Зачем сельскому хозяйству так много минеральных удобрений?

Минеральные удобрения – одна из важных статей экспорта России: в 2024 году мы продали другим странам более 40 миллионов тонн этого продукта. И перспективы в этой отрасли у нашей страны, уже сейчас являющейся одним из мировых лидеров по производству удобрений, тоже прекрасные: минеральных удобрений мировому сельскому хозяйству требуется все больше и больше. Но почему? На старте нового сельскохозяйственного сезона «ПОИСК» решил рассказать о том, почему спрос на удобрения растет, какие их виды наиболее востребованы сегодня на мировом рынке, и какая сырьевая база обеспечивает лидерство России в этой сфере.

Почему сельское хозяйство не может без удобрений?

За прошедший 2024 год российские аграрии применили на полях 3,6 миллиона тонн минеральных удобрений, а в мире в последние пять лет используется по 190-200 миллионов тонн удобрений ежегодно. Почему так много?

Как известно, сельскохозяйственные культуры, особенно их современные, высокопродуктивные гибриды и сорта, очень требовательны к питанию. Каждый сезон они забирают из почвы большое количество жизненно важных для растений элементов, в первую очередь азота, фосфора и калия, в результате чего формируется их дефицит. В природных условиях происходит регулярное поступление органических остатков на поверхность почвенного слоя, а живущие в нем организмы перерабатывают их, восполняя запас питательных веществ. Но на сельскохозяйственном поле все иначе: почвенная биота страдает из-за применения тяжелой техники и пестицидов, а большая часть зеленой массы – урожай, стебли и листья – изымается из оборота в конце сезона. Необходимые элементы в итоге выпадают из круговорота, и чтобы получать стабильно высокие урожаи, аграрии вынуждены искусственно поддерживать в почвенном слое нужный уровень азота, фосфора и калия. Почему же они так важны?

Азот, фосфор, калий: для чего они нужны растениям?

Эти вещества входят в состав клеток и тканей растений, белков, аминокислот и ферментов. Без базовых элементов невозможны обменные процессы, вегетация, цветение и плодоношение растений, поэтому их недостаток неизбежно приводит к отставанию в росте и потере части урожая.

• Азот. Этот элемент входит в состав зеленого пигмента хлорофилла, и его наличие критически важно на стадии активного роста и набора зеленой массы, поэтому он в первую очередь нужен молодым растениям. Основной источник азотсодержащих веществ в дикой природе – это отмершая органика: растения и животные содержат в клетках белки, аминокислоты, нуклеиновые кислоты и другие соединения, в состав которых входит азот. Еще один вариант – это использование атмосферного азота, который прямо из воздуха могут усвоить азотфиксирующие бактерии, живущие в симбиозе с бобовыми растениями. А агрономы в качестве минеральной подкормки применяют доступные для растений водорастворимые азотсодержащие вещества. Например, соли аммония, такие как сульфат аммония, хлорид аммония, нитрат аммония, а также нитраты – соли азотной кислоты, такие как нитрат калия, нитрат кальция, нитрат натрия.

• Фосфор. Фосфор в первую очередь нужен для развития полноценной корневой системы, а также для процессов фотосинтеза и дыхания, поэтому активное поглощение этого элемента идет на начальной стадии развития растения. Источник фосфора для растений в дикой природе – это соли ортофосфорной кислоты, которые попадают в почву из органических остатков, а также из минералов и горных пород. А в качестве искусственных подкормок для растений используются суперфосфат, двойной суперфосфат, фосфоритная мука, а также аммофос – комплексное удобрение, содержащее и фосфор, и азот.
• Калий. Калийное питание особенно важно на стадии плодоношения растения: этот элемент повышает урожайность, способствует накоплению крахмала и сахаров в плодах и семенах. Поэтому дефицит калия прежде всего сказывается на продуктивности сельскохозяйственных культур и на общем качестве плодов, а это не только вкус и сладость, но и длительность хранения. Источником калия в природе тоже служат органические остатки, но в большей мере – минеральные вещества из почвы, в которых есть необходимые растениям водорастворимые соли калия: сульфат калия, калиевая селитра, хлористый калий, различные фосфаты калия. Ну а аграрии чаще всего используют их аналоги, получаемые из полезных ископаемых.

