Положительные свойства мочевины:

• раствор мочевины довольно быстро усваивается культурами, чувствительными к высоким показателям рH грунта;
• внекорневая подкормка не вызывает ожога листовых пластин у растений;
• уже через 48 часов после внекорневой подкормки мочевиной количество азота в белке растений увеличивается;
• опрыскивание растений раствором мочевины ранней весной помогает задержать цветение и тем самым снижает вероятность осыпания цветов в результате весенних заморозков;
• раствор мочевины помогает бороться с вредителями сада и огорода, а также возбудителями болезней;
• подкормка мочевиной позволяет увеличить урожай садовых и огородных растений.

Мочевина используется в производстве жевательной резинки, а также средств для ухода за волосами и кожей.

Минусы использования мочевины:

• карбамид может снизить всхожесть семян при его повышенной концентрации в почве;
• при неправильном внесении мочевины в почву в результате химической реакции выделяется газообразный аммиак, который может повредить молодые ростки;
• удобрение требует бережного хранения;
• мочевину нельзя смешивать с другими удобрениями.

Принцип «работы» мочевины

Попадая в почву, мочевина вступает в реакцию с содержащимися в земле ферментами и бактериями. В течение первых 2-3 дней происходит химическая реакция, которая преобразует карбамид в углекислый аммоний. При контакте с воздухом последний трансформируется в газообразный аммиак.

Поэтому, если мочевину не заделывать в почву, часть удобрения просто потеряется. Если же почва щелочная или с нейтральной реакцией, то потери могут быть очень даже значительными. А это значит, что эффект от внесения карбамида будет несущественный. Поэтому рассыпанные вокруг растений гранулы мочевины обязательно необходимо заделать в почву на глубину 7-8 см.

Инструкция по применению удобрения «мочевина»

Подкармливая культуры мочевиной, нужно помнить, что это удобрение стимулирует развитие вегетативной части, поэтому внесение его во время закладки бутонов может привести к снижению урожая. Лучше всего вносить карбамид под растения в момент формирования зеленой массы.

Внесение мочевины в осеннее время не всегда дает должный эффект, поскольку микроорганизмы к этому моменту начинают разлагаться, и выделяемый аммоний быстро разрушается. Кроме того, к весне часть азота опускается в более глубокие слои почвы, откуда растения уже не могут его потреблять. Применение мочевины осенью оправдано только в том случае, если почва на участке песчаная или супесчаная, а погода стоит не слишком теплая и сухая. Осенняя подкормка карбамидом противопоказана озимым и многолетникам.

Также можно вносить мочевину в почву перед посадкой или посевом растений непосредственно в бороздки и лунки. В этом случае важно присыпать удобрения небольшим слоем земли, чтобы избежать контакта мочевины с посадочным и посевным материалом.

Кроме того, чтобы не подвергать посадочный материал воздействию выделяемого в результате химической реакции газообразного аммиака, карбамид можно вносить за 1-2 недели до посева.

Отрицательное воздействие газообразного аммиака можно почти полностью нейтрализовать, если вносить мочевину вместе с калийными удобрениями.

Нормы внесения мочевины для цветов, огородных растений и клубники

Нормы внесения мочевины для садовых растений

Карбамид – это удобрение, которое может применяться на самых разных типах почв. Однако эффективнее всего оно проявляет себя на влажных грунтах. Мочевина может вноситься как подкормка даже в условиях защищенного грунта.

Мочевину не рекомендуется смешивать с известью, мелом, доломитовой мукой или суперфосфатом. 

При использовании органических удобрений количество внесенного карбамида необходимо уменьшить на 1/3.

Внекорневая подкормка мочевиной

Внекорневая подкормка растений показана культурам при азотном голодании и осыпании завязей. Она заключается в опрыскивании зеленой массы раствором мочевины. Для его приготовления нужно растворить 5-10 г препарата в 1 л воды. Этого количества должно хватить на обработку 20 кв.м грядок. Проводить такую подкормку нужно в утреннее или вечернее время.

В период вегетации подкормку карбамидом нужно осуществлять таким образом, чтобы на 100 кв.м приходилось 3 л раствора. При этом овощи нужно подкармливать составом, приготовленным из расчета 50-60 г удобрения на 10 л воды. Для плодово-ягодных культур раствор готовят из расчета 20-30 г на 10 л воды. Для опрыскивания комнатных растений в 10 л воды растворяют 50-80 г карбамида.

Если у растений побледнели листья, то при проведении внекорневой подкормки мочевиной на 1 л раствора можно добавить 3 г сульфата магния. Это сделает обработку более эффективной.

Признаки нехватки и избытка азота

Азот отвечает за рост стеблей и листьев. Этот газ участвует в формировании хлорофилла, так необходимого для фотосинтеза растений. Если садовым или огородным культурам хватает азота, то их листва будет иметь насыщенный изумрудный цвет и отливать глянцем. Недостаток азота характеризуется желтеющей листвой и медленным ростом побегов.

Кроме того, азот отвечает за количество урожая: чем сильнее и крепче станет растение, тем больше цветочных почек оно сможет сформировать.

Прежде чем вносить мочевину в почву, нужно выяснить, насколько азот необходим растениям.

Признаки недостатка азота:

• растения угнетены и развиваются медленно;
• листья вырастают мелкими и узкими, бледного цвета или с желтоватым оттенком;
• листовые пластины преждевременно опадают;
• молодые побеги плодовых и ягодных культур слабые, тонкие и без листьев;
• побеги слабо ветвятся;
• на растении закладывается меньше почек, чем обычно.

Признаки избытка азота:

• заторможенное развитие растений на ранних этапах роста;
• буйное наращивание зеленой массы у взрослых культур;
• крупная листва темной окраски;
• период вегетации заметно продлевается, созревание плодов сдвигается на более поздние сроки.

