; Liu et al. ., 2012; Qin et al., 2015) или снижение инвестиций в растения в ресурсы для AMF в условиях высокого азота (Treseder, 2004). С другой стороны, поступление азота может способствовать распространению таксонов AMF, которые вытесняют таксоны, которые не процветают в условиях, богатых азотом, что снижает разнообразие (Johnson, 2010; Johnson et al., 2015; Лю и др., 2015). Механизм, с помощью которого азотные удобрения сокращают разнообразие AMF, по-видимому, зависит от конкретной местности. Например, разнообразие пастбищ C4 уменьшилось из-за распространения конкурирующих видов гломеромицетов, в то время как на пастбищах C3 произошло общее снижение видового богатства (Egerton-Warburton et al., 2007). При внесении азотных удобрений в малых количествах или в краткосрочных исследованиях не наблюдалось никакого влияния внесения азотных удобрений на разнообразие AMF, что позволяет предположить, что величина и направление реакции разнообразия сообщества AMF регулируются пороговым значением нормы внесения азота или совокупным количеством азота.Этот порог может быть определен стехиометрическими соотношениями C: N и N: P в системах. Низкая доступность C в сочетании с высокой доступностью N может значительно изменить конкурентные отношения в сообществах AMF, что приведет к размножению копиотрофных видов и снижению равномерности (Leff et al., 2015; Verbruggen and Kiers, 2010). Более того, в почвах с низким содержанием фосфора азотные удобрения имеют тенденцию усугублять зависимость растений-хозяев от AMF для поглощения P, тем самым способствуя видовому разнообразию AMF (Egerton-Warburton et al., 2007). В заключение, наши результаты показывают, что азотные удобрения, вносимые в больших количествах и в течение длительного времени, вероятно, уменьшат разнообразие сообществ AMF, и мы предполагаем, что эти эффекты будут особенно выражены в системах с низким содержанием углерода в почве и высокой концентрацией фосфора. Это делает агроэкосистемы, особенно те, которые традиционно управляются с многократным добавлением азота в больших количествах, особенно уязвимыми к утрате разнообразия AMF.

Разнообразие почвенной фауны — На разнообразие почвенной фауны отрицательно повлияли поступления синтетического азота, но только в том случае, если они поступали в количестве, не превышающем 150 кг N га ^{— 1} год ^{— 1} .Кроме того, отрицательное влияние азотных удобрений на разнообразие почвенной фауны было обнаружено в исследованиях продолжительностью менее 5 лет (но не в долгосрочных исследованиях). Почвенные нематоды часто подвергаются негативному воздействию азота (Wei et al., 2012). Однако реакция на добавление азота обычно различается среди групп, питающихся нематодами (Liang et al., 2009; Sarathchandra et al., 2001), при этом количество питающихся грибами линейно уменьшается в ответ на добавление азота (Hu et al., 2010; Liang et al. , 2009) и бактериальные питатели, стимулируемые низкими дозами азота, т.е.е., демонстрируя горбатые отношения (Wei et al., 2012). Кроме того, реакции разнообразия питающихся растениями нематод часто меняются со временем после внесения удобрений (Liang et al., 2009) и сильно зависят от видов сельскохозяйственных культур или изменений в составе видов растений после внесения удобрений. Другая почвенная фауна, такая как коллемболы, может быть не особенно чувствительна к азотным удобрениям (например, Coulibaly et al., 2017). Эта изменчивость реакции среди групп почвенной фауны и внутри них может объяснить, почему только низкие поступления синтетического азота и краткосрочные исследования отрицательно сказались на биоразнообразии.А именно, исследования, включенные в этот анализ, включали очень разнообразную группу организмов (то есть нематоды, коллемболы и клещи), и стохастичность организмов, включенных в категории, может сильно повлиять на результаты. В качестве альтернативы исчезновение отрицательных эффектов азота при более высоких нормах внесения азотных удобрений и в более долгосрочных исследованиях может быть связано с вызванным азотом увеличением поступления углерода в растения. Повышенное поступление углерода в растения, как правило, способствует разнообразию почвенной фауны за счет увеличения доступности пищи (например, ПОВ, микробные сообщества или другая почвенная фауна; Wang et al., 2016). Взятые вместе, наши результаты показывают, что на почвенную фауну, как правило, негативно влияют азотные удобрения, но этим негативным ответам можно противодействовать положительные реакции на накопление ПОВ. Необходимы дополнительные исследования отдельных таксономических и функциональных групп почвенной фауны для выяснения закономерностей и механизмов реакции.

