Ugrás a tartalomhoz

Agrokémia és növényvédelmi kémia

Loch Jakab – Nosticzius Árpád

Mezőgazda Kiadó

3. fejezet - Műtrágyák

3. fejezet - Műtrágyák

A műtrágyák a növények táplálására alkalmas anyagok, amelyek a természetben előforduló nyersanyagokból (pl. a levegő nitrogénje, nyersfoszfátok, nyers kálisók) kémiai szintézissel vagy átalakítással készülnek. A műtrágya megjelölés tehát csak az előállításukra utal, egyébként nem természetidegen anyagok.

A műtrágyákat, összetételük alapján, az alábbi csoportokba oszthatjuk:

Egyszerű műtrágyák, amelyek a három fő tápelem közül csak egyet tartalmaznak, (nitrogén-, foszfor- és káliumtrágyák). Ezeket egyedi műtrágyáknak is nevezik. Összetett és kevert műtrágyák, amelyek legalább két, esetenként több tápelemet is tartalmaznak. Az összetett műtrágyák kémiai szintézissel készülnek, bennük a tápelemek azonos vegyületben vannak jelen (pl. ammónium-foszfátok). A kevert műtrágyákat egyszerű műtrágyák vagy egyszerű és összetett műtrágyák keverésével állítják elő.

A műtrágyák szilárd vagy folyékony halmazállapotúak lehetnek. Megkülönböztetünk ezen kívül makro-, illetve mikroelemtrágyákat is. A több tápelemet tartalmazó műtrágyák megjelölésére használják a komplex műtrágya megnevezést is. Ide tartoznak az összetett, kevert és tágabb értelemben a többkomponensű folyékony műtrágyák, valamint a makro- és mikroelemeket is tartalmazó műtrágyák.

Nitrogénműtrágyák

A szilárd halmazállapotú nitrogénműtrágyák csoportjai:

• ammóniumsók,

• fémnitrátok,

• amid nitrogént tartalmazó műtrágyák.

A felsorolt vegyületekből folyékony műtrágyák is készíthetők.

Ammóniumsók

Az ammóniumsókat ammóniából és különböző szervetlen savakból állítják elő. Az előállításhoz felhasznált sav nagymértékben meghatározza a műtrágya tulajdonságait és felhasználási területét. Az ammóniumsók savanyítják a talajt. Savanyító hatásuk azon alapszik, hogy savanyúan hidrolizálnak, és nitrifikációjuk során H+-ionok képződnek a talajban. Az ammónium-szulfát és ammónium-klorid fiziológiás kémhatása is savanyú.

Ammónium-nitrát, NH4NO3

A legelterjedtebben használt nitrogénműtrágya. Előnyös tulajdonsága, hogy a nitrogént kb. fele-fele arányban ammónium-, illetve nitrátion formájában tartalmazza. Mivel a növény mindkét iont hasznosítja, a talajban nem marad kedvezőtlen hatású kísérő ion. Alap- és fejtrágyaként egyaránt használható.

A tiszta ammónium-nitrát elméleti nitrogéntartalma 35%. Az ipari termék hatóanyagtartalma 34 ± 0,3%.

Az ammónium-nitrát gyártása az alábbi kémiai reakción alapszik:

NH3 + HNO3 = NH4NO3 –145,5 Kj.

A reakció oldatban játszódik le, ebből a termék bepárlás után kristályosítással nyerhető ki. A műtrágya minőségét, higroszkóposságát a hűtés sebessége határozza meg, mivel különböző hőmérsékleten többféle kristálymódosulatban kristályosodhat:

169,6 – 125,2 °C szabályos,

125,2 –  84,2 °C tetragonális,

 84,2 –  32,3 °C ß-rombos,

 32,3 – –16,9 °C ∝-rombos,

 32,3 – –16,9 °C alatt tetragonális.

Gyors hűtéssel elérhető, hogy a kristályosodás folyamatában a kedvezőbb tulajdonságú, kevésbé higroszkópos α-rombos módosulat képződjön.

