Безводный аммиак давно заслужил славу эффективного и недорогого источника азота. Первое место по масштабам потребления безводного аммиака занимает США – до 53% всех потребляемых азотных удобрений вносят в этом виде. Также большую долю рынка азотных удобрений занимает безводный аммиак в Канаде.
В европейских странах популярность его намного ниже, причиной чему меньшие размеры полей, слабо развитая логистика и условия для хранения аммиака, а также традиции. В Украине в связи с неблагоприятной для химической промышленности газовой политикой безводный аммиак становится привлекательным с точки зрения экономии источником азота. Растущая популярность жидких азотных удобрений (в т. ч. безводного аммиака, КАС и аммиачной воды) связана с тем, что их производство значительно дешевле, чем твердых. Например, себестоимость безводного аммиака на единицу азота составляет 40% себестоимости аммиачной селитры.
Основным толчком к увеличению объемов применения безводного аммиака в США и Канаде явился поиск более дешевых источников азота для внесения под сельскохозяйственные культуры в условиях роста расходов на топливо и удобрения и снижения цен на зерно.
В Украине первые наработки по использованию безводного аммиака сделаны в 1980-х годах в Тимирязевской сельскохозяйственной академии, где доказана его высокая эффективность. Однако недостаточно развитая индустрия производства оборудования для внесения безводного аммиака стала преградой к его широкому применению. “Вернулся” аммиак уже в годы независимости вместе с западными технологиями и оборудованием для внесения. А на сегодня украинские предприятия готовы предложить аграриям отечественные агрегаты для внесения в почву безводного аммиака.
Как и все жидкие удобрения, безводный аммиак не имеет характерных для твердых удобрений недостатков, состоящих в слеживаемости, сегрегации и т. п. А при работе с ним возможна полная механизация его транспортировки и внесения в почву с минимальной затратой ручного труда. Агрономическим преимуществом безводного аммиака по сравнению с твердыми азотными удобрениями является тот факт, что диффузия азота вдаль от гранулы зависит от почвенных условий и чаще всего происходит в вертикальном направлении, тогда как аммиак при атмосферном давлении превращается в газ, диффундирующий в почве на большее расстояние во всех направлениях, что в результате позволяет более равномерно распределить азот в почвенном слое и, соответственно, повысить коэффициент его усвоения растениями. Однако имеет безводный аммиак и недостатки по сравнению с твердыми удобрениями, в частности, улетучивание аммиака в атмосферу, высокие затраты на технику для хранения и внесения, а также токсичность для человека. Безводный аммиак – один из самых опасных химикатов, используемых в земледелии. Для работы с ним необходимо дополнительное обучение персонала. Рабочие должны носить спецодежду и специальные химически устойчивые очки, а контейнер для воды всегда должен быть заполнен, чтоб была возможность промыть пораженные участки тела.
Транспортировка аммиака осуществляется железнодорожным транспортом в цистернах и специальным автотранспортом. Для транспортировки особо опасных грузов, каким является безводный аммиак, необходима специальная лицензия. А для проведения работ с аммиаком предприятие также должно получить специальное разрешение. Поэтому часто задачу по транспортировке и внесению безводного аммиака в хозяйстве поручают специальным сервисным службам.
Безводный аммиак – наиболее концентрированное безбалластное удобрение, содержит 82% азота. Получают его сжижением газообразного аммиака под высоким давлением. Это бесцветная жидкость с характерным резким запахом. Хранят и перевозят безводный аммиак в специальных толстостенных стальных цистернах под давлением, поскольку при нормальных атмосферных условиях безводный аммиак в открытых емкостях вскипает и испаряется. А хранение при низком давлении возможно только в условиях температуры ниже 0oC, как это часто делается в современных больших хранилищах. При повышении внешней температуры температура жидкости в цистерне также повышается, что провидит к расширению жидкости, в результате повышается давление газа. При неправильном открытии крышки или крана аммиак разбрызгивается, что может привести к ожогам. Поэтому цистерна не должна заполняться более чем на 85%. Также аммиак способен вызывать коррозию некоторых металлов, в частности меди, цинка и их сплавов. Поэтому оборудование для хранения и внесения безводного аммиака должно быть сделано из специальной высокопрочной стали или других проверенных материалов. Контейнеры, используемые для хранения безводного аммиака, окрашивают в белый цвет, что дает возможность в теплую погоду поддерживать температуру и давление внутри цистерны на допустимом уровне. Перед работой с безводным аммиаком необходимо убедиться в исправности всех элементов оборудования. Любой ремонт должен проводиться специальными сервисными службами с квалифицированным персоналом.
Физические характеристики жидкого аммиака обусловливают особенности его внесения. Все оборудование, задействованное в работе с безводным аммиаком, должно выдерживать повышенное давление.