Что такое азотно-мочевинные удобрения?

Мочевина — это форма азота, которая вырабатывается почками для вывода избыточного азота, в основном из-за употребления в пищу белка, который не может быть сохранен в организме.Он также производится в больших масштабах для использования в качестве удобрения, хотя есть и другие применения в производстве взрывчатых веществ, медицине и даже для очистки выхлопных газов автомобилей.

Почти вся производимая мочевина превращается в карбамидоформальдегид, который является наиболее распространенным типом азотных удобрений, используемых в сельском хозяйстве и садоводстве.

Мочевина очень хорошо растворяется в воде, поэтому, если ее вносить в качестве удобрения, можно использовать лишь очень небольшое количество, и оно быстро уносится с дренажем.Мочевина не может использоваться растениями напрямую, но она естественным образом превращается в аммиак при контакте с водой в почве. Затем он растворяется в воде и может поглощаться растениями для роста. Азот необходим растениям для производства белка, а также для производства хлорофилла, зеленого пигмента растений, который используется для улавливания света и заставляет сахар расти.

Однако, если в почве слишком много мочевины или аммония, она вытянет воду из корней и вызовет «ожог удобрений», при этом листья сморщиваются и отмирают, что часто также приводит к гибели растения.Это означает, что чистую мочевину необходимо очень часто вносить в очень малых количествах, чтобы она была эффективной в качестве удобрения. То же самое происходит, когда собаки или кошки мочатся на лужайке.

Способы медленного выделения мочевины

Таким образом, ученые работали над способами экономии затрат и труда на этих частых небольших приложениях. Они разработали два метода замедления высвобождения мочевины.

Водостойкое покрытие

Первый метод добавляет водостойкое покрытие к гранулам мочевины и называется контролируемым высвобождением.Примерами являются Nutricote ™ и Osmocote ™. Эти формы имеют покрытие из смолы или полимера, замедляющее высвобождение. На выброс азота в основном влияет температура, а более высокие температуры ускоряют выделение. Обычно это хорошо, поскольку в теплую погоду, когда растения растут, будет выделяться больше, но в более прохладную погоду будет выделяться меньше, что соответствует росту растений и предотвращает загрязнение дренажных вод. Эти гранулы часто встречаются в удобрениях, которые хранятся в течение всего сезона и отлично подходят для горшков и кашпо.Другие питательные вещества для растений добавляются в полноценное удобрение.

Менее дорогой тип покрытия — карбамид с серным покрытием. Здесь гранулы мочевины покрываются расплавленной серой, воском, а затем глиной. Активность почвенных микробов и проникновение воды через трещины в покрытии позволяют мочевине проникать в почву. Этот материал дешевле в производстве, поэтому он широко используется в удобрениях для газонов. Будьте осторожны при обращении с удобрениями для газонов, потому что, если гранулы раздавлены, они сразу же выделят всю мочевину и вызовут ожог, который может убить газон.

Мочевина-формальдегид

Для более дешевых удобрений, особенно для сельского хозяйства, мочевина превращается в менее растворимую форму, называемую карбамидоформальдегидом. Он не содержит формальдегид, используемый для консервирования мертвых животных. Поскольку он не растворяется в воде сразу, он остается в почве в твердом состоянии до тех пор, пока не разложится. Молекулы мочевино-формальдегида бывают разных размеров, в зависимости от того, как именно они производятся, и они имеют разную степень растворимости в воде в зависимости от температуры.

Также необходимы почвенные микробы, чтобы расщепить этот материал, чтобы растения могли его поглотить. Микробы также более активны при более высоких температурах, поэтому в целом скорость высвобождения удобрения зависит от температуры, поскольку и растворимость, и степень активности микробов зависят от температуры почвы. Раскрытие происходит очень медленно при температуре ниже 50 градусов, поэтому этот материал можно наносить на газоны и сады поздней осенью. Азот не будет выделяться до тех пор, пока почва не прогреется следующей весной, и весеннее внесение удобрений не потребуется — работа, сэкономленная в напряженное время года.

Должен ли я использовать мочевину на моих растениях или лужайке?

Итак, вы, вероятно, не знали, что когда вы используете удобрение на деревьях, лужайках, овощах или цветах, вы, вероятно, используете мочевину в той или иной форме . Поскольку он также присутствует в моче, есть те, кто считает, что помочиться в компостную кучу — это хорошая идея. Выбор за вами!

