Удобрение с контролируемым высвобождением ( CRF ) — это гранулированное удобрение , которое постепенно высвобождает питательные вещества в почву (т. е. с контролируемым периодом высвобождения). [2] Удобрение с контролируемым высвобождением также известно как удобрение с контролируемой доступностью, удобрение с отсроченным высвобождением, удобрение с дозированным высвобождением или медленнодействующее удобрение. Обычно CRF относится к азотным удобрениям. Медленное и контролируемое высвобождение охватывает всего 0,15% (562 000 тонн) рынка удобрений (1995).
Технологии контролируемого высвобождения азота, основанные на полимерах, полученных путем объединения мочевины и формальдегида, были впервые произведены в 1936 году и коммерциализированы в 1955 году. [3] Ранний продукт имел 60 процентов от общего азота, нерастворимого в холодной воде, и непрореагировавший (быстро высвобожденный) менее 15%. Метиленмочевины , например, метилендикарбамид , были коммерциализированы в 1960-х и 1970-х годах, имея 25% и 60% азота в виде нерастворимого в холодной воде, и непрореагировавший азот мочевины в диапазоне от 15% до 30%.
В 1960-х годах в США Национальный центр по разработке удобрений Tennessee Valley Authority начал разрабатывать мочевину с серным покрытием. Сера использовалась в качестве основного материала покрытия из-за ее низкой стоимости и ценности как вторичного питательного вещества. [3] Обычно для улучшения инкапсуляции добавляют воск или полимер. Свойства медленного высвобождения зависят от деградации вторичного герметика почвенными микробами, а также от механических дефектов (трещин и т. д.) в капсуле. Типичным является отсроченное высвобождение в течение 6–16 недель в приложениях для дерна. Когда в качестве вторичного покрытия используется твердый полимер, свойства представляют собой нечто среднее между частицами с контролируемой диффузией и традиционным серным покрытием.
Многие факторы мотивируют использование CRF, включая более эффективное использование удобрения. Иллюстрируя проблему, подсчитано, что в среднем 16% обычных азотных удобрений теряется из-за испарения (в виде NH 3 , N 2 O, N 2 ) или вымывания аммиака. [4] [5] Еще один фактор в пользу CRT — защита сельскохозяйственных культур от химического повреждения ( ожог удобрениями ). Помимо того, что они обеспечивают питание растений, избыток удобрений может быть ядовитым для тех же растений. Наконец, важными преимуществами являются экономические: меньшее количество применений и использование меньшего количества удобрений в целом. Результаты (урожайность) в большинстве случаев улучшаются >10%.
CRF имеет потенциал для снижения азотного загрязнения, которое приводит к эвтрофикации . Эффективное использование азотных удобрений также имеет отношение к выбросам N
2O в атмосферу каждый год, из которых 36% приходится на деятельность человека. Антропогенный N
2O вырабатывается микроорганизмами, воздействующими на аммиак быстрее, чем растение может усвоить это питательное вещество. [6]
Удобрение вносится либо путем внесения в почву, либо путем смешивания удобрения с почвой перед посевом . Полимерное покрытие ингредиентов удобрения обеспечивает таблеткам и колосьям «истинное высвобождение во времени» или «поэтапное высвобождение питательных веществ» (SNR) питательных веществ удобрения. NBPT действует как ингибитор фермента уреазы . [4] Ингибиторы уреазы в количестве 0,05 весовых процентов добавляются в удобрения на основе мочевины для контроля ее преобразования в аммиак. [7]
Скорость высвобождения определяется различными основными факторами: (i) низкой растворимостью соединений во влажной почве, (ii) разрушением защитного покрытия, нанесенного на гранулы удобрений, и (iii) преобразованием химикатов в аммиак или аналогичное эффективное питательное вещество для растений. [4]
Обычные удобрения растворяются в воде, питательные вещества рассеиваются. Поскольку удобрения с контролируемым высвобождением не растворяются в воде, их питательные вещества рассеиваются в почве медленнее. Гранулы удобрения могут иметь нерастворимый субстрат или полупроницаемую оболочку, которая предотвращает растворение, позволяя питательным веществам выходить наружу.
Ассоциация американских должностных лиц по контролю за продуктами питания для растений (AAPFCO) опубликовала следующие общие определения (Официальная публикация 57):
Большинство медленно высвобождающихся удобрений являются производными мочевины, прямого удобрения, обеспечивающего азот. Изобутилидендимочевина («ИБДУ») и мочевино-формальдегид медленно преобразуются в почве в мочевину, которая быстро усваивается растениями. ИБДУ представляет собой единое соединение с формулой (CH 3 ) 2 CHCH(NHC(O)NH 2 ) 2 , тогда как мочевино-формальдегиды состоят из смесей приблизительной формулы (HOCH 2 NHC(O)NH) n CH 2 .
Удобрения с контролируемым высвобождением — это традиционные удобрения, заключенные в оболочку, которая разлагается с заданной скоростью. Сера — типичный материал для инкапсуляции. Другие покрытые продукты используют термопластики (а иногда этиленвинилацетат и поверхностно-активные вещества и т. д.) для получения диффузионно-контролируемого высвобождения мочевины или других удобрений. «Покрытие реактивного слоя» может производить более тонкие, а значит, и более дешевые мембранные покрытия путем одновременного нанесения реактивных мономеров на растворимые частицы. «Мультикоте» — это процесс нанесения слоев недорогих солей жирных кислот с парафиновым верхним слоем. В последнее время биоразлагаемые полимеры в качестве покрытий для удобрений с медленным/контролируемым высвобождением привлекают внимание из-за их потенциала для повышения эффективности использования удобрений/пестицидов и снижения негативного воздействия на окружающую среду. [9]