Мочевина против болезней и вредителей

Кроме того, что мочевина незаменима как удобрение, повышающее урожайность, она может помочь в борьбе с вредителями и болезнями. Например, с наступлением устойчивого потепления на загородных участках активизируются долгоносики, медянки, тля и другие насекомые, которые вредят посадкам. Для борьбы с ними можно использовать раствор карбамида, приготовленный из 500-700 г сухих гранул удобрения и 10 л воды. Этим средством необходимо опрыскать растения, подвергшиеся нападению.

С помощью мочевины можно победить и некоторые болезни, такие как пурпурная пятнистость или парша на плодоносящих деревьях и кустарниках. Для обработки растений также используют раствор мочевины (500-700 г на 10 л воды). Опрыскивать им растения можно ранней весной до набухания почек, а также осенью после опадения листвы. Такая обработка защитит сад от болезней в будущем году, а также удобрит почву.

Мочевина – удобрение, которое обязательно должно быть в хозяйстве садовода или огородника. Ведь она не только помогает поддержать растения в период роста и плодоношения, но и решает другие проблемы, которые могут возникнуть при их выращивании.

Карбамид (мочевина) | справочник Пестициды.ru

Физические и химические свойства

• 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]

• 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]

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]

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]

Карбамид – гранулированное удобрение | База знаний

Карбамид – гранулированное удобрение

Карбамид (Мочевина) – это гранулированное удобрение, которое отличается высокой эффективностью и содержанием питательного легкоусвояемого элемента – азота (46%), который необходим для развития растений. Это удобрение является самым концентрированным по содержанию азота среди азотных удобрений. В течение 2-3 дней мочевина превращается в углекислый аммоний под воздействием ферментов, вырабатываемых почвенными бактериями. Углекислый аммоний имеет свойство разлагаться на воздухе, и некоторая его часть превращается в газообразный аммиак, поэтому не рекомендуется вносить мочевину без заделки в почву, так как теряется часть азота. На щелочных и нейтральных почвах потери азота особенно возрастают.

• Карбамид может использоваться на всех видах почвы. На почвах с повышенной влажностью вместо аммиачной селитры лучше применять мочевину, так как содержащийся в ней азот хорошо фиксируется почвой и не вымывается дождями. Мочевину применяют в качестве подкормки и как основное удобрение с заделкой в почву, предотвращая тем самым образование газообразного аммиака.

Норма внесения в почву следующая:

1. — 20-25 г/м² — для свеклы, капусты, лука-порея, томатов, картофеля, перца.
2. — 5-8 г/м² — норма для гороха и огурцов.

• Для подкормки томатов, земляники, огурцов и капусты используют на 1 литр воды 20-30г. На одно растение уходит 1 литр раствора. Смородину подкармливают до распускания почек, разводя 20г карбамида на 10 литров воды, крыжовник – 10г на 10 литров воды, а во время роста побегов — на 10 литров воды разводят 10г вещества. Если проводят посевные работы в рядки, то в лунку добавляют и перемешивают с землей 2,5-4г удобрений. Состав: содержание азота не менее 46,2%.
• На кустарники и деревья мочевину вносят по проекции кроны. Под плодоносящую яблоню рекомендуется вносить 200-250г карбамида, и 120-140г под сливу и вишню. Карбамид можно вносить на поверхность почвы, но затем требуется обильный полив водой. Полив обязателен даже если мочевина вносилась в растворенном виде.
• В подкисленную мочевиной почву вносят известняк для нейтрализации повышенного уровня кислотности. На 1кг карбамида требуется 0,8 измельченного известняка. В почву, площадь которой равна 10м, вносят 100-150г мочевины. При обработке добавляют 2/3 удобрений, а 1/3 часть используют в качестве подкормки по мере роста растения.
• Для приготовления жидкого раствора потребуется 50-70г мочевины на 10 литров воды. Такого количества достаточно для поливки под корень на 50 растений огурцов и 20 растений томата.
• При некорневом питании расходуется 100г карбамида на 10 литров воды. Этого хватает на 100м посадок или посева.

Карбамид смешивают с простым суперфосфатом, подвергая его нейтрализации. Сначала в суперфосфат добавляют измельченный мел или известняк, а потом удобрение в соотношении 100г известняка или мела на 1кг суперфосфата.

Если сравнивать мочевину и аммиачную селитру, то мочевина более пригодна для применения при внекорневых подкормках растений, так как меньше обжигает листья.

Внекорневую подкормку рекомендовано проводить при проявлении признаков азотного недостатка у растений. Такая необходимость может возникнуть в период завязей ягод или плодов, а так же после их осыпания. Раствор для внекорневой подкормки разводят из расчета на 10 литров воды 30-40г карбамида и опрыскивают с помощью ручного опрыскивателя утром и вечером.

Если под кустарники и деревья использовали органические удобрения, то количество внесенного карбамида уменьшается на 1/3 или половину. Следует снижать дозы мочевины при подкормке молодых и еще не плодоносящих растений.

Не рекомендуется смешивание карбамида с известью, мелом, суперфосфатом и доломитом. Мочевину также используют как средство борьбы против вредителей.

С приходом весны начинается борьба с вредителями, которые находятся на стадии зимовки: медяницы, яблоневый цветоед, долгоносики, тля. Применяют концентрированный раствор в соотношении 500г на 10 литров воды. Такую обработку используют в тех случаях, когда в прошлом году было много вредных насекомых.

Мочевину используют для защиты от болезней: пурпуровая пятнистость, монилиальный ожог, парша.

В том случае, если листья яблони были поражены паршой, то с наступлением осеннего листопада проводят опрыскивание дерева 5% раствором карбамида. Мочевина, попадая внутрь листа, снижает возможность образования плодового тела, которое является причиной первичного заражения в весенний период. Опавшие осенью листья яблони, также могут подвергнуться обработке 7% раствором мочевины. Расход удобрения на 10 м² составляет 2,5 литра раствора. Заменой или дополнением карбамида может стать калий хлористый или аммиачная селитра, но здесь следует быть очень аккуратными, чтобы эти удобрения не попали на кору или почки.