A gyors hűtés hűtőtornyokban valósítható meg. A betöményített, forró, 95–96%-os oldatot 40–60 m magas tornyok felső részén elhelyezett, lyuggatott forgókosárba vagy centrifugára adagolják, amely cseppek alakjában szétszórja. A toronyban lehulló cseppek ellenáramú hideg levegővel érintkeznek, és mire a torony aljára érnek, szemcsékké dermednek.

A terméket 0,5% nedvességtartalom eléréséig szárítják, a nitrogénveszteség elkerülésére 75 °C alatt.

Az ammónium-nitrát utókezelése: a műtrágya higroszkópossága miatt vízfelvételre hajlamos, ennek következtében a műtrágyában átkristályosodás indul meg, és a szemcsék összetapadnak. A tapadás csökkentésére a szemcséket védőréteggel vonják be. Az ammónium-nitrátot korábban higroszkópossága és robbanási hajlama miatt nem hozták tisztán forgalomba, csak kettős sók és keverékek formájában.

A műtrágya 170 °C felett robbanásszerű hevességgel bomlik. A bomlást kloridionok és szerves anyagok katalizálják. A műtrágyát éppen ezért tárolás közben óvni kell a hőhatásoktól és attól, hogy szerves anyaggal (pl. szalma) érintkezzen. Az ammónium-nitrátot műanyag zsákokban hozzák forgalomba, ezekből legfeljebb hat réteg helyezhető egymásra, mivel a vegyület ütésre és nyomásra is robbanhat. Az ammónium-nitrát ipari robbanóanyag.

Mészammon-salétrom, NH4NO3 + CaCO3

A mészammon-salétrom ammónium-nitrát és mészkőpor keveréke. A kalcium-karbonát hozzákeverése a következő előnyökkel jár:

• csökkenti a termék robbanási veszélyét (inert anyag),

• csökkenti a műtrágya higroszkóposságát,

• mérsékli a műtrágya savanyító hatását.

A mészammon-salétrom hatóanyag-tartalma az ammónium-nitrát és kalcium-karbonát keverésiarányától függ. Régebben több kalcium-karbonát hozzákeverésével kisebb hatóanyag-tartalmú műtrágyát gyártottak, ma már 25–28% nitrogéntartalommal állítják elő. A Péti Nitrogénművek terméke a Pétisó, hatóanyag-tartalma 25%. Kazincbarcikán, a Borsodi Vegyikombinátban, mészkő helyett dolomitot használtak adalékként. A műtrágyát Agronit néven hozták forgalomba. Nitrogéntartalma 28%, magnéziumtartalma 2%. (A magnéziumtartalom csak savanyú közegben oldódik.)

A mészammon-salétrom legegyszerűbben mészkőliszt és a 95%-os ammónium-nitrát-oldat összekeverésével, a keverék szárításával, aprításával állítható elő. A korszerűbb gyártástechnológiában a forró keveréket cseppentőtoronyban dermesztik. Gyors hűtés hatására az α-módosulat képződik.

A műtrágya tapadása kisebb, mint az ammónium-nitráté, mégis a készterméket mészkőliszttel vagy kovafölddel púderezik.

A mészammon-salétrom egyik legfontosabb nitrogénműtrágyánk, alap- és fejtrágyaként egyaránt használható.

Ammónium-szulfát-nitrát, 2NH4NO3 · (NH4)2SO4

Külföldön az ammónium-nitrát higroszkóposságának csökkentésére kettős sókat állítanak elő. Ilyen az ammónium-nitrát ammónium-szulfát kettős só is. Nitrogéntartalma legalább 26%.

Ammónium-szulfát, (NH4)2SO4

Az ammónium-szulfát felhasználása hazánkban és világszerte is nagymértékben csökkent. Savanyító hatása nagyobb mértékű, mint az ammónium-nitráté, mivel a nitrogén teljes mennyisége ammóniumion formájában van jelen, és fiziológiás kémhatása is savanyú. Használata csak lúgos kémhatású talajokon javasolható, alaptrágyaként. A rizstermesztésben használják.

