Innovations in the fertilizers world: new horizons for agriculture

Full Text

Сельское хозяйство – один из основных секторов экономики во многих странах мира, особенно в России. Повысить эффективность сельского хозяйства и преодолеть проблемы изменения климата, деградации и снижения уровня плодородия почвы можно с помощью удобрений. В последние десятилетия увеличивается внимание к медленно высвобождающимся минеральным удобрениям (МВУ).

Стабильное и равномерное поступление питательных веществ к растениям в течение длительного времени способствует повышению урожайности и качества продукции, снижает риск гниения почвы и загрязнения воды. Поэтому МВУ можно широко использовать в сельском хозяйстве для удобрения различных культур как на открытых грядках, так и в закрытых системах. В российском сельском хозяйстве, которое часто сталкивается с неблагоприятными климатическими условиями и ограниченными ресурсами, медленно высвобождающиеся удобрения могут быть особенно полезны для обеспечения стабильных уровней урожайности и эффективного применения почвенных ресурсов. [1, 2, 5]

В свете растущего научного интереса к устойчивому сельскому хозяйству и экологической безопасности, МВУ становятся все более значимым инструментом для оптимизации производства и снижения негативного воздействия на окружающую среду.

Цель работы – определить направления эффективности и экологической безопасности медленно высвобождающихся удобрений, отметить инновационные методы их использования, выделить наиболее перспективные технологии изготовления.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Мы провели обзор состояния рынка МВУ как в России, так и на мировом уровне, основных тенденций и вызовов. Изучение этих аспектов важно для понимания текущего статуса и потенциала МВУ в сельском хозяйстве, выявления направлений для дальнейших исследований и инноваций в этой области. [8, 9]

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Рост спроса. В последние годы наблюдается увеличение спроса на МВУ вследствие растущего осознания необходимости устойчивого сельского хозяйства и проблем экологии. Фермеры и сельскохозяйственные предприятия проявляют все больший интерес к удобрениям, обеспечивающим долговременное, равномерное высвобождение питательных веществ.

Технологические инновации. Мировые производители МВУ активно разрабатывают технологии производства, направленные на повышение эффективности удобрений, их долговечности и точности распределения почвенных ресурсов. Это включает новые типы покрытий удобрений, микрокапсуляцию и другие методы, способствующие контролируемому высвобождению питательных веществ.

Экономическая эффективность. Стоимость МВУ может быть выше, чем у обычных минеральных удобрений из-за специфического производственного процесса. Однако они часто обеспечивают более высокие урожаи, сокращая затраты на труд и снижая расходы на повторное удобрение, в конечном итоге делая их экономически выгодными.

Регулирование и сертификация. Некоторые страны имеют строгие законодательные требования к удобрениям, включая МВУ, в связи с их опасностью для окружающей среды и человека. Это влияет на процесс сертификации и введение новых продуктов на рынок. По прогнозу роста рынка контролируемых удобрений к 2025 году предполагается увеличение до 3,2 млрд $ с прогнозируемой ставкой роста 6,3% (2020 год – 2,4 млрд $). Факторы, способствующие расширению этого рынка, включают повышенный спрос на более эффективные удобрения, поддержку правительственных регуляций, возросший интерес к культурам высокой стоимости и существенные инвестиции от ведущих игроков отрасли. Эти удобрения эффективно борются с растущими экологическими проблемами, связанными с потерей питательных веществ через выщелачивание почвы и сток, которые часто возникают из-за чрезмерного использования традиционных удобрений.

Существуют проблемы стандартизации производства удобрений, а также обучения специалистов их правильному использованию. Недостаточные знания могут быть препятствием для широкого принятия МВУ в сельском хозяйстве. [7]

Дальнейшие инвестиции в исследования, инновации и образование помогут развить этот сектор и увеличить его значимость в сельском хозяйстве. [3, 4]

Многие компании и научные институты в России и за рубежом активно разрабатывают новые формулы и технологии для производства медленно высвобождающихся минеральных удобрений.

Внедрение МВУ может иметь значительные экономические и социальные последствия. Повышение урожайности и качества сельскохозяйственной продукции приведет к увеличению доходов фермеров и улучшению благосостояния сельских сообществ. Кроме того, применение более экологически чистых удобрений сохранит природные ресурсы.

Основные методы производства медленно действующих минеральных удобрений.

Один из распространенных методов заключается в нанесении смол или полимеров на минеральные удобрения. Эти материалы создают защитное покрытие вокруг гранул удобрений, контролируя температуру и скорость высвобождения питательных веществ. Такой подход позволяет обеспечить стабильное и долгосрочное питание растений, а также улучшает устойчивость удобрений к воздействию погодных условий и снижает риск потери питательных веществ.