Непосредственно после внесения безводного аммиака в почве возникают временные изменения в зоне внесения, которые значительно влияют на химические, биологические и физические условия почвы: повышение концентрации аммиака и аммония (до 1000-3000 мг/кг); повышение рН до 9-9,5; повышение концентрации нитратного азота до 100-300 мг/кг и более (после прохождения процесса нитрификации); осмотическое давление почвенного раствора превышает 10 бар.
После внесения в почву в течение 10-15 дней аммиак подщелачивает почву до рН 9, а после прохождения процессов нитрификации и образования нитратов подкисляет. В оптимальных условиях на прохождение полной нитрификации внесенного аммиака требуется около 1 месяца. Высокая концентрация аммиака или аммония в сочетании со щелочными показателями рН почвы и высоким осмотическим потенциалом оказывает влияние на почвенные микроорганизмы и прохождение процесса нитрификации и приводит к временной частичной стерилизации почвы в зоне внесения. Бактериальная микрофлора страдает в первую очередь от присутствия свободного аммиака, тогда как грибы страдают от высоких показателей рН. Условия частичной стерилизации в центре зоны поглощения аммиака держится на протяжении нескольких недель.
Нитрификация угнетается условиями, которые возникают в зоне почвы, подверженной влиянию аммиачных (безводный аммиак, аммиачная вода) и аммонийных удобрений (аммиачная селитра, сульфат аммония, хлорид аммония). В результате образование нитритов и нитратов угнетается до времени, когда условия вернутся к нормальным. В ряде случаев замедление процесса нитрификации может приводить к накоплению в почве токсичного для растений нитрит-иона NO2-. Замедление нитрификации с некоторых позиций является положительным, поскольку позволяет удерживать азот в виде аммония более длительное время, в результате снижая риск вымывания нитратного азота в осенне-зимний период. Также для предотвращения превращения аммонийного азота в нитраты, в безводный аммиак могут быть добавлены ингибиторы нитрификации.
Как правило, через 1-2 недели количество микроорганизмов в почве восстанавливается, а в результате улучшения азотного питания в последующем даже превышает начальный уровень. Дезинфицирующая активность безводного аммиака может сыграть и положительную роль, помогая справиться с вредителями. Например, учеными Тимирязевской академии было замечено, что поражение картофеля вредителями после внесения безводного аммиака снизилось на 65%. Популяция грызунов также снижается при внесении удобрения. Противники безводного аммиака указывают, что его внесение приводит к гибели дождевых червей, особенно при поздневесенним внесении. Однако экспериментально доказано, что популяция быстро восстанавливается, чему способствует улучшение азотного статуса почвы. При внесении аммиака поздно осенью негативное влияние на дождевых червей сводится к минимуму, поскольку они мигрируют в нижние горизонты почвы и снижают свою активность.
Высокая концентрация аммиака NH3 и аммония NH4+, а также образующегося нитритного азота NO2- негативно влияют на прорастание семян. Концентрация аммиака, превышающая 1000 мг/кг около семян, значительно уменьшает количество проросших растений. Более глубокое внесение высоких доз азотных удобрений позволяет решить эту проблему. Узкие междурядья внесения безводного аммиака также позволяют смягчить негативное влияние больших количеств аммиака на проростки.
Гидроксид аммония, образуемый при взаимодействии аммиака с почвой, растворяет и гидролизует определенную фракцию органического вещества почвы. Было замечено, что внесение аммиака вызывает образование темных областей в зоне внесения, окрашивает почвенные экстракты в темный цвет (что свидетельствует о растворении фракции гуминовых кислот) и увеличивает количество растворимого в воде органического вещества. Правда, большинство таких преобразований с органическим веществом почвы считается временным и со временем картина восстанавливается. Также отмечается снижение проницаемости почвы и ее растрескивание в центре зоны поглощения аммиака. Однако ухудшение структуры почвы носит временный характер и наиболее характерно для почв с низким содержанием органического вещества.
Растворение органического вещества почвы способствует временному увеличению доступности элементов, ассоциируемых с органической фракцией почвы. Было отмечено некоторое увеличение уровня потенциально доступного фосфора в почве после внесения аммиака, а также микроэлементов.
Внесенный в почву, аммиак растворяется в почвенной влаге, превращаясь в катион аммония, который поглощается почвой и не вымывается, поэтому его можно вносить и осенью, и весной без риска непродуктивных потерь азота. Ион аммония взаимодействует с анионами почвенного раствора (HCO3-, NO3-, SO42- и др.) с образованием солей. Скорость и степень поглощения аммиака почвой зависит от содержания в ней гумуса, гранулометрического состава и влажности, а также от способа и глубины заделки удобрения. На тяжелых, богатых на органическое вещество, хорошо увлажненных почвах аммиак поглощается лучше, чем на легких, бедных на гумус почвах. На легких песчаных и супесчаных почвах растворение и образование аммонийных солей из аммиака происходит медленней, потому на таких почвах удобрение длительное время сохраняется в виде аммиака, который может улетучиваться. Газы, как аммиак, способны диффундировать более свободно в больших порах почв легкого гранулометрического состава.
