Справа у оболонці: добрива контрольованого вивільнення в сільському господарстві

Більш ніж 50 років тому відділ ICL Osmocote, який відповідав за добрива контрольованого вивільнення, представив перше у США добриво з полімерною оболонкою: це були NPK-гранули з органічним смоляним покриттям, яке гарантувало, що одного внесення поживних речовин вистачить надовго. Це було початком абсолютно нового принципу внесення добрив. Ця концепція спочатку була розроблена для дорогих декоративних рослин, які вирощувалися в горщиках, де втрата поживних речовин має прямий вплив на вигляд рослин. Концепцію добрив контрольованого вивільнення швидко почали використовувати й для інших цінних культур, як от полуниці чи фруктові дерева, де ефективність і простота внесення добрива були дуже доречними.

До масштабнішого використання на садових і сільськогосподарських культурах справа ще не дійшла, в основному через різницю в цінах між добривами контрольованого вивільнення і звичайними добривами. За останні 10-15 років нові технічні вдосконалення уможливили появу дешевших і ефективніших продуктів контрольованого вивільнення, створивши можливості для ширшого використання добрив контрольованого вивільнення у сільському господарстві.

За прогнозами населення планети продовжуватиме рости до 2050, а площі орних земель зменшуватимуться, тому фермерам слід ефективніше використовувати наявну землю. В той самий час, глобальний тиск і зміна клімату також збільшують потребу в більш розумному застосуванні добрив, а також у використанні технологій, які допомагають зменшити негативний вплив сільського господарства на довкілля по всьому світу.

Найвища ефективність використання поживних речовин

Добрива контрольованого вивільнення вважаються добривною технологією, яка має найвищий показник ефективності використання поживних речовин. Розповсюдженим є знання про те, що мінеральні добрива, включно з добривами контрольованого вивільнення, годують приблизно половину населення світу. Звичайні добрива розчиняються в ґрунті одразу після внесення, забезпечуючи рослини живленням лише впродовж короткого часу. Багаторазове внесення добрив необхідне для того, щоб забезпечити культуру необхідними поживними речовинами. Водночас таке внесення добрив може бути практично складним для великих фермерських господарств, оскільки воно є дорогим і, як ми знаємо з останніх досліджень, збільшує проблеми з ущільненням ґрунту.

Завдяки особливому покриттю, гранули добрив контрольованого вивільнення вивільняють поживні речовини поступово протягом довгого часу. Залежно від часу розкладання продукту контрольованого вивільнення, процес вивільнення може зайняти від кількох тижнів до багатьох місяців.

Добрива контрольованого вивільнення підтримують вищу ефективність використання поживних речовин завдяки мінімізації втрат елементів у навколишнє середовище, а також завдяки новим методам внесення, наприклад, внесення в лунку.

Підвищена ефективність поживних речовин досягається підбором добрив з певним терміном вивільнення згідно потреб певних культур. Це не лише уможливлює оптимальний ріст, але й мінімізує вилуговування, волатилізацію, денітрифікацію та відтік поживних речовин.

Добрива контрольованого вивільнення можуть утримувати врожай на тому ж рівні чи підвищити його при внесенні меншої кількості добрив загалом – це важлива перевага в регіонах, де, наприклад, загальне внесення азоту тепер регулюється законодавчо.

Добрива контрольованого вивільнення зменшують кількість внесень, які потрібно виконувати: це велика перевага в регіонах, де робочі руки коштують дорого, або ж у (тропічних) місцевостях, де механізація і транспортування добрив ускладнені через круті схили чи погану інфраструктуру.

Залежно від умов вирощування, добрива контрольованого вивільнення можуть значно зменшити:

• загальне використання добрива: на 20% до 50%;
• вилуговування: до 55%;
• денітрифікацію: в середньому до 40%;
• волатилізацію: до 40%.

(Показники взяті з результатів незалежних досліджень технологій контрольованого вивільнення ICL)

Що таке добриво контрольованого вивільнення?