Elméleti nitrogéntartalma 21,1%. A kereskedelmi termék a gyártástechnológiától függően 20–21% nitrogént tartalmaz. Előállítása a következő reakcióegyenleten alapszik:

2 NH3 + H2SO4 = (NH4)2SO4 –283 kJ/mol.

A gyártáshoz szükséges ammóniát napjainkban szinte kizárólag szintetikus úton állítják elő. Korábban a kokszgyártás melléktermékeként keletkező NH3 gázt is felhasználták tisztítás után. Az ammóniát 75–78%-os kénsavban nyeletik el. Az ammónium-szulfát-tartalmú oldatot bepárolják. A terméket kikristályosítják, szárítják.

Fémnitrátok

A műtrágyáknak ebbe a csoportjába a nátrium-nitrát és kalcium-nitrát tartozik. Viszonylag kisebb hatóanyag-tartalmuk miatt gyártásuk és felhasználásuk erősen csökkent, pedig fiziológiásan lúgos kémhatásuk következtében – különösen savanyú talajokon – előnyösen használhatók. Fontos még a kálium-nitrát, amit az összetett műtrágyák között tárgyalunk.

Nátrium-nitrát, NaNO3

A nátrium-nitrátot a chilei salétromból állítják elő, a kísérősókat leválasztva. A nyerstermék tisztítására több eljárást dolgoztak ki. Ezek közös vonása, hogy különböző hőmérsékletű vízzel oldják ki a sótartalmat, és átkristályosítással nyerik ki a tiszta nátrium-nitrátot. A termék általában 95–96% nátrium-nitrátot tartalmaz, nitrogéntartalma 16%.

A nátrium-nitrát vízben jól oldódó műtrágya. Egyes országokban a répafélék trágyázására alkalmazzák. Hazánkban nem használják.

Kalcium-nitrát, Ca(NO3)2

A műtrágya kalcium-karbonátból és salétromsavból, az alábbi reakcióegyenlet szerint állítható elő:

2 HNO3 + CaCO3 = Ca(NO3)2 + CO2 + H2O.

Gyártását a századfordulón Norvégiában kezdték: a műtrágyát Norge-salétrom néven hozták forgalomba.

A gyártástechnológia egyik legnagyobb problémája, hogy a kalcium-nitrát rosszul kristályosodik. A kalcium-nitrát különböző kristályvíztartalommal kristályosodhat, és ennek megfelelően nitrogéntartalma változó:

H2O% N%

Ca(NO3)2·4H2O 30,5 11,9

Ca(NO3)2·3H2O 24,8 12,9

Ca(NO3)2·2H2O 18,0 14,0

A kalcium-nitrát kristályosodása elősegíthető kevés ammónium-nitrát hozzáadásával. Hatására jól kristályosodó és kezelhető termék keletkezik, amely 15,5% nitrogént, 28% kalcium-oxidot és 13% vizet tartalmaz. Ez a víztartalom Ca(NO3)2·1,5 H2O összetételnek felel meg.

Hazánkban a kalcium-nitrát a nyersfoszfátok salétromsavas feltárása során melléktermékként keletkezik. A vegyület higroszkópossága és viszonylag alacsony hatóanyag-tartalma miatt műtrágyaként nem terjedt el. A kalcium-nitrát egyébként jó fejtrágya, és talajtrágyaként alkalmazva is kedvező hatást fejt ki, különösen savanyú talajon.

A legkoncentráltabb szilárd nitrogénműtrágya, nitrogéntartalma 46,6%. Tiszta állapotban fehér színű, higroszkópos vegyület. Vízben jól oldódik. Tulajdonságai lehetővé teszik, hogy talajtrágyaként és permetezőtrágyaként egyaránt felhasználjuk. A karbamidtermelés és -felhasználás világszerte, valamint hazánkban is ugrásszerűen növekedett az 1970-es és 80-as években.

