Хімія. Рівень стандарту. 11 клас. Ярошенко

§ 30. Мінеральні добрива. Поняття про кислотні та лужні ґрунти

ПОНЯТТЯ ПРО МІНЕРАЛЬНІ ДОБРИВА. Вивчаючи природознавство, ви дізналися про існування добрив — речовин чи їхніх сумішей, що роблять добру справу — збагачують ґрунт поживними речовинами, сприяють одержанню високих урожаїв.

Добрива — це речовини чи суміші речовин, хімічні елементи яких необхідні для росту й розвитку рослин. Добрива вносять у ґрунт для збільшення врожайності сільськогосподарських культур та підвищення їх стійкості до несприятливих кліматичних умов.

У рослинних організмах трапляється майже 70 хімічних елементів (їх ще називають елементами живлення рослин). Такі елементи, як Нітроген, Калій, Фосфор надходять до них з ґрунту в найбільшій кількості.

Без Нітрогену не можуть утворюватися білкові молекули, без Фосфору — нуклеїнові кислоти, вітаміни. Завдяки Калію пришвидшується фотосинтез, поліпшується накопичення сахарози в цукрових буряках і крохмалю в картоплі, зміцнюються стебла злакових рослин тощо.

Щоб природним способом відновити у ґрунті вміст життєво необхідних рослинам хімічних елементів, потрібний тривалий час. Для стабільного отримання високих урожаїв у ґрунт вносять мінеральні (мал. 76) й органічні добрива.

Мал. 76. На складі з мінеральними добривами

Розгляньте малюнок 77 та ознайомтеся з класифікацією мінеральних добрив.

Мал. 77. Класифікація мінеральних добрив

З біології вам відомо, що рослини засвоюють речовини з ґрунту лише в розчинах. Під впливом полярних молекул води добрива дисоціюють на йони, які й всмоктуються кореневою системою та транспортуються по стеблу до всіх органів рослини.

Для сільського господарства важливим є раціональне використання добрив. Під ним розуміють внесення добрив у кількості, необхідній і достатній для досягнення балансу поживних речовин у ґрунті, забезпечення вирощуваних рослин необхідними хімічними елементами, підвищення врожайності сільськогосподарських культур без шкоди довкіллю.

Близько 30 років тому високими вважались урожаї, якщо з 1 га поля збирали 35 ц пшениці, 12 ц соняшнику, 40 ц кукурудзи. Підбір і внесення у ґрунт мінеральних добрив у поєднанні з новітніми технологіями обробітку ґрунту, використання високоякісного посівного матеріалу і засобів захисту рослин дають змогу сучасним аграріям отримувати значно вищі врожаї. Наприклад, у 2018 р. Баришівська зернова компанія — провідний агрохолдинг України — на своїх полях (Полтавська, Київська, Черкаська обл.) зібрала з 1 га по 69 ц пшениці, 33 ц соняшнику, 116 ц кукурудзи.

Щоб добрива приносили найбільшу користь, потрібно знати, коли та які з них найкраще використовувати, який спосіб внесення обрати, як узгодити час внесення добрива з погодними умовами й багато іншого. Це є предметом дослідження агрохімії.

Агрохімія — наука, що вивчає взаємопов'язані хімічні й біологічні процеси у ґрунті та рослинах, виявляє шляхи підвищення врожайності сільськогосподарських культур. Знання цієї науки особливо важливі для агрономів.

Приклади мінеральних добрив та їхні окремі характеристики наведено в таблиці 12.

Таблиця 12

Мінеральні добрива

Назва

Формула

Фізичні характеристики

АЗОТНІ

Калійна селітра

KNO3

Безбарвна, кристалічна, негігроскопічна

Амоніачна селітра

NH4NO3

Білого або жовтуватого кольору, гігроскопічна, у результаті висихання утворює грудки, може вибухати та розкладатися з виділенням амоніаку

Кальцієва селітра

Ca(NO3)2

Сірого кольору, злежується, дуже гігроскопічна

Натрієва селітра

NaNO3

Білого або жовтуватого кольору, гігроскопічна, злежується

Амоній хлорид

NH4Cl

Білого або жовтуватого кольору, малогігроскопічний

Амоній сульфат

(NH4)2SO4

Білий (через наявні домішки може бути сірим або зеленуватим), кристалічний, малогігроскопічний, добре розчинний у воді