Обрабатывая стволы и ветви деревьев, следует использовать раствор мочевины небольшой концентрации и повторять эту процедуру можно через 10 суток до 3-4 раз. Прежде всего, это не только борьба с болезнями растений, но и неплохая внекорневая подкормка.

Полезный совет от Азот трейд:

Казалось бы, очень удобно разбрасывать удобрение по снегу или в дождь. После того, как удобрение раствориться во влажной среде, оно перемещается в почву вместе с тающим снегом, но в результате этого, удобрение просто вымывается и не доходит до глубоких слоев почвы. Лучше всего локальное применение. Следует приготовить раствор, и в сухую погоду полить лейкой близко к корневой системе. Некоторые даже выкапывают ямку, которую потом выравнивают. Результат не заставит себя долго ждать. Растение получит комфортные условия в почве, а садовод сбережет деньги, так как удобрение не уплывет.

Удобрение мочевина — применение на огороде

Какой бы плодородной ни была почва, но со временем при постоянной эксплуатации и без внесения удобрения она все равно истощается. Это отрицательно сказывается на урожае. Поэтому рано или поздно придется заняться подкормкой. Мочевина – удобрение с большим содержанием азота, необходимого растениям для роста и развития. О правилах использования для разных садовых и огородных культур пойдет речь в статье.

Описание и характеристика

Это удобрение известно огородникам по двум названиям – мочевина или карбамид.

Внешний вид

Выпускается любыми производителями в форме круглых гранул, размер которых колеблется в пределах 1-4 мм. Они светлые, белые или прозрачные, не имеют запаха.

Физические свойства

1. Воздействует на растения в сухом и растворенном виде.
2. Хорошо растворяются в воде или почве после полива. Процент растворяемости зависит от температуры воды и окружающей среды.
3. Кроме воды, мочевину можно растворить в метаноле, этаноле, изопропаноле и других средах.
4. Образует соединения с органическими и неорганическими веществами.
5. Гранулы не слеживаются и не слипаются при хранении, не теряют своих свойств.
   

Состав

Удобрение мочевина по составу сложное химическое соединение. Это продукт белкового метаболизма с высокой концентрацией азота, единственное в мире минеральное удобрение с такими показателями.

Специалисты нередко называют карбамид диамидом угольной кислоты. Это химическое соединение синтезируется из органических веществ, имеет свою формулу: (NH₂)₂CO. В мочевине около половины состава приходится непосредственно на азот.

Карбамид – прекрасный вариант для корневой и внекорневой подкормки растений сада и огорода.

Преимущества и недостатки

Как и любое химическое соединение, мочевина имеет свои плюсы и минусы. К достоинствам можно отнести следующее:

• легкость усвоения растениями в кратчайшие сроки;
• подходит для внекорневой подкормки, поскольку при правильной дозировке не обжигает зеленую массу;
• можно использовать на любых почвах.
• на орошаемых участках результат усвоения повышенный.

Если говорить о недостатках, то это:

• при повышенной кислотности грунта нужно добавлять доломитовую муку или другие органические удобрения для повышения эффекта;
• отклонение дозировки в большую сторону приводит к снижению всхожести семян;
• мочевина гигроскопична, поэтому для хранения нужно использовать сухое помещение.

Инструкция

Мочевина — особый вид подкормки, на которую растения откликаются моментально. Преобразования происходят очень быстро за счет того, что бактерии, находящиеся в почве, перерабатывают азот, выделяют углекислый аммоний. Поскольку это газ, то его разложение на воздухе происходит в считаные минуты. Чтобы процесс происходил медленнее, а карбамид давал необходимый эффект, его нужно вносить на некоторую глубину.

Если говорить о мочевине, как удобрении, то его применение на огороде и в саду возможно как в открытом, так и защищенном грунте.

Важно! Для большего эффекта, при использовании гранул в сухом виде, карбамид сразу заделывают в почву, чтобы азот сразу проникал к корневой системе растений.

При использовании азотного удобрения нужно внимательно ознакомиться с инструкцией по применению, имеющейся на упаковке. В ней подробно изложены нормы, применяющиеся для огородных и садовых культур на разных этапах выращивания растений.

Мочевину вносят:

1. Как основное удобрение перед посевом с заделкой на 4 сантиметра, чтобы сохранить в почве аммиак.
2. Как подкормку при посадке растений. В этом случае между корневой системой и удобрением нужно закладывать слой почвы, чтобы не было ожога. В качестве сопутствующей подкормки добавляют калийные удобрения.
3. Для увеличения питательности почвы во время вегетативного периода.
4. Как внекорневые подкормки для опрыскивания растений. Проводится работа рано утром или поздно вечером.

Важно! В сырую погоду опрыскивание не дает результата.

Мочевину в сухом виде, как указано в инструкции, желательно вносить до посадки растений недели за две. Дело в том, что в гранулах содержится буарет. При высоком содержании этого вещества, если оно не успеет разложиться, растения чувствуют себя угнетенно.

Правила применения карбамида:

Определение нехватки азота

Внесение любого удобрения, в том числе и мочевины, не должно быть спонтанным. Подкормку растениям дают тогда, когда они в нем действительно нуждаются. Ведь избыток минеральных веществ в почве намного опаснее, чем их недостаток. Поэтому подкармливают растения в строго ограниченных количествах. Удобрять почву, как говорится, про запас, нельзя ни при каких условиях.

Внеочередную подкормку карбамидом можно проводить в том случае, если растения подают своеобразные сигналы.