Способность почвы удерживать аммиак повышается с увеличением количества влаги в почве. Наибольшее количество удерживается почвой с содержанием влаги близким к полевой влагоемкости. При влажности почвы 50-60% полной влагоемкости супесчаные почвы могут удерживать 1600, суглинистые – 2700 кг аммиака на 1 га. Потери аммиака при этом составляют около 1,5%. В случае внесения в сухую или переувлажненную почву потери аммиака возрастают. При очень низкой влажности почвы аммиак склонен испаряться в атмосферу, поскольку недостаточно влаги для его связывания. В переувлажненной почве щель позади аппликатора плохо смыкается, что также приводит к непродуктивным потерям азота. Если влажность почвы незначительно отличается в ту или иную сторону от оптимальной, небольшое увеличение глубины заделки аммиака позволяет решить проблему потерь. Однако на переувлажненных почвах часто необходимо также использовать специальные устройства позади ножей, которые помогают нормальному смыканию щели. Также влажность влияет на диффузию аммиака вдаль от зоны внесения: высокая влажность почвы препятствует диффузии, также играет роль высокое сродство аммиака к воде.
На удержание почвой аммиака и количество потерь азота из жидкого аммиака одну из ключевых ролей играет глубина его заделки. Чтобы избежать потерь азота, безводный аммиак заделывают на глубину 12-16 см на суглинистых и на 16-20 см на супесчаных почвах. На тяжелых почвах рекомендуется вносить безводный аммиак на глубину 10-12 см. На недостаточно обработанных участках, переувлажненных или сухих, а также после проведения известкования глубину внесения аммиака увеличивают на 3-5 см. На удержание аммиака влияет также расстояние между точками внесения жидкого аммиака. Лучшего удержания аммиака, как правило, достигают при малых расстояниях между аппликаторами. Это особенно актуально на песчаных почвах, характеризующихся низкой способностью к поглощению аммиака. Размер и количество наконечников для внесения аммиака влияет на давление, с которым аммиак вносится в почву. Низкое давление приводит к неудовлетворительному распределению удобрения в почве.
Потерям аммиака также способствует и некачественная обработка почвы: наличие комков на поверхности почвы не дает сомкнуться щели позади лезвия аппликатора, в результате часть аммиака просто улетучивается в атмосферу. Большое значение в удержании аммония в почве играет наличие в ней органического вещества. По крайней мере 50% способности почвы удерживать аммиак обусловлено наличием органики.
Безводный аммиак хорошо используется растениями и по эффективности не уступает твердым азотным удобрениям. Его можно вносить в качестве основного удобрения, а также в подкормку с обязательной заделкой в почву. Используют безводный аммиак на всех типах почв под все культуры. Безводный аммиак является эффективным источником азота при внедрении технологий но-тилл и стрип-тилл.
Преимуществом безводного аммиака является тот факт, что его можно вносить как с осени, так и весной без риска вымывания азота (аммоний фиксируется почвой). Осеннее внесение позволяет разгрузить напряженный график весенних работ в поле. Для минимизации потерь азота аммиак следует вносить в период, когда среднесуточная температура не превышает 10оC, поскольку при такой температуре значительно снижаются процессы нитрификации в почве. При более высокой температуре аммонийный азот успевает превратиться в нитраты, которые могут вымываться осадками и паводками в осенне-зимне-весенний период. По сравнению с твердыми азотными удобрениями преимущества безводного аммиака могут быть связаны также со способом внесения: доказано, что локальное внесение часто оказывается более эффективным по сравнению с разбросным. В силу токсического действия предпосевное внесение аммиака под кукурузу может оказывать негативное действие на проростки кукурузы и значительно снизить густоту стояния культуры, что в результате приводит к потере урожая. Такое влияние достаточно легко определить, но очень сложно как-либо изменить сложившуюся ситуацию. Поэтому нужно хорошо взвесить все за и против.
Bob Berkevich, специалист компании AgriGold, считает, что первое, что необходимо для предупреждения поражения растений безводным аммиаком, это понимать характер передвижения аммиака в почве. При внесении безводный аммиак в среднем мигрирует на 8-10 см в сторону от точки инжекции. Наиболее активно передвижение аммиака имеет место в первые 24 часа. Это означает, что зона распространения в почве аммиака имеет в диаметре 15-20 см, соседние зоны в зависимости от ширины междурядий внесения более или менее близко располагаются одна от другой. Именно эти зоны являются наиболее токсичными для проростков кукурузы. И размер этих зон зависит от почвенных условий, в первую очередь от влажности почвы, нормы внесения азота, системы обработки почвы после внесения. Чем более сухая почва, тем больше зона распространения аммиака в почве. И чем больше норма внесения азота, тем выше концентрация аммиака в месте инжекции. Обработка почвы после внесения удобрения перемешивает аммиак с почвой и снижает концентрацию, следовательно, и негативный эффект на семена и проростки.