Амоніачна вода

NH3 · H2O

Безбарвна рідина з різким запахом амоніаку

ФОСФОРНІ

Простий суперфосфат

Ca(H2PO4)2 + 2CaSO4

Порошок або гранули сірого кольору, злегка злежується, погано розчинний у воді

Подвійний суперфосфат

Ca(H2PO4)2 · H2O

Зовні нагадує простий суперфосфат, має добру розчинність у воді

Преципітат

CaHPO4 · 2H2O

Сірий, світло-сірий, погано розчинний у воді, не злежується

Фосфоритне борошно

Ca3(PO4)2

Білого або бурого кольору, виготовлений розмелюванням природних фосфоритів, добре розчинний у воді

Амофос

NH4H2PO4

Порошок білого (через наявні домішки сіруватого) кольору, кристалічний, негігроскопічний

КАЛІЙНІ

Калій хлорид

KCl

Білий, дрібнокристалічний, добре розчинний у воді, негігроскопічний, під час зберігання сильно злежується, тому випускають у вигляді гранул

Каїніт

KCl · MgSO4 · 3H2O

Cвітло-сірий або сірий, негігроскопічний

Сильвініт

KCl · NaCl

Рожевий, малогігроскопічний, добре розчинний у воді

Калійна сіль

KCl + домішки NaCl

Бурого або рожевого кольору, гігроскопічна, злежується

Калій сульфат

K2SO4

Білий, добре розчиняється у воді, негігроскопічний

Поташ

K2CO3

Білий або світло-сірий, висока гігроскопічність, добре розчинний у воді

ВИРОБНИЦТВО ДОБРИВ В УКРАЇНІ. У нашій країні найбільше виробляють азотних добрив. Як сировину використовують азот, що входить до складу повітря.

Прикладом того, як відходи одного виробництва можна використовувати для одержання цінної продукції, є виробництво азотних добрив з амоніачної води, що утворюється під час коксування вугілля. Сировиною для виробництва калійних добрив є природні калієві солі вітчизняних родовищ. Промислове виробництво калійних добрив сконцентроване в Західній Україні, оскільки там найбільші в нашій державі родовища калійних солей (Калусько-Глинське, Стебницьке й Бориславське родовища).

Виробництво фосфорних добрив ґрунтується переважно на імпортованій сировині.

Працюємо з медійними джерелами

  • 1. З різних джерел дізнайтеся про топ-10 найбільших виробників добрив в Україні (потужність, сировина, продукція).
  • 2. Поцікавтеся професіями працівників сучасних підприємств з виробництва добрив, закладами, де ці професії здобувають.
  • 3. Які засоби захисту навколишнього середовища від забруднення діють на підприємствах з виробництва мінеральних добрив?

З природознавства та біології ви знаєте, що до основних сільськогосподарських культур в Україні належать зернові й овочеві культури, цукрові буряки. Щоб мати стабільно високі врожаї цих та інших культур, азотні добрива вносять з розрахунку від 30 до 180 кг Нітрогену на 1 га, фосфорних — 45-90 кг P2O5 на 1 га, калійних — 45-60 кг К2О на 1 га. Ці загальні норми змінюються залежно від ґрунтово-кліматичних умов і вирощуваних сільськогосподарських культур.

ПОНЯТТЯ ПРО КИСЛОТНІ ТА ЛУЖНІ ҐРУНТИ. У параграфі про кислоти ви дізналися, що однією з характеристик ґрунтів є їх кислотність, що характеризується вмістом у ґрунтовому розчині або водній витяжці ґрунту катіонів Гідрогену й гідроксид-аніонів.

Від значення водневого показника ґрунтового розчину залежать доступність хімічних елементів для рослин, процеси ґрунтоутворення, а також розвиток рослин. Більшість культурних рослин найкраще розвиваються в ґрунтах з pH від 5,5 до 7,5. Характерною особливістю кислотних ґрунтів є пригнічення мікробіологічної активності мікроорганізмів, що беруть участь у розкладанні гною, торфу, компостів й інших органічних решток, недостатній поживний режим, зниження посухостійкості і зимостійкості озимих культур. Підвищена кислотність ґрунту різко позначається на врожайності культурних рослин. Поділ ґрунтів за кислотністю та приклади сільськогосподарських рослин, які найкраще на них розвиваються, відображено на малюнку 78, с. 162.