Определить недостаток азота можно по таким признакам:

1. Садовые или огородные культуры растут очень медленно, начинают страдать из-за ослабления иммунитета от болезней и вредителей.
2. Кустарники и деревья выделяются короткими и слабыми побегами.
3. Листовые пластинки мельчают, меняют цвет, становятся бледно-зелеными, на них появляется желтизна, способная спровоцировать ранний листопад. Это признак нарушения фотосинтеза.
   
4. Проблемы возникают и с цветочными почками. Они либо слабые и отстают в развитии, либо образуются в малом количестве, да еще и опадают. Это приводит к уменьшению плодоношения и резкому снижению урожая.

При явных признаках недостатка азота растения подкармливают раствором карбамида по мере необходимости в любой момент вегетации. Чтобы почва не закислилась (а мочевина имеет такую особенность), на 400 граммов азотного удобрения добавляют равное количество извести или доломитовой муки.

Польза мочевины

К сожалению, не каждый огородник знает, какое удобрение мочевина, поэтому его нет в арсенале. Но именно эта азотная подкормка является очень важной для обеспечения нормальной жизнедеятельности садовых и огородных культур. Именно аммиак или иначе углекислый аммоний, благотворно влияет на развитие растений на всех этапах вегетации:

• клетки начинают делиться быстрее, следовательно, увеличивается рост;
• при наличии нужного количества азота прекращается угнетение растений, они становятся сильнее;
• по отзывам огородников и садоводов, усиление иммунитета помогает бороться с болезнями и вредителями.

Предупреждение! Удобряя почву мочевиной, нужно ориентироваться на состояние растения, поскольку избыток азота способствует бурному наращиванию зеленой массы, снижает плодоношение.

Особенности применения

Применение мочевины в саду и на огороде возможно в различные периоды развития растений в точно рассчитанных дозировках. Следует понимать, что нарушение инструкции только навредит посадкам.

Вегетативный период

Рассмотрим рекомендации по отношению к отдельным культурам:

1. Под капусту, свеклу, лук, перец, помидоры, чеснок и картофель достаточно на квадратный метр 19-23 граммов.
2. Потребность огурцов и гороха составляет от 6 до 9 граммов.
3. Патиссонам, баклажанам, кабачкам хватает 10-12 граммов. Подкормки нужно делать не более двух раз. Первый раз при посадке семян или рассады, второй — в фазе плодоношения.
   
4. Под землянику и клубнику карбамид вносят при подготовке грядок. Затем на стадии бутонизации и завязывания ягод растения нужно опрыскать раствором: на два литра воды добавляют 10 граммов азотного удобрения. Чтобы растения хорошо плодоносили в следующем сезоне, перед укрытием на зиму землянику и клубнику нужно подкормить с помощью концентрированного раствора мочевины: в 10 литрах воды растворяют 30 граммов азотсодержащего вещества.
5. Для зерновых культур норма расхода на сотку составляет 300 граммов. Мочевину разбрасывают в сухом виде.
6. Используется минеральное удобрение строго по инструкции для внекорневых подкормок и защиты растений. Для раствора необходимо 9-15 граммов карбамида на десятилитровое ведро.

Предпосадочная подкормка

Перед посадкой удобряют почву сухими гранулами: на каждый квадратный метр от 5 до 11 граммов мочевины. Затем перекапывают землю, чтобы смешать подкормку. Как правило, такую работу проводят осенью, внося 60% гранул, исходя из общей потребности. Остальной карбамид добавляют весной за несколько дней до посева.

Внимание! Если необходимо удобрить плодовые деревья и кустарники, то подкормку лучше проводить в растворенном виде непосредственно в приствольный круг.

Правила получения раствора

Важно! Помните, что избыток азота провоцирует рост зеленой массы, снижает плодоношение. Иногда формируются недоразвитые завязи.

Применение мочевины в саду требует особого подхода. Как правило, деревья и кустарники поливают концентрированными растворами и реже сухим веществом:

• под взрослые плодоносящие яблони на 10 литров воды берут 200 граммов мочевины;
• сливе, черноплодной рябине, ирге и вишне требуется менее концентрированный раствор: на десятилитровое ведро достаточно 120 граммов.

Не всегда под рукой есть мерная ложка, чтобы набрать нужное количество минерального удобрения. В этом случае можно использовать подручные емкости:

• столовая ложка содержит 10 граммов;
• спичечным коробком можно отмерить 13 граммов;
• в стакан емкостью 200 г помещается 130 граммов мочевины.

Особенности хранения

На упаковке указано, что мочевина или карбамид хранится не более полугода. Но если создать соответствующие условия, то неограниченное время. Если удобрение не использовали полностью, то пакет нужно закрыть герметично либо переложить в пластиковую емкость и плотно закрыть крышкой. В помещение не должна попадать влага, так как мочевина гигроскопична. От этого качество резко снижается и минеральное вещество не принесет пользы.

Отзывы

Михаил, 45 лет, г. Волгоград

Это простое удобрение использую много лет. Научила им пользоваться еще моя мама. Дело в том, что мочевина легко усваивается растениями, от чего они лучше развиваются и плодоносят. Главное, не превышать дозировку, указанную на упаковке.

Мирослава, 30 лет, Ярославская область

Мочевиной пользуюсь всегда при выращивании овощей на даче. Удобрение прекрасно растворяется. Особенно хорошо реагирует на подкормку азотом лук. Кусты и деревья поливают только до июня. Всегда добавляю указанную в инструкции норму, так как при избытке азота в растениях накапливаются нитраты.

Виктор, 49 лет, Дальний Восток

Огородом у нас заведует бабушка, мы только на подхвате у нее. Всегда заказывает нам мочевину. Урожай у бабушки отменный, как овощи, так и фрукты, ягоды. Старые люди вообще молодцы, действуют, как предписано.