A karbamidot napjainkban szinte kizárólag ammóniából és szén-dioxidból állítják elő, ammónium-karbamáton keresztül:

2NH3 + CO2 = NH4O · CO·NH2 –159 kJ

NH4O · CO · NH2 = NH2 · CO · NH2 + H2O 33,5 kJ

A karbamidtartalmú oldatot bepárolják, és a terméket kristályosítják vagy cseppentőtoronyban granulálják. A bepárlást vákuumban, 100 °C alatt végzik, ezzel elkerülhető a növényekre mérgező biuret képződése. A biuretképződés 100 °C felett, az alábbi egyenlet szerint megy végbe:

A szemcsézés során nem kerülhető el a biuret képződése. A kristályos karbamidot, amely nem tartalmaz biuretet, permetezőtrágyaként, a biurettartalmú, szemcsézett karbamidot pedig talajtárgyaként célszerű felhasználni. A hazai szabvány előírásai szerint legfeljebb 1–1,5% biurettartalom engedhető meg.

A karbamid is higroszkópos, de higroszkópossága kisebb, mint az ammónium-nitráté vagy a kalcium-nitráté. A szemcsés, illetve cseppentett karbamid kevésbé higroszkópos, mint a kristályos. A műtrágyát többrétegű papír- vagy műanyag zsákban hozzák forgalomba. Száraz helyen kell tárolni, és a szemcsék összetapadásának elkerülésére a zsákok legfeljebb hat rétegben helyezhetők egymásra.

Lassan ható nitrogénműtrágyák

A karbamidból különböző eljárásokkal lassan ható műtrágyák állíthatók elő. Az időben elhúzódó hatás a termék oldhatóságának csökkentésével, illetve a talajban való bomlásának, átalakulásának lassításával érhető el. Célja a növény folyamatos ellátása, a környezetterhelés csökkentése.

A lassan ható nitrogénműtrágyák három fő csoportba oszthatók:

• karbamid-aldehid kondenzátumok,

• bevonatos műtrágyák,

• inhibitoros műtrágyák.

Karbamid-aldehid kondenzátumok

Karbamidból aldehidekkel különböző kondenzációs vegyületek állíthatók elő. Ezek közül legelterjedtebb a karbamid-formaldehid kondenzátum, amely különböző márkaneven: Ureaform, Nitroform, Formurin stb. ismert. A termék oldhatósága alapvetően a karbamid-formaldehid arányától és a lánc hosszúságától függ. Lassan ható műtrágyáknak azok a vegyületek alkalmasak, amelyekben a karbamid-aldehid mólarány egynél nagyobb. A kondenzációs reakció 2:1 arány esetén, a következő reakcióegyenlettel jellemezhető:

2 NH2 · CO · NH2 + HCHO = NH2 · CO · NH · CH2 · NH · CO · NH2 + H2O

általánosságban:

(n + 1) NH2 · CO · NH2 + n HCHO = NH2(CO · NH · CH2 · NH)nCO · NH2 + nH2O.

Az n meghatározza a lánchosszúságot, számértéke 1–10 között változhat. A termékek oldhatósága függ a képződött vegyület lánchosszúságától és az aldehid minőségétől is.

A lassan ható nitrogénműtrágyák oldhatósága az ún. aktivitási indexszel jellemezhető:

A i = N h ( % ) N f ( % ) N h ( % ) .100 ,

ahol: Nh% = hideg vízben oldhatatlan nitrogéntartalom,

Nf% = forró vízben oldhatatlan nitrogéntartalom.

Minél kisebb a forró vízben oldhatatlan rész, annál nagyobb lesz az aktivitási index. Kívánatos, hogy számértéke legalább 40 legyen. Az aktivitási index kedvező esetben megközelítheti a 100%-ot.

A Budapesti Vegyiművekben Formurin-Mg néven állítottak elő karbamid-formaldehid kondenzátumot. A műtrágya nitrogéntartalma 34%, magnéziumtartalma 1,2%, aktivitási indexe legalább 45%.