Мал. 78. Поділ ґрунтів за значенням рН та приклади сільськогосподарських рослин, які найкраще на них розвиваються

Ґрунти з рН від 6,5 і нижче належать до кислотних. У їхніх водних розчинах є надлишок катіонів Гідрогену.

Агрономічні служби проводять лабораторні аналізи ґрунтів, стежать за величиною показника рН ґрунту. У разі відчутного збільшення чи зменшення кислотності ґрунту вживаються заходи щодо її врегулювання, зокрема вапнування.

Вапнування — метод пониження кислотності ґрунту шляхом внесення кальциту, доломіту, вапняку, гашеного вапна, крейди. Вапнують ґрунти з рН нижче 5,5.

Оскільки у складі кальциту, доломіту, вапняку наявні карбонати — солі дуже слабкої карбонатної кислоти, а гашене вапно — луг, то відбувається нейтралізація ґрунтового розчину, кислотність ґрунту зменшується.

Кислотність лужних ґрунтів регулюють гіпсуванням — внесенням гіпсу та деяких інших речовин.

В індивідуальних господарствах, на дачних ділянках індикаторами кислотності ґрунту можуть служити деякі дикорослі рослини, здебільшого бур'яни, які виявились краще пристосованими до проростання на кислотних або лужних ґрунтах, деякі кущі, наприклад калина і глід. Так, наявність серед бур'янів польового хвоща свідчить про підвищену кислотність ґрунту.

Сторінка ерудита

Йони, у складі яких елемент живлення надходить до рослинного організму, дістали назву форми засвоєння добрив. Формами засвоєння Нітрогену є катіони NH+4 та аніони NO-3, Калію — катіони К+, Фосфору — аніони РО3-4, Н2РО-4.

Надмірне використання нітратів як мінеральних добрив і як харчових добавок, що надають м'ясним виробам кольору натурального м'яса і подовжують термін зберігання м'ясних виробів і сиру, створює небезпеку до перевищення гранично допустимих норм їх добового споживання людиною. Наслідком цього може стати токсична дія нітратів на організм людини. Вона полягає в розвитку гіпоксії — кисневого голодування тканин, а також пригніченні дії ферментів, які каталізують процеси тканинного дихання. Симптомами отруєння є нудота, блювання, посиніння шкірного покриву тіла та слизової оболонки рота, що з’являються через 4-6 год після вживання їжі з високим умістом нітратів. Особливо небезпечні нітрати для дитячого організму.

Овочі й молоко містять значно більше нітратів, аніж м’ясо. Запобіжні засоби, до яких потрібно вдаватися, аби уникнути отруєння нітратами, наявними в продуктах харчування, такі:

  • дотримання правил агротехніки вирощування сільськогосподарських культур;
  • споживання води, молока, що пройшли аналіз на вміст у них нітратів;
  • обмежене споживання овочевих культур, вирощених у теплицях;
  • дотримання рекомендацій щодо зменшення вмісту нітратів у процесі приготування овочевих страв.

Знаємо, розуміємо

  • 1. Дайте визначення мінеральних добрив, назвіть їх класифікацію, наведіть приклади.
  • 2. Обґрунтуйте роль мінеральних добрив як джерела живлення рослин.

Застосовуємо

  • 1. Опрацюйте вміст таблиці 11 і випишіть назви добрив: а) що мають малу розчинність у воді; б) гігроскопічні; в) містять два елементи живлення.
  • 2. У якому з нітратних добрив — амоніачній селітрі чи кальцієвій селітрі — уміст Нітрогену більший?
  • 3. Які ґрунти називають кислотними, а які — лужними? Обґрунтуйте причини існування кислотних і лужних ґрунтів.
  • 4. Висловте судження щодо нераціонального використання мінеральних добрив.
  • 5. Якщо ви захоплюєтеся вирощуванням кімнатних рослин, з’ясуйте за різними інформаційними джерелами, якими добривами й коли потрібно підживлювати їх. Обчисліть норми внесення добрив.
  • 6. З’ясуйте, яку площу займають сільськогосподарські культури одного з колективних господарств вашого регіону, й обчисліть приблизну щорічну його потребу в мінеральних добривах під конкретні сільськогосподарські культури.

Попрацюйте групами

У складі малих навчальних груп оцініть значення виробництва та раціонального використання добрив для розв’язання продовольчої проблеми, виконавши навчальний проект за темою «Мінеральні добрива: позитивні й негативні наслідки їх застосування».