Удобрение мочевина (карбамид) — инструкция по применению и нормы расхода

Старое и проверенное временем удобрение мочевина (карбамид) применяется повсеместно и считается универсальным. Помимо этого, оно входит в состав многокомпонентных смесей, предназначенных для комплексной обработки полей и приусадебных участков. Это средство является одним из наиболее популярных и распространенных вариантов, а его стоимость весьма демократична.

Состав удобрения мочевина

Химический состав этого удобрения не меняется годами. Это по-прежнему химическое вещество на 46% состоящее из азота. С точки зрения химии это амид угольной кислоты. Он образуется под действием высокого давления из углекислого газа и газообразного аммиака. В готовом состоянии удобрение представляет собой водорастворимое кристаллизованное вещество белого цвета иногда с желтоватым оттенком. Выпускается в виде гранул в фасованном или развесном виде.

Применение мочевины на огороде

Как и все удобрения с высоким содержанием азота карбамид дает улучшение роста растений, повышает урожайность, а у зерновых культур повышает содержание белка. Особенность этого препарата также заключается в том, что он может использоваться в качестве средства для борьбы с болезнями растений и зимующими насекомыми-вредителями. К таким насекомым относят следующие виды:

• яблоневый цветоед;
• медяница;
• тля;
• долгоносик.
  Среди заболеваний эффективно устраняются:
• Парша;
• Пурпуровая пятнистость;
• Монилиальный ожог.

Карбамид в мешках

Как разводить мочевину для полива

Поскольку карбамид растворяется в воде, удобно его вносить посредством полива растений. Но при этом важно соблюдать концентрацию. Для земляники, капусты, томатов и огурцов она составляет 20-30 грамм на 10-литровое ведро. Под одно растение потребуется внести по 1 литру такого раствора. Такой же раствор вносится под кусты смородины, а крыжовник потребует концентрацию вдвое ниже.

Инструкция по применению удобрения мочевина

Карбамид широко используется в сухом виде, также как и селитра. При посеве овощных культур в грядку насыпают 3-4 грамма препарата и перемешивают с грунтом. Взрослые деревья, в том числе вишню, сливу подкармливают внося 120-140 грамм удобрения. Для яблони дозу увеличивают вдвое. Карбамид рассыпают по поверхности почвы и затем поливают растение.

Широко применяется также опрыскивание раствором. Делается это в период активной вегетации овощных культур, но до начала цветения. Концентрация раствора 50 грамм на 10 литров. Но количество распыляемого раствора всего 3 литра на сотку.

Карбамид пакетированный

Применение удобрения карбамид весной

Для каждого удобрения важны сроки его внесения. Мочевина может вноситься при посадке картофеля и других культур, обычно в середине весны. Но обработка деревьев и кустарников для защиты от вредителей производится немного раньше. Это нужно успеть до распускания почек, а начинать можно сразу после повышения температуры воздуха до +3-5 градусов. Раствор должен быть концентрированным (на 1 литров воды использую 0,5-0,7 кг препарата).

Параллельно с мочевиной можно также использовать и инсектициды, например, Калипсо.

Удобрение Карбамид (Мочевина), 1 кг, Standart NPK

Эффективность карбамида, использованного в качестве основного удобрения, нечем не уступает известной всем аммиачной селитре. В то же время именно карбамид содержит наибольшее количество азота, что обеспечивает высокую целесообразность его использования.

Амидная форма азота данного удобрения не вымывается из почвы, этот факт очень важен при использовании в областей с обильным увлажнением и территорий поливного земледелия.

Рекомендуемая норма внесения: 

Под капусту, лук-репку, свеклу, томаты, перец, картофель – 20-25г/м²

Под огурцы, горох – 5-8 г/м².

Для подкормки земляники, томатов, огурцов, капусты – 20-30 г на 10 л воды, полив из расчета 1л на каждое растение. Для подкормки смородины до распускания почек – 20г на 10 л воды, крыжовника – 10 г на 10л воды до распускания почек и 10 г на 10 л воды в период роста побегов. При посеве в рядки 2,5-4г удобрения в лунку с обязательным перемешиванием удобрения с почвой. Состав: азот – не менее 46,2%

Мочевину вносят по всей проекции кроны деревьев и кустарников. Под плодоносящую яблоню рекомендуется вносить 200-250 г мочевины, под вишню и сливу — 120-140 г. Мочевину можно вносить, рассыпая ее по поверхности, затем следует обильно полить. Можно также вносить и в растворенном виде, но полив обязателен и в этом случае.

Из-за того, что карбамид подкисляет почву, его нейтрализуют известняком (на 1 кг карбамида 0,8 кг молотого известняка). На 10 м площади добавляют 100-150 г карбамида. Две трети удобрения вносят при обработке и одну треть постепенно применяют на подкормки в период роста.

Пропорция образования жидкого раствора: 50-70 г карбамида на 10 л воды и употребляют на 10 м посева. Для удабривания взрослых растений под корень, этого количества достаточно на 20 растений томата или 50 растений огурцов.

Для некорневого питания на 10 л воды растворяют 100 г мочевины; этот раствор употребляют на 100 м посева или посадок.

При смешивании мочевины с простым суперфосфатом его нейтрализуют (сначала к суперфосфату добавляют молотый известняк или мел, и только потом удобрение) в отношении 100 г известняка (или мела) на 1 кг суперфосфата.

Преимущество карбамида, по сравнению с аммиачной селитрой в том, что меньше обжигает листья растений, поэтому карбамид рекомендован для внекорневых подкормок растений.

При проявлении признаков азотного голодания проводят внекорневую подкормку растений. Необходимость в проведении внекорневой подкормки может возникнуть также сразу после образования завязей плодов и ягод и их последующем осыпании. Внекорневые подкормки проводят ручным опрыскивателем в утреннее или вечернее время. Раствор удобрения готовят из расчета 30-40 г мочевины на 10 л воды.