Karbamid és izobutilaldehid kondenzációjával előállítható az izobutilidén-dikarbamid (IBDU) műtrágya. Hatóanyag-tartalma 32% nitrogén. Fehér, kristályos por, nem higroszkópos. Aktivitási indexe közel 100%. Isodur márkanéven is forgalmazzák (46. ábra).

46. ábra - Izobutilidén-dikarbamid (IBDU) előállítása

kepek/46abra.png


Karbamid és krotonaldehid kondenzációjával krotonilidén-dikarbamid (CDU) műtrágya állítható elő. NPK műtrágyák nitrogénkomponenseként használják, rendszerint könnyen oldható vegyületekkel keverve (47. ábra).

47. ábra - Krotonilidén-dikarbamid (CDU) előállítása

kepek/47abra.png


A karbamid-aldehid alapú műtrágyák előállítása költséges, ezért még nem terjedtek el széles körben. Elsősorban a hazánknál csapadékosabb országokban használatosak, ahol nagy a nitrogénkimosódás veszélye. Előnyösen használhatók virágkertészetben és az üvegházi termesztésben is, mivel nitrogénszolgáltatásuk folyamatos, egyenletes, és nagy adagjuk sem káros. Hazai felhasználásuk elsősorban az említett területekre korlátozódik.

Bevonatos műtrágyák

A karbamid oldhatósága csökkenthető a műtrágyaszemcsék bevonásával is. A bevonat nemcsak a műtrágya oldhatóságát csökkenti, hanem fizikai tulajdonságait is javítja (az összetapadást gátolja). A bevonás következtében a műtrágya hatóanyag-tartalma általában lényegesen kisebb, mint a tiszta karbamidé (30–36% nitrogén).

A műtrágyákat leggyakrabban:

• kénnel,

• egyéb szervetlen anyagokkal,

• különböző polimerekkel vonják be.

A bevonattal szemben támasztott követelmény, hogy az oldódást lassítsa, de ugyanakkor a víz és az oldott részek diffúzióját lehetővé tegye. A műtrágyaszemcsébe diffundáló víz hatására a karbamid oldódik, majd a talajoldathoz képest fennálló koncentrációkülönbség következtében kidiffundál. Később a hidrosztatikai nyomás hatására a szemcse felduzzad, és a pórusok kitágulnak, végül a bevonat lebomlik. A műtrágya oldódása a bevonat vastagságával szabályozható.

A bevonatos műtrágyák közül a kénbevonatos műtrágyák látszottak a legperspektivikusabbaknak. Az Egyesült Államokban 197l-ben kezdték el az SCU (sulphur coated urea), vagyis a kénnel bevont karbamid iparszerű termelését. A jól záró bevonat kialakítása érdekében előbb kénnel vonták be a szemcséket, majd olajos viaszt és kevés kátrányt vittek fel. Az utóbbi lassítja a bevonat mikrobiológiai bontását. A kénbevonatos műtrágyák hazánkban nem terjedtek el.

A karbamid bevonására egyéb szervetlen anyagok is felhasználhatók. Így pl. magnézium-ammónium-foszfát réteg vihető a szemcsékre.

A Péti Nitrogénművekben a karbamidot paraffinnal és zsírsavval vonták be. A lassan ható nitrogénműtrágyát Paramid néven forgalmazzák. Hatóanyag-tartalma 41,5% nitrogén.

Sokféle polimerbevonat kialakítása lehetséges. Ezek közül a diciklopentadiénből és telítetlen zsírsavak glicerin észteréből kialakított kopolimert emeljük ki. A bevonatot több rétegben alakítják ki a szemcsék felületén, esetenként adalékanyagokkal (pl. ureáz inhibitor!) kombinálva. Ureaform bevonatos karbamidot is gyártanak.