Во избежание негативного влияния на проростки, безводный аммиак должен быть внесен на достаточную глубину, в частности до 20-25 см при весеннем внесении. Нет точного срока, после которого можно проводить посев: чем длиннее разрыв между внесением аммиака и посевом, тем лучше. Но, как правило, достаточным сроком можно считать 7-14 дней. Не рекомендуется вносить безводный аммиак весной при использовании системы стрип-тилл и но-тилл: лучшим решением будет корневая подкормка. Особенно внимательным нужно быть при работе с легкими почвами.
Часто погодные условия весны и напряжение полевых работ не позволяют достаточно развести во времени внесение безводного аммиака и посев кукурузы. Если все же принято решение вносить безводный аммиак, то он должен быть внесен на достаточную глубину и снижена норма (например, если запланировано вносить более 180 кг/га N, то 150 кг/га N можно внести в виде безводного аммиака, а остаток – в виде КАС поверхностно. Это снизит концентрацию в зоне инжекции под семенным ложем).
Fabian Fernandez (University of Minnesota, 2015) считает, что риск поражения проростков аммиаком возникает в том случае, если посев проводят через небольшой промежуток времени после внесения безводного аммиака и если семена попадают в зону сорбции аммиака. Во избежание такой ситуации, важно развести внесение аммиака и посев либо во времени, либо в пространстве (это касается пропашных культур). При этом если влажность почвы оптимальная для удержания аммиака и он был внесен на достаточную глубину в рекомендованной дозе, то риск поражения проростков невысок даже если семена попадут на верхнюю границу удерживающей аммиак зоны почвы даже сразу после внесения удобрения.
При использовании элементов точного земледелия (RTK) можно достаточно точно расположить зоны внесения безводного аммиака между будущими рядками посева пропашных культур, в частности кукурузы. Если же такая система недоступна, то рекомендуется вносить безводный аммиак под углом к направлению будущего посева для минимизации потенциального риска. Если же почвенные условия для внесения не идеальны и нет возможности использовать RTK-управление, то следует подождать 3-5 дней после внесения безводного аммиака и только тогда проводить посев.
Внимания требует и вопрос обработки почвы после внесения безводного аммиака. При идеальных для удержания аммиака почвенных условиях и его внесения на оптимальную глубину, неглубокая обработка почвы возможна непосредственно после удобрения. В некоторых случаях неглубокая обработка даже может решить вопрос закрытия щелей, создаваемых аппликатором. Глубокая обработка почвы возможна через несколько дней после внесения безводного аммиака, поскольку он достаточно быстро взаимодействует с почвой, а обработка почвы позволить равномерно распределить зону удержания аммиака. Проверить готовность почвы к обработке можно простым методом: если после прохода агрегата ощущается запах аммиака, то превращение аммиака в аммоний еще не завершено и с обработкой следует повременить.
На орошаемых полях безводный аммиак часто вносят с поливной водой (поверхностные ирригационные системы). Проблема возникает при использовании жесткой воды: при использовании воды с высоким содержанием кальция, магния и бикарбонатов удобрения, содержащие свободный аммиак, могут образовывать осадок кальцита и/или магнезита, которые затрудняют внесение и приводят к проблемам с эксплуатацией оборудования. Этого можно избежать добавлением сульфатной кислоты.
Более 80% производимого в мире аммиака используется как удобрение, либо для непосредственного внесения, либо для синтеза всех остальных твердых и жидких азотных удобрений. Кроме удобренческой ценности безводный аммиак в хозяйствах используют для аммонизации торфа, обработки соломы и навоза, раскисления силоса, дезинфекции помещений, уничтожения некоторых почвенных патогенных организмов. Также аммиак используется и в других сферах: бытовая химия, в охладительных системах и др.
Аммиак часто разводят в воде для получения удобрения, имеющего название жидкий аммиак (аммиачная вода). Это удобрение достаточно популярно, поскольку не требует глубокой заделки в почву, его легче хранить и вносить, а также жидкий аммиак не так токсичен и человека. Также аммиачная вода часто используется для внесения в системе фертигации. Таким образом, безводный аммиак является наиболее дешевым источником азота в земледелии и при соблюдении правил обращения с ним оказывается эффективным решением проблемы азота. (Ирина Логинова, эксперт рынка специальных удобрений ИК “Инфоиндустрия”/Химия Украины и мира)