При использовании под деревья и кустарники органических удобрений дозы внесения мочевины снижают на одну треть или наполовину в зависимости от количества внесенной органики. Дозы удобрений снижают также наполовину на молодых посадках и при удобрении еще неплодоносящих деревьев и кустарников.

Нельзя смешивать мочевину с простым суперфосфатом, известью, доломитом, мелом. 

Помимо того, что мочевина может быть использована как удобрение, ее также активно применяют как средство борьбы с вредителями:

— после установления тёплых дней (при среднесуточной температуре воздуха + 5°C и выше, но до начала пробуждения почек) для борьбы с вредителями, находящимися ещё в стадии зимовки: тля, медяницы, долгоносики, яблоневый цветоед. Используют опрыскивание концентрированным раствором мочевины (500 — 700 г на 10 л воды). Такая обработка делается в том случае, если в предыдущем году было много вредителей.

а также как средство для защиты растений от болезней, таких как: монилиальный ожог , пурпуровая пятнистость и парша.

— опрыскивания мочевиной можно проводить осенью, в начале листопада 5% раствором (500 г.) рекомендуется опрыскивать яблони, у которых листья сильно поражены паршой. Мочевина, проникая внутрь листьев, снижает способность возбудителя образовывать плодовые тела, которые вызывают первичное заражение яблони в ранне-весенний период. Допускается вместо опрыскивания листьев на деревьях производить обработку опавших листьев яблони 7% раствором мочевины (700 г.) или осенью после листопада или рано весной до начала распускания почек. На каждые 10 кв. м. расходуется 2,5 литра раствора.

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 образуется при взаимодействии диоксида углерода 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

В целом мочевина 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 гарантировать, что азот не теряется 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.

Как быстро удобрения на основе мочевины становятся доступными для растений? | Home Guides

Мочевина обеспечивает рентабельный способ добавить в вашу почву важное питательное вещество: азот. Мочевину, которую часто продают в виде гранул, которую вы рассыпаете по саду и двору, чтобы стимулировать цвет и рост растений, необходимо поливать или обрабатывать почву в течение двух дней, чтобы растения могли получить доступ к как можно большему количеству азота.

Как работает мочевина

Растения не могут есть мочевину в том виде, в каком вы ее разложили по двору. Вместо этого заводы используют побочные продукты, образующиеся, когда мочевина начинает разлагаться. Мочевина сначала распадается на аммоний, а затем превращается в нитрат. Этот распад начинается сразу после внесения мочевины, поэтому вы должны работать быстро, чтобы внести ее в почву, желательно в течение двух дней. Аммоний может выделяться в виде газа, если гранулы лежат на поверхности, уменьшая количество материала, который превращается в полезный нитрат в почве.

Добавление мочевины

Когда вы ожидаете дождя в течение следующего дня или около того, нет необходимости вносить удобрения в почву. Он смывается с почвой вместе с дождем, а влага помогает активировать химический процесс, который превращает мочевину в азотистое соединение. Этот процесс начинается через два-четыре дня после того, как мочевина коснется почвы, в зависимости от влажности почвы и pH. Если в прогнозе нет дождя, полейте мочевину в почву с помощью разбрызгивателей или превратите ее в верхний дюйм почвы с помощью шпателя.

Как долго это работает

Азот из мочевины остается в почве до тех пор, пока растения не израсходуют его или не выщелачиваются водой. Время, в течение которого она доступна, зависит от того, сколько растений питает мочевина и сколько осадков выпадает в данной местности. Даже если некоторое количество останется в почве, когда вы будете готовы добавить больше удобрений, этого может быть недостаточно для поддержки растений в следующем сезоне. Проверка уровня азота с помощью наборов для самопроверки позволяет узнать, когда пора добавить больше мочевины.

Почему важен азот

Азот помогает многим растениям дать толчок в течение их цикла роста, помогая им развивать более сильные клетки для фотосинтеза. Он также помогает производить и хранить белки, необходимые для выживания растений. У многих растений он помогает развить темно-зеленый цвет, признак того, что фотосинтез работает хорошо. Когда листья начинают желтеть, это может быть связано с недостатком азота.

Альтернативы фосфатным удобрениям | Home Guides

Фосфор — это лишь одно из питательных веществ, необходимых растениям для поддержания здорового и сильного роста.Это также одно из химических веществ, связанных с удобрениями, которые содержатся в стоке воды, что способствует загрязнению озер и грунтовых вод. В густонаселенных районах вероятность загрязнения воды выше, чем в сельскохозяйственных районах, поскольку улицы направляют сток, не фильтруя его через почву. Ограничьте использование удобрений на лужайке и в саду, если только питательные вещества не нужны из-за плохих почвенных условий, и в этом случае вы можете попробовать альтернативы фосфорным удобрениям.

Тестирование

Первый и лучший способ успешного внесения удобрений — это проверить почву на наличие питательных веществ. Вы можете использовать имеющийся в продаже набор для тестирования почвы или получить набор для отбора проб в Калифорнийской кооперативной службе распространения знаний для тестирования почвы. При использовании службы расширения всегда убедитесь, что они предоставят интерпретацию результатов. Они берут плату за испытание почвы. Следуйте инструкциям к набору для тестирования почвы, чтобы получить точные результаты.Тест скажет вам, нужно ли вам добавлять в почву фосфаты и другие питательные вещества.

Навоз

Навоз, например, кролик, утка и курица, содержит почти столько же фосфора, сколько неорганические удобрения. Общее количество фактически зависит от рациона животных. Корм для животных с добавлением фосфора увеличивает содержание фосфатов в отходах животноводства. Удобрения лучше всего смешивать с почвой. Это предотвращает прямой сток, потерю питательных веществ в окружающей среде и привлечение мух.Навоз быстро разлагается в почве в зависимости от температуры, влажности и кислотности почвы.