Важливо зазначити, що не всі добрива контрольованого вивільнення однакові, і часто цей термін неправомірно застосовується, коли мова йде про добрива повільного вивільнення. Давайте подивимося на офіційні визначення цих двох видів добрив:

Добрива контрольованого вивільнення: “Добриво, у якому вивільнення поживних речовин контролюється і певна кількість речовини вивільняється у певний час і при певній температурі.” (ISO 8157:2015)

Добриво повільного вивільнення: “Добриво, яке за допомогою гідролізу та/або біорозкладання та/або обмеженої водорозчинності вивільняє поживні речовини впродовж певного часу, порівняно з “референтно-розчинним” продуктом, наприклад, сульфат аммонію, нітрат аммонію та сечовина.” (ISO 8517:2015)

Отже, механізми вивільнення поживних речовин у цих двох видів добрив кардинально відрізняються. Добрива повільного вивільнення – це мінерали, які займають певний час, щоб розчинитися чи вивільнити свої поживні речовини. Добрива контрольованого вивільнення потребують якісного покриття та незмінного процесу виробництва. Якщо вивільнення елементів у добрив повільного вивільнення залежить від температури, води, рівня pH ґрунту й мікроорганізмів, то на добрива контрольованого вивільнення мають вплив лише температура і вода.

Технології контрольованого вивільнення

Є відмінності і у матеріалах, із яких створюють покриття. Важливо зрозуміти, що ці відмінності існують і що вони мають прямий вплив на ефективність вивільнення поживних речовин. Найефективнішою технологію покриття є найновіша – полімерна оболонка. Це дозволяє забезпечити найкращий контроль над вивільненням поживних речовин, і таким чином, найкраще забезпечує потреби рослини у процесі вивільнення.

Ще один аспект, який слід брати до уваги, обираючи добриво контрольованого вивільнення, це різноманітні поживні речовини, їхня комбінація, і навіть рівень їхнього покриття. Суміш добрив, яка на 10% складається із вкритого оболонкою інгредієнту, часто називається “добривом контрольованого вивільнення”, але, як ви можете собі уявити, її характеристики витривалості, ефективності та впливу на безпеку рослин дуже відрізняються від добрива контрольованого вивільнення, яке на 100% вкрите оболонкою. Чим ближче до коренів рослин ви вносите добриво, тим важливіше використовувати продукт контрольованого вивільнення, який є повністю вкритий оболонкою. Наприклад, у лісництві, коли добрива вносяться у лунку для висадки, і молоде дерево чи паросток садиться прямо на нього, якісне на 100% вкрите оболонкою добриво контрольованого вивільнення є необхідним.

Повністю вкрите оболонкою добриво є також найефективнішим способом мінімізувати втрати поживних речовин, що в свою чергу збільшує ефективність використання поживних речовин у добриві й зменшує викиди в навколишнє середовище.

Контрольоване вивільнення запобігає втраті поживних речовин

Азот (N) є особливо схильним до втрати через вилуговування нітратів, основною мірою у легких (піщаних) ґрунтах. У тропічному кліматі загальні втрати азоту є найвищими. Азот контрольованого вивільнення часто вноситься в ґрунт, щоб автоматично мінімізувати витік. Оболонка навколо азоту гарантує уникнення високого рівня NO3 в ґрунті невдовзі після внесення, і в результаті запобігає також і вилуговуванню азоту.

Фосфор (P) часто фіксується у ґрунті. Це може статися на лужних/вапняних грунтах, а також на кислих ґрунтах, які фіксують фосфор, і які містять багато алюмінію та (гідр)оксидів заліза. Великі площі вологих тропіків мають кислі вивітрені ґрунти типу глини, які в основному фіксують фосфор. Добрива контрольованого вивільнення можуть запобігти фіксації ґрунту: фосфор у таких добривах може підтримувати концентрацію поживних речовин у ґрунті на низькому рівні, і таким чином обмежити випадіння осаду із, або адсорбцію до активних мінералів.

Калій (K) легко вилуговується у піщаних ґрунтах в регіонах з великою кількістю опадів, а також у сильно вивітрених тропічних ґрунтах. Добрива контрольованого вивільнення можуть запобігти вилуговуванню . Через складнощі з інфраструктурою в багатьох тропічних країнах, мінімізація внесення та транспортації поживних речовин на плантації може бути дуже важливим для зменшення вуглецевого сліду культур.