Кроме базовых азота, фосфора и калия растениям нужны еще марганец, сера, бор, медь, магний, железо, цинк и другие элементы, но, в гораздо меньшем количестве. Для того чтобы узнать, какие элементы в почве в дефиците и сколько их нужно внести, специалисты проводят агрохимический анализ почвы. Пробы отбирают по специальной схеме в нескольких местах исследуемого поля, а затем в лабораторных условиях определяют содержание доступных питательных веществ. Чтобы составить схему внесения удобрений, агрономам нужно учитывать еще один важный фактор: это потребность самих растений в базовых элементах.

Сколько минеральных веществ потребляют разные растения?

Все растения отличаются своими требованиями, для примера приведем усредненные данные по некоторым распространенным культурам и количеству базовых веществ, которые они забирают из почвы, чтобы дать нам урожай.

Из таблицы видно, что гречиха потребляет больше питательных элементов, чем пшеница, но при этом урожайность с гектара у этой культуры обычно ниже в 2-3 раза. Это отчасти объясняет тот факт, что она не очень популярна в мире, а особенно в Европе, где не так много земли для посевов. Исключением является Франция, где гречиху очень любят и выращивают, ну а массовое распространение эта культура получила в России, в Казахстане и на Украине, а также в Китае, где, кстати, впервые начали выращивать этот вид зерновых 5-6 тысяч лет назад.

Интересно, что зернобобовые культуры потребляют очень много азота – в среднем 61,7 кг на тонну зерна, а для сои этот показатель даже достигает 100 кг. Но эти растения получают 60 % необходимого им азота от своих «друзей» – азотфиксирующих бактерий, поэтому людям приходится вносить азота в почву не так много. И к тому же 25 % от того азота, что усвоили бактерии, сохраняется в корневой системе и в итоге остается на поле, служа питанием для растений следующего сезона. Получается, что бобовые – это сплошная польза, и для почвы, и для аграриев.

А когда люди начали использовать удобрения?

О том, что растения дают больший урожай при внесении в почву различных добавок, догадались еще агрономы Древнего мира: фермеры Месопотамии, Китая и Египта применяли на полях водоросли, рыбные остатки, навоз животных и речной ил. Известно, что в Древней Руси тоже применяли органику животного происхождения, а также древесную золу – ценный источник калия, которого в ней около 10%. В сельском хозяйстве до сих пор активно применяют органические удобрения, в том числе перегной и солому.

Научные исследования в сфере применения минеральных неорганических удобрений появились во второй половине XVIII века, и уже в XIX веке в европейских странах применяли фосфорные и азотные минеральные удобрения, а в России использовали фосфоритную муку, получаемую из фосфатов.

Но по-настоящему масштабное применение минеральных удобрений началось на рубеже XIX-XX веков, в период технологической революции. Перед сельским хозяйством встала задача повышения продуктивности, которая решалась за счет внедрения как новой техники, так и минеральных удобрений, в разы увеличивавших урожайность культур. Благодаря развитию химической промышленности в мире научились синтезировать аммиак, получать калийные и фосфорные удобрения из полезных ископаемых. К середине ХХ века минеральные удобрения сильно потеснили органические, ведь их можно было производить в больших объемах, удобно хранить, использовать и транспортировать на большие расстояния.

Сколько удобрений потребляет мир сегодня?

Самые крупные потребители удобрений в мире – это страны с развитым сельским хозяйством и большой площадью пахотных земель. И вот как выглядит десятка стран-лидеров по потреблению удобрений согласно статистическим данным за 2022 год.

Больше всего минеральных удобрений в мире, почти половину от общего количества, потребляют производители пшеницы, риса и кукурузы. А каких удобрений используется больше всего? Если ориентироваться по аграрному сезону 2021-2022 годов, то лидируют азотные удобрения – 56 % от общего количества. Фосфора и калия существенно меньше, по 24 % и 20 % соответственно. Это объясняется тем, что азота требуется больше, он быстрее расходуется растениями и по этой причине на мировом рынке на него всегда стабильно высокий спрос.