Медленно действующие удобрения могут быть сформированы с использованием матриц, которые контролируют высвобождение питательных веществ. Эти матрицы изготавливают из различных материалов (смолы, полимеры, воск). Удобрения на основе матриц помогают более точному контролю скорости и времени высвобождения питательных веществ.

В создании МВУ нашли применение нанотехнологии. Наночастицы контролируют процессы поглощения и транспортировки питательных веществ растениями, что повышает эффективность удобрений.

Некоторые методы включают использование микроорганизмов, таких как бактерии или грибы, способных постепенно разлагать удобрения по мере необходимости для растений.

Метод инкапсуляции заключается в обработке минеральных удобрений специальными полимерными оболочками или капсулами. Оболочки постепенно растворяются под воздействием влаги и микроорганизмов в почве, высвобождая питательные вещества на протяжении продолжительного периода.

Синтез минеральных удобрений в присутствии специальных добавок, которые замедляют и контролируют скорость их растворения.

Метод измельчения и гранулирования минеральных удобрений до определенного размера частиц.

Добавление специальных аминокислот или других органических добавок к минеральным удобрениям поможет улучшить их эффективность и привести к более стабильному, долгосрочному поступлению питательных веществ к растениям.

Эти методологии не только обеспечивают устойчивое питание растений, но и снижают негативное воздействие на окружающую среду, связанное с избыточным использованием удобрений.

Исследования в области разработки медленно действующих минеральных удобрений показали перспективные результаты, открывая новые горизонты для современного сельского хозяйства. Один из значительных прорывов – разработка специальных полимеров и смол, способных обеспечивать контролируемое высвобождение питательных веществ в течение продолжительного времени. Эти материалы не только повышают эффективность усвоения питательных веществ растениями, но и минимизируют риск их недостатка или избытка, что приводит к увеличению продуктивности и качества продукции.

Ученые сосредотачивают внимание на оптимизации процессов производства удобрений, делая их более эффективными и экономически целесообразными. Новые технологии и методы могут значительно снизить затраты на производство и уменьшить негативное воздействие на окружающую среду, что становится важным шагом в направлении устойчивого сельского хозяйства. Одна из наиболее эффективных технологий производства медленно действующих минеральных удобрений была разработана российскими учеными И.М. Баматовым и коллегами с использованием химического потока в реакторе v-star. [6]

Нанотехнологии обеспечивают создание материалов с уникальными свойствами, такими как контролируемая пористость и повышенная стойкость к воздействию окружающей среды. Это открывает новые возможности для точного контроля поступления питательных веществ в почву.

Одно из перспективных направлений исследований – изучение возможности использования микроорганизмов для создания МВУ. Биологически активные препараты способствуют более эффективному усвоению питательных веществ растениями из почвы и улучшают их защитные функции.

Параллельно с разработкой новых удобрений ученые оценивают их экологическую эффективность для минимизации потенциальных негативных воздействий на окружающую среду.

Важно отметить роль образовательных программ и практик, направленных на обучение сельскохозяйственных производителей применению новых технологий и методов. Разработка рекомендаций по оптимальному использованию удобрений и внедрение инновационных подходов помогает снижать негативное воздействие на окружающую среду.

Сотрудничество между научными исследовательскими институтами, промышленными предприятиями и сельскохозяйственными сообществами способствует более быстрой коммерциализации инноваций и их успешной реализации на практике.

Разработка интегрированных систем управления удобрениями, учитывающих индивидуальные потребности растений, типы почв, климатические условия и другие факторы, определяющие эффективность применения удобрений, позволит достигнуть высоких результатов при минимальном количестве ресурсов.

Таким образом, исследования в области создания медленно действующих минеральных удобрений открывают новые перспективы для сельского хозяйства по увеличению урожайности, улучшению качества продукции и снижению негативного воздействия на окружающую среду. Инновационные материалы и технологии, разработанные учеными, становятся важным инструментом в стремлении к устойчивому и эффективному сельскому хозяйству в будущем. Благодаря им возникают новые возможности для оптимизации производства, улучшения использования ресурсов. Проводимые исследования в этой области увеличивают наши знания о влиянии удобрений на почвенную экосистему.

About the authors

I. L. Daudov

FRC “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”; Kadyrov Chechen State University

Author for correspondence.
Email: ibragim-1991@mail.ru

Senior Lecturer

Russian Federation, Grozny, Chechen Republic; Moscow

Yu. M. Dzhabrailov

Kadyrov Chechen State University

Email: ibragim-1991@mail.ru
Russian Federation, Grozny, Chechen Republic

M. M. Arsanov

FRC “V.V. Dokuchaev Soil Science Institute”; Kadyrov Chechen State University

Email: ibragim-1991@mail.ru
Russian Federation, Grozny, Chechen Republic; Moscow

References

Supplementary files