Притаманні добривам контрольованого вивільнення ефективність та мінімізовані втрати поживних речовин означають, що фермер може знизити дози внесення добрив і все ще мати здоровий рівень врожаю. Менші дози внесення зменшують кошти, які потрібно витратити на добрива, і спрощують внесення. Якщо ж не змінювати кількість внесення, то добрива контрольованого вивільнення доведено збільшують кількість зібраного врожаю на гектар.

Минулого десятиліття ми в компанії ICL використовували наші експертні знання й досвід, щоб створити спеціальні формули з особливими відсотками покриття та довготривалістю, які підвищують ефективність використання поживних речовин у певній сільськогосподарській культурі чи групі культур.

Історії успіху в сільському господарстві

Добрива контрольованого вивільнення вже успішно використовуються на кількох сільськогосподарських культурах, для яких дуже важливими є ефективність поживних речовин, а також зменшення дозування добрива й кількості внесень є дуже важливими (наприклад, банани, кава, пальмова олія, рис, цукрова тростина й картопля). Проте не існує одного добрива контрольованого вивільнення, яке зможе досягти кращої ефективності речовин та вищих врожаїв у всіх сільськогосподарських культур та у всіх регіонах. Вкрай важливо зрозуміти потреби кожної рослини і допасувати до неї, а також до умов вирощування у вашому регіоні, найкраще добриво контрольованого вивільнення.

Минулого десятиліття ми в компанії ICL використовували наші експертні знання й досвід, щоб створити спеціальні формули з особливими відсотками покриття та довготривалістю, які підвищують ефективність використання поживних речовин у певній сільськогосподарській культурі чи групі культур. Ефективність цих концепцій добрив контрольованого вивільнення була доведена нашою розгалуженою програмою наукових випробувань та незалежних досліджень, які дозволили розробити спеціалізовані програми добрив контрольованого вивільнення.

Випробування на картоплі, Нідерланди. Одне внесення повністю вкритого оболонкою добрива контрольованого вивільнення від ICL (Agrocote Max, під червоною лінією) замість трьох звичайних азотних добрив (практика фермера, над червоною лінією) збільшило загальний врожай на 9% і згенерувало на €450/га більше прибутку.

Випробування на каві у штаті Мінас-Жерайс, Бразилія, де звичайне добриво вносилося 3 рази на рік підживленням (зліва), а формула добрива контрольованого вивільнення 4-5M від ICL вносилася один раз (справа).

Майбутнє добрив контрольованого вивільнення?

Розвиток технологій, який стався за минуле десятиліття, уможливив появу дешевших добрив контрольованого вивільнення, які змінюють практики сільського господарства. Такі добрива зараз відіграють ключову роль у мінімізації втрат поживних речовин та збереження чи збільшення врожаїв при внесенні менших або таких самих доз добрив, як у звичній фермерській практиці.

Аналіз життєвого циклу надасть виробникам, продавцям та споживачам агропродукції подальшу інформацію про переваги для довкілля та зменшений вуглецевий слід цієї технології порівняно зі звичайними добривами.

Незалежні дослідження ефективності добрив контрольованого вивільнення тривають зараз, і важливо переконати політиків включити цю технологію у нове законодавство, щоб зменшити негативний вплив практик застосування добрив на довкілля.

Сучасні полімерно-сульфурні та полімерні оболонки добрив розпадаються дуже повільно і залишаються інертними в ґрунті після того, як поживні речовини були вивільнені. Вони розроблені настільки тонкими, наскільки це можливо (як людська волосина завтовшки) і такими, що пропускають вологу, але при цьому такими, що дозволяють оболонці виконувати свою функцію: контролювати вивільнення поживних речовин впродовж визначеного часу. Протягом наступного десятиліття нове законодавство, як-от нові європейські правила щодо біорозкладання оболонок добрив контрольованого вивільнення, змусять виробників створити нові технології покриття, які розкладатимуться швидше.