Какие страны производят и экспортируют удобрения?

Страны-лидеры по производству минеральных удобрений на планете по данным за 2022 год – это, прежде всего, Китай, который производит около 30% всех удобрений в мире, за ним идут США с 13 %, Россия с 12 %, а также Индия с 10 % рынка и Канада, производящая 9 % мировых объемов удобрений.

Но вот лидером по экспорту минеральных удобрений является Россия, потому что США и Китай, да и остальные страны-производители, потребляют основной объем внутри своих стран. По данным Российской ассоциации производителей удобрений, наша страна в минувшем 2024 году экспортировала более 40 миллионов тонн удобрений, основная часть которых отправилась в Бразилию, Индию и Китай.

Откуда Россия берет сырье для производства удобрений?

Производство минеральных удобрений – это отрасль химической промышленности, и каждая группа удобрений имеет свое исходное сырье и технологию производства.

• Азотные удобрения. Основная технологическая цепочка по их производству начинается с синтеза аммиака, для которого исходным сырьем служат азот из атмосферного воздуха и водород. Водород получают двумя путями: или из природного газа, крупнейшие месторождения которого находятся в Ямало-Ненецком автономном округе, или из коксового газа – продукта, получаемого при коксовании каменного угля для черной металлургии. Сырьевая база коксующегося угля – это, прежде всего, Печорский, Кузбасский и Южно-Якутский угольные бассейны (в состав последнего входит крупнейшее в России Эльгинское месторождение). Из аммиака на производстве получают азотную кислоту и конечные продукты – удобрения: карбамид (мочевину), нитрат аммония (аммиачную селитру) и сульфат аммония.

• Фосфорные удобрения. Сырьем для производства этого вида удобрений как в мире, так и в России служат фосфоритовые и апатитовые руды. В нашей стране львиная доля добычи фосфора сосредоточена на уникальных Хибинских месторождениях в Мурманской области, рудники которых дают 99 % всего российского фосфора. Здесь ведется добыча апатит-нефелиновых руд, из которых выделяют фосфорсодержащие минералы: апатит и нефелин. На основе этого фосфорсодержащего сырья получают удобрения: суперфосфат, тройной суперфосфат, диаммонийфосфат и моноаммонийфосфат.

• Калийные удобрения. Их производство в России основано на добыче природного сырья – калийсодержащих руд. Основной источник сырья на сегодняшний день – это рудники богатейшего Верхнекамского месторождения с калийно-магниевыми солями в Пермском крае. Стены горных проходов в шахтах этих рудников настолько красивы и необычны, что их можно назвать произведением искусства, и туда даже водят туристов. Помимо уральского гиганта, сырье для калийных удобрений дает Гремячинское месторождение калийных солей в Волгоградской области. Его разработка началась только в 2016 году, и на сегодняшний день оно считается весьма перспективным. Из добываемой руды выделяют минералы сильвин и карналлит, а затем из них получают удобрения: хлористый калий и калимагнезию, которая, помимо калия, содержит еще и полезный магний. Хлористый калий – это 98% всех производимых в России калийных удобрений и основа экспорта. Благодаря уникальной сырьевой базе наша страна не только обеспечивает все свои внутренние потребности в сырье, но и занимает 18 % мирового рынка калийных удобрений, по данным за 2023 год.

Минеральное будущее планеты

Население Земли продолжает расти и, по прогнозам ООН, к 2050 году на нашей планете будет жить 9,8 миллиардов человек. Почти все пригодные для сельского хозяйства земли уже введены в оборот, поэтому дополнительные объемы продовольствия можно получить только за счет улучшения агротехники, применения урожайных сортов и гибридов, а также минеральных удобрений. Эксперты прогнозируют рост производства и экспорта всех групп удобрений в России по итогам 2025 года: богатейшая минерально-сырьевая база и развитая химическая промышленность обеспечили нашей стране устойчивое лидерство в этой сфере.

Ольга Фролова

Изображение на обложке: Freepik