Эффективное использование минеральных удобрений становится важной проблемой для современного сельского хозяйства. Сельхозпроизводители все чаще отдают предпочтение удобрениям пролонгированного действия. Согласно прогнозам Markets and Markets, мировой рынок удобрений пролонгированного действия ежегодно увеличивается на 7% и к 2020 г. достигнет отметки в $19,89 млрд.
Для “продвинутого” сельхозбизнеса. Удобрения пролонгированного действия, как и стабилизированные удобрения, за последние годы стали частью “продвинутого” агробизнеса. Их активно используют при выращивании плодовых и овощных культур в закрытом и открытом грунте, а также в инновационных системах земледелия, например, технологии no-till, когда необходимо внести большое количество удобрений за один раз.
Сельхозпроизводители отмечают их высокую эффективность в сочетании с минимальными потерями элементов, снижением риска загрязнения окружающей среды, легкость в использовании, снижение затрат на внесение. Сдерживающими факторами пока остаются более высокая цена по сравнению с традиционными, ограничения при хранении, а также доминирование традиционных удобрений на рынке и субсидирование их закупок. Но эта ситуация уже меняется, как и уровень осведомленности аграриев об их преимуществах.
В 2018 г. наибольшую долю рынка удобрений пролонгированного действия занимали страны Северной Америки, в первую очередь США. Развивающиеся страны, такие как Китай, Индия, а также Япония, по оценке экспертов в ближайшие годы покажут наибольший рост на данном рынке. К увеличению потребления удобрений пролонгированного действия фермеров из развивающихся стран будут подталкивать рост населения и усиление требований природоохранного законодательства. В Европе также хорошо развита сеть дистрибуции удобрений пролонгированного действия.
Масло канолы для контролируемого внесения удобрений. Одно из недавних открытий в области создания новых видов удобрений с пролонгированным действием было сделано учеными из Австралии и Великобритании. Им удалось создать новое удобрение с контролируемым высвобождением питательных веществ, встраивая их в полимер, изготовленный из серы и переработанного масла канолы.
Объединив серу и масло канолы в реакции, называемой обратной вулканизацией, команда Джастина Флиндерса из университета Флиндерс обнаружила, что полимерная матрица может инкапсулировать азотные, калийные и фосфорные питательные вещества для производства удобрений с контролируемым высвобождением. Вода, проникающая через поры и каналы в полимерной матрице, растворяет и высвобождает питательные вещества внутри. Регулируя параметры, такие как размер частиц полимера и концентрацию питательных веществ, исследователи обнаружили, что они могут регулировать скорость высвобождения питательных веществ. Сам полимер также выделяет серу, еще одно важное питательное вещество для растений. Чтобы продемонстрировать эффективность их удобрения с медленным высвобождением, команда использовала его для выращивания здоровых растений томата. Новое удобрение успешно прошло проверку.
По мнению экспертов, удобрение на основе переработанного масла канолы и серы имеет еще одно важное преимущество: ключевые продукты для производства до сих пор являлись, по сути, отходами. Каноловое масло производится из пищевых отходов, сера – побочный продукт нефтепереработки.
По мнению Дэвида Мецеррея, вице-директор Баскского центра макромолекулярного дизайна и инженерии (Испания), серные полимеры ранее использовались только в энергетике и оптике. Создание таких удобрений открывает новые возможности для разработки и применения серных полимеров в сельском хозяйстве.
Биоразлагаемые таблетки из Сибири. Интересное и перспективное решение в области удобрений пролонгированного действия предложили российские ученые из Сибирского федерального университета и Красноярского научного центра СО РАН. Российская разработка с использованием биоразрушаемых материалов обеспечивает растения стабильной подкормкой на протяжении нескольких месяцев.
По словам руководителя работ профессора Сибирского федерального университета, заведующей лабораторией Института биофизики КНЦ СО РАН Татьяны Воловой, разработка препаратов нового поколения с использованием биоразрушаемых материалов, которые разлагаются под воздействием микрофлоры и обеспечивают постепенный выход активного начала в почву, является новейшим направлением исследований в области сельского хозяйства. Прежде всего, это касается азота – одного из основных элементов, которого часто не хватает для роста и развития растений. Доступного для растений азота в почве обычно мало. Более того, его соединения химически очень подвижны и легко вымываются из почвы. В связи с этим возникает задача разработки таких форм азотных удобрений, которые обеспечивают медленный выход азота и постоянство его концентрации в почве.
Ключевым моментом для создания таких препаратов с пролонгированным действием является наличие безопасного и биоразрушаемого материала. Сибирские ученые разработали технологию синтеза биоразрушаемых полиэфиров микробиологического происхождения. Раньше такие полиэфиры использовались в качестве материала для изделий биомедицинского назначения.
Для создания медленно разлагающихся конструкций Сибирские исследователи использовали биоразлагаемый полимер под названием поли-3-гидроксибутират (П3ГБ). Ученые смешивали порошок биополимера с древесной мукой и нитратом аммония. Полученную массу прессовали в таблетки и использовали в экспериментах с пшеницей. Было протестировано несколько вариантов подкормки растений. Пшеницу выращивали без удобрений, с добавкой чистого нитрата аммония, с применением прессованных таблеток и таблеток, дополнительно покрытых слоем пленки из биополимера. Наилучших результатов удалось добиться при внесении удобрения, упакованного в двойную защиту, когда ядро таблетки, включающее удобрение и П3ГБ (и в некоторых случаях древесную муку) покрывалось полимерной пленкой. В этом случае за счет медленного разложения пленки и самой таблетки удобрение поступало в почву с относительно стабильной скоростью в течение двух месяцев. Биомасса пшеницы в эксперименте со сложно упакованным удобрением также была максимальной и почти на четверть превышала биомассу пшеницы, выращенной при добавке обычного удобрения.
“У таких конструкций два очевидных плюса. Во-первых, после однократного внесения гранул растение обеспечивается удобрением на протяжении нескольких месяцев, что избавляет от необходимости дополнительного внесения питательных добавок. Во-вторых, не происходит загрязнения почвы, грунтовых и поверхностных вод избыточными соединениями азота. Созданные матриксы будут использованы в качестве прототипа сельскохозяйственных препаратов с контролируемым временем выхода удобрений”, – пояснил один из авторов исследования, научный сотрудник Института биофизики КНЦ СО РАН, кандидат биологических наук Анатолий Бояндин.
Перспективный рынок. Практически все крупные игроки глобального рынка производства удобрений уже имеют в своем портфеле или введут в ближайшее время удобрения пролонгированного действия. Российские производители также освоили производство инновационных удобрений для разных культур. Агрономы, имеющие опыт работы с удобрениями пролонгированного действия, рекомендуют учитывать при выборе конкретного продукта местные климатические условия, прежде всего – температуру и влажность. Высвобождение элементов питания при высоких температурах происходит за более короткий промежуток времени. И поскольку элементы питания высвобождаются быстрее, норму внесения удобрений нужно уменьшать. В холодном климате высвобождение элементов питания происходит за более длительный промежуток времени, а это значит, что норму внесения удобрений нужно увеличивать. (AgroXXI/Advis/Химия Украины и мира)