A vízoldható műtrágyák oldódása lassítható azzal is, hogy a műtrágyát szilikátos hordozóanyagra viszik fel. A hordozóanyag adszorpció útján bizonyos mértékig megköti a műtrágyákat, és ezáltal lassítja az oldódást. Hordozóanyagként különböző agyagok, illetve agyagásványok, pl. bentonit, montmorillonit, vermikulit, továbbá duzzasztott perlit és kovasavgél használható.

Inhibitoros műtrágyák

A karbamid hidrolízise (bomlása) a talajban ureázinhibitorok segítségével, az ammónia átalakulása nitrifikációgátlókkal lassítható.

Az ureázenzim-aktivitás csökkenthető, ha a karbamidhoz kis mennyiségben (3000–8000 mg/kg) réz-ditiokarbamátot kevernek. A karbamid hidrolízisének gátlására ismert anyagok azonban a gyakorlatban nem terjedtek el.

A nitrifikációgátlókat ezzel szemben már a gyakorlatban is használják. N-Serve néven vált ismertté a 2-klór-6-(triklórmetil)-piridin. A talaj tulajdonságaitól függően 0,5–10 mg/kg hatóanyaggal a nitrifikáció gátlása több héten át biztosíható. Az N-Serve iránt a legnagyobb érdeklődés a rizstermesztő országokban, így Japánban és Indiában tapasztalható. A szert ezenkívül cseppfolyós ammóniával is kipróbálták.

A gyakorlatban használt másik nitrifikációs inhibitor a 2-amino-4-klór-6-metil-pirimidin, amelyet Japánban AM néven hoznak forgalomba.

Régen ismert a dicián-diamid nitrifikációt gátló hatása. A vegyületeket műtrágya és hígtrágya adalékaként is használják.

A nitrifikációgátlók segítségével csökkenthető a karbamid, a cseppfolyós ammónia, más folyékony nitrogéntrágyák és a hígtrágyák nagy adagjának környezetszennyező hatása.

A nitrogénműtrágyák összetételét és hatóanyag-tartalmát a 37. táblázatban foglaltuk össze.

37. táblázat - Nitrogénműtrágyák összetétele és hatóanyag-tartalma

Műtrágya

Összetétel

N (%)

Ammónium sók

Ammónium-nitrát

NH4NO3

34

Mészammon-salétrom

NH4NO3+CaCO3

 

Péti só

NH4NO3+CaCO3

25

Agronit

NH4NO3+CaCO3.MgCO3

28

Ammónium-szulfát

(NH4)2SO4

21

Fémnitrátok

Kálium-nitrát

KNO3

13

Nátrium-nitrát

NaNO3

16

Kalcium-nitrát

Ca(NO3)2·4H2O

12

Ca(NO3)2·3H2O

13

Ca(NO3)2·2H2O

14

Karbamid és származékai

Karbamid

CO(NH2)2

46

Formurin-Mg

formaldehid kondenzátum

34

IBDU

izobutilaldehid kond.

32

CDU

krotonaldehid kond.

30

Bevonatos karbamid

változó bevonattal

30–36

Paramid

paraffin-zsírsav bevonat

41


Kérdések

 1. Mi jellemzi az egyszerű műtrágyákat?

 2. Milyen csoportokba sorolhatók a nitrogénműtrágyák?

 3. Jellemezze az ammóniumsókat! (Hatóanyag-tartalom, a talaj kémhatására gyakorolt hatás, higroszkóposság, az előállítás hatása a műtrágya tulajdonságaira, felhasználásuk.)

 4. Milyen tulajdonságokkal rendelkezik a nátrium-nitrát és a kalcium-nitrát?

 5. Miben különbözik a szemcsés és a kristályos karbamid? Felhasználásuk.

 6. Melyek a lassan ható nitrogénműtrágyák csoportjai?

 7. Milyen karbamid-aldehid kondenzátumokat ismer?

 8. Mit fejez ki az aktivitási index?

 9. Milyen bevonatos műtrágyákat ismer?

10. Mi az inhibitorok szerepe az inhibitoros műtrágyákban?