Костная мука

Костная мука создается путем пропаривания костей животных с последующим их измельчением. Это не полноценное удобрение, но оно с высоким содержанием фосфора — от 10 до 13 процентов. Это приносит пользу растениям, помогая производить семена и рост корней. Костная мука считается удобрением с медленным высвобождением, так как требуется время, чтобы расщепить питательные вещества для использования растениями.

Компосты

Компост приносит пользу почве, но не содержит значительного количества фосфатных микроэлементов.Основными питательными веществами в растительных отходах являются углерод и азот. Компост также улучшает текстуру почвы, поэтому песчаная почва становится более твердой, а глинистая — менее липкой. Добавьте компост в почву, если анализ почвы показывает, что уровень фосфатов находится в пределах нормы. В противном случае не используйте компост как источник фосфора.

Ссылки

Биография писателя

Карен Картер три года проработала специалистом по технологиям в системе государственных школ, и ее тексты опубликованы в «Willapa Harbour Herald» и «Rogue College Byline».Она получила степень бакалавра гуманитарных наук из Rogue Community College с сертификатом в области компьютерных информационных систем.

Удобрения на основе мочевины — обзор

4.1.1 Влияние азотных удобрений на биоразнообразие почвы

Бактериальное разнообразие — Азотные удобрения могут повлиять на почвенные бактерии разнообразие непосредственно за счет изменения химического состава почвы.При внесении высоких доз аммонийные и мочевинные удобрения 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 ⁺ , которые выделяют ионы H ⁺ при окислении и снижают 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 бактериальные сообщества почвы (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), где 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, кроме 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 P 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 пастбищных угодьях, где поступление азота обычно снижает разнообразие растительного сообщества, способствуя развитию быстрорастущих видов, усваивающих питательные вещества (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). Требуется дополнительная работа, 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 уменьшают 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 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 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. Увеличение поступления 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.

Границы | 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 утилизация 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), что потенциально позволяет 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 будущем 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 которое приходится более 70% мирового использования удобрений) (IFA, 2018), и его синтез потребляет CO ₂ (производство является хорошо отлаженным процессом CCU). Обычное производство обычно осуществляется 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 модернизация для увеличения выхода H ₂ и образования CO ₂ (уравнение 2).После удаления CO ₂ , H ₂ затем реагирует с N ₂ (полученный 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 воду (уравнение 5) через процесс 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 в результате проскока метана во время сгорания / риформинга.

Эти процессы являются технологически зрелыми и десятилетиями оптимизировались, что привело к соответственно минимизированным капитальным и эксплуатационным затратам. Более того, они получают дополнительную выгоду от эффекта масштаба, поскольку производство, как правило, имеет огромные масштабы. Однако важно отметить, что анализ OPEX 116 заводов по производству аммиака, проведенный Boulamanti и Moya (2017), показал, что стоимость ископаемого топлива была самым большим фактором, влияющим на общую стоимость производства.Это сбивает с толку, поскольку запасы ископаемого топлива как конечны, так и географически ограничены, а постепенное истощение, несомненно, снизит надежность поставок (например, снижение доступности, увеличение 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), работающим на избыточной возобновляемой энергии, может генерировать H ₂ без ископаемого сырья и связанных с ним выбросов CO ₂ . После дальнейшей обработки этого H _-2 до 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 энергозатратами. Сочетание электролиза на возобновляемых источниках энергии и синтетического пути, описанного Barzagli et al.(2011) может производить удобрение на основе мочевины с пониженными энергетическими, финансовыми и экологическими затратами, именуемое здесь « Голубая мочевина» (из-за электролитического происхождения H ₂ ).

Поскольку в этой концепции Blue Urea используются экологически чистые ресурсы (например, H- ₂ O, N ₂ и CO ₂ ), процесс менее ограничен географически, 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 для местных фермерских хозяйств. 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 ходе 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).

Прицел

Однако те же исследования, приведенные выше, также подчеркивают необходимость дальнейшего развития с целью повышения технической и экономической жизнеспособности таких процессов.Точно так же, даже с многочисленными очевидными преимуществами, 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, повышение стоимости энергии означает, что Blue Urea изо всех сил пытается в финансовом отношении конкурировать с обычным карбамидом, полученным из ископаемого топлива. 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 накопления энергии, что требует, чтобы процессы в высокой степени реагировали на изменения на входе. 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 протестирована 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 4000–400 см, ^–1 , выполнялись 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. Следовательно, 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 компрессионных фитингов из нержавеющей стали с внутренней трубкой размером 9.Внутренний диаметр 4 мм (D _и ) 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, компонент NH ₃ прореагировал с образованием сульфата аммония [(NH ₄ ) ₂ SO ₄ , AS] или нитрата ( NH ₄ NO ₃ , AN), соответственно (которые выпаривали и сохраняли 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 работу однотрубного реактора с заданными размерами.В таком случае увеличение производства сводится просто к 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 _и ) 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 были остановлены и продолжалась непрерывная фильтрация растворителя в течение короткого времени 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).

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

Синтез мочевины

Последним 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 съемным стеклянным вкладышем, в который взвешивали карбамат и добавляли магнитную мешалку. Коммерческий карбамат использовался в качестве стандартизованного 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).

Применение

Синтезированный выше Blue Urea был затем изучен 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 подготовили в лотки (площадью 700 см, ² и объемом 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.

Посадку и выращивание проводили в теплице с дневной температурой от 15 до 20 ° C. Продолжительность дня в 16 часов была достигнута при дополнительном освещении (CDM-TP MW 315W / 942, Philips Lighting) для достижения общего уровня освещения 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. Обработку обрабатывали путем растворения удобрения в водопроводной воде (1 л), помещенной в отдельные стоячие поддоны с нижней подачей. Через 2 часа добавляли дополнительное количество воды (1 л), после чего дерн регулярно поливал, 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).