Эти виды удобрений необходимы для крупного сельского хозяйства, чтобы прокормить постоянно растущее население мира.С химической точки зрения то, что растение принимает своими корнями, одинаково, независимо от того, откуда оно взялось. Органический материал необходим для сохранения качества почвы, но зачастую это неэффективный способ обеспечить растения азотом. Если химические удобрения используются с умом, они могут принести огромную пользу человечеству.

Моча в саду — Информация о мочевине удобрении

Простите? Я правильно прочитал? Моча в саду? Можно ли использовать мочу в качестве удобрения? На самом деле, это возможно, и его использование может улучшить рост вашего органического сада без каких-либо затрат.Несмотря на нашу брезгливость в отношении этого продукта жизнедеятельности организма, моча чиста тем, что содержит мало бактериальных загрязнителей, если ее получить из здорового источника: вас!

Можно ли использовать мочу в качестве удобрения?

Можно ли использовать мочу в качестве удобрения без лабораторной обработки? Ученые, пытающиеся ответить на этот вопрос, использовали в качестве испытуемых огурцы. Эти растения были выбраны потому, что они и их родственники широко распространены, легко заражаются бактериальными инфекциями и употребляются в пищу в сыром виде.Огурцы увеличились как в размере, так и в количестве после кормления растений мочой, не показали различий в бактериальных загрязнителях по сравнению с их контрольными аналогами и были столь же вкусными.

Успешные исследования были проведены также с использованием корнеплодов и зерновых.

Корм ​​для растений мочой

Успех подкормки растений мочой может положительно повлиять на голод во всем мире, а также на садоводов-экологов. Во многих странах третьего мира стоимость производимых удобрений, как химических, так и органических, непомерно высока.В районах с плохими почвенными условиями использование местной мочи в саду может легко и с минимальными затратами повысить урожайность сельскохозяйственных культур.

Какие преимущества использования мочи в саду для домашнего садовода? Моча на 95 процентов состоит из воды. Пока все хорошо, правда? Какому саду не нужна вода? В этой воде растворены следовые количества витаминов и минералов, которые необходимы для здоровья и роста растений, но важной частью являются оставшиеся пять процентов. Эти пять процентов в основном состоят из продуктов обмена веществ, называемых мочевиной, и именно поэтому мочевина в саду может быть очень хорошей идеей.

Что такое мочевина?

Что такое мочевина? Мочевина — это органическое химическое соединение, вырабатываемое печенью при расщеплении белков и аммиака. Половина мочевины в организме остается в кровотоке, а другая половина выводится через почки в виде мочи. Меньшее количество выводится через пот.

Что такое мочевина? Это самый крупный компонент современных товарных удобрений. Удобрение на основе мочевины почти заменило нитрат аммония в качестве удобрения в крупных сельскохозяйственных предприятиях.Хотя эта мочевина производится искусственно, ее состав такой же, как и в организме. Таким образом, промышленное удобрение на основе карбамида можно рассматривать как органическое удобрение. Он содержит большое количество азота, необходимого для здорового роста растений.

Видите связь? То же химическое соединение, которое производится промышленным способом, вырабатывается человеческим телом. Разница в концентрации мочевины. Удобрения, произведенные в лаборатории, будут иметь более стабильную концентрацию.При внесении в почву они превращаются в аммиак и азот, необходимые растениям.

Советы по использованию мочи в саду

Ответ на вопрос, можно ли использовать мочу в качестве удобрения — однозначный: да, но есть несколько мер предосторожности, которые вы должны предпринять. Вы когда-нибудь замечали желтые пятна на лужайке, где собака постоянно мочится? Это сжигание азота. При подкармливании растений мочой всегда используйте раствор, состоящий как минимум из десяти частей воды на одну часть мочи.

Кроме того, удобрение на основе мочевины должно быть внесено в почву как можно быстрее, чтобы избежать потери образующихся газов.Слегка полейте поверхность до или после нанесения. Мочу также можно использовать в качестве опрыскивания для листвы с разбавлением двадцати частей воды на одну часть мочи.

Можно ли использовать мочу в качестве удобрения? Вы делаете ставку, и теперь, когда вы знаете, что такое мочевина и как она может принести пользу вашему саду, готовы ли вы экспериментировать? Помните, что как только вы преодолеете фактор «неприглядности», моча в саду может стать эффективным экономически эффективным инструментом для органического увеличения урожайности.