Gübre -Fertilizer

Toprak verimliliğini artırmak için gübre serpen bir çiftçi

Gübre ( Amerikan İngilizcesi ) veya gübre ( İngiliz İngilizcesi ; yazım farklılıklarına bakın ), bitki besinlerini sağlamak için toprağa veya bitki dokularına uygulanan doğal veya sentetik kökenli herhangi bir malzemedir . Gübreler, kireçleme materyallerinden veya diğer besin maddesi olmayan toprak değişikliklerinden farklı olabilir . Hem doğal hem de endüstriyel olarak üretilmiş birçok gübre kaynağı mevcuttur. Modern tarım uygulamalarının çoğu için, gübreleme üç ana makro besine odaklanır: Azot (N), Fosfor (P) ve Potasyum (K), ara sıra aşağıdaki gibi takviyelerin eklenmesiyle.mikro besinler için kaya tozu . Çiftçiler bu gübreleri çeşitli şekillerde uygularlar: büyük tarım ekipmanları veya el aletleri kullanarak kuru veya peletlenmiş veya sıvı uygulama süreçleri yoluyla.

Tarihsel olarak gübreleme, doğal veya organik kaynaklardan geldi: kompost , hayvan gübresi , insan gübresi , hasat edilen mineraller, ürün rotasyonları ve insan-doğa endüstrilerinin yan ürünleri (yani balık işleme atıkları veya hayvan kesiminden elde edilen kan unu) . Ancak, 19. yüzyıldan itibaren bitki beslemedeki yeniliklerden sonra , sentetik olarak oluşturulan