Нулевые гипотезы исследований роста включали следующее:

(i) Нет 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) Нет разницы в эффективности дополнительного азота, обеспечиваемого Blue Urea на травяном покрытии, 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 исходного 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 доводили до молярного отношения H ₂ : N ₂ 2,8: 1, начиная образование NH ₃ ( т = 0,8 ч). . После этого условия были зафиксированы, и вскоре установился стационарный режим ( t = 2 часа) до тех пор, пока эксперимент не был остановлен ( t = 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} ), скорость потока исходного 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, температура в реакторе должна была иметь решающее значение 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 установившееся значение на входе в реактор 124 бар (для заданного значения 120 бар). Во время запуска перепад давления (ΔP) в слое катализатора значительно колебался и составлял максимум 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 нагревания под N ₂ .Поскольку лимитирующая стадия этого синтеза обычно принимается как диссоциация N ₂ , это первоначально позволяло быструю реакцию, прежде чем истощение этих частиц замедлило скорость. По мере того как количество адсорбированных N и H уравновешивается, образование NH ₃ соответственно возрастает 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 установившегося состояния в течение ~ 2 часов. Это выгодно для концепции Blue Urea из-за быстротечности возобновляемых источников энергии (например, энергии ветра), что означает, что этот процесс может гибко управляться в зависимости от наличия возобновляемой энергии.

Синтез карбамата аммония

Первоначально изучали ход 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. Напротив, 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). Следовательно, влияние объема растворителя было исследовано с помощью экспериментов с немного отрегулированными 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 фиг. 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), предполагая, что реакция массопереноса ограничивалась H / D _i < 4.Этот результат дает 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 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).Чтобы исследовать влияние температуры, эксперименты были проведены, 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 в верхней части, 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 давления (A) , температуры (B) , времени реакции (C) и плотности 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. Мессен (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 свободна 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

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 всхожесть 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 рассады, 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 контролем 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, то 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-й 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 (Тест Стьюдента t — 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 дополнительное количество азота, обеспечиваемое мочевиной, урожайность сельскохозяйственных культур 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 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 обеспечения электролитического производства H ₂ . После последующей реакции с образованием NH ₃ водная реакция с уловленным 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 , является эффективным 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 Blue Urea . После дальнейшей обработки этот продукт был проанализирован с помощью FTIR и оказался свободным от примесей, что свидетельствует о химической чистоте синей мочевины , синтезированной в этих условиях. Затем этот Blue Urea применяли 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, доступного 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.

Авторские взносы

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 воздействия 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

Заявление, М. (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

Буламанти, А., Мойя, Дж. А. (2017). Себестоимость продукции 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., Беннетт, 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

Ни З., Ким Э. Д. и Чен Дж. (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. В. и Земанн Дж. Р. (1987). Эффективность использования азота для растений C ₃ и C ₄ . Plant Physiol. 85, 355–359. DOI: 10.1104 / стр.85.2.355

CrossRef Полный текст | Google Scholar

Стюарт, У. 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.).

Мочевина

МОЧЕВА (46% N)

Удобрения содержат три основных питательных вещества: азот (N), фосфор (P) и калий (K). Азот поддерживает вегетативный рост. Фосфор улучшает корни и цветение. Калий усиливает устойчивость к воздействиям окружающей среды, от экстремальных температур до нападений вредителей.

Мочевина — самое важное азотное удобрение на рынке с самым высоким содержанием азота (около 46 процентов).Это белое кристаллическое органическое химическое соединение. Мочевина имеет нейтральный pH и может адаптироваться практически ко всем типам почв. Это продукт жизнедеятельности, который образуется естественным путем в результате метаболизма белка в организме человека, а также других млекопитающих, земноводных и некоторых рыб. Мочевина широко используется в сельском хозяйстве как удобрение и кормовая добавка для животных.

Основная функция удобрения на основе мочевины — обеспечивать растения азотом, способствуя росту зеленой листвы и придавая растениям пышный вид. Мочевина также способствует процессу фотосинтеза растений.Поскольку удобрения на основе мочевины могут обеспечивать только азот, а не фосфор или калий, они в основном используются для роста цветков.

Преимущества мочевины удобрений

• Высшее содержание азота
• Низкая себестоимость продукции, так как источник натуральный
• Невоспламеняющееся и безопасное хранение
• Широкий диапазон применения, для всех типов культур и почв
• Нейтральный pH, безвреден для сельскохозяйственных культур и почвы

Как использовать удобрение на основе мочевины?

• Мочевину следует вносить во время посева.Он не должен контактировать с семенами. Также может применяться в качестве подкормки.
• Поскольку мочевина имеет высокую концентрацию азота, перед нанесением ее следует использовать в сочетании с землей или песком.
• Мочевину не следует применять, если почва содержит свободную воду или может оставаться влажной в течение трех или четырех дней после нанесения.

Советы по смешиванию мочевины с другими удобрениями

Мочевина легко смешивается с моноаммонийфосфатом (MAP) или диаммонийфосфатом (DAP).Однако мочевину нельзя смешивать с суперфосфатом, если она не применяется сразу после смешивания, поскольку мочевина вступает в реакцию с суперфосфатом, высвобождая молекулы воды. В результате образуется влажный материал, который трудно хранить и наносить.

Спецификация гранулированной мочевины

Общие условия продажи

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

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 бесплатному еженедельному вебинару

Нажмите кнопку, и наш чат-бот поможет вам зарегистрироваться

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.

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).

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

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).

Легко составьте план внесения удобрений с помощью нашего программного обеспечения

Начните использовать и увеличьте урожай до 40%

Как упоминалось выше, слишком много мочевины и, как следствие, слишком много азота может 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% на удобрениях
• Исчерпывающие данные по сотням сортов сельскохозяйственных культур
• Интерпретирует результаты тестов для любого метода экстракции

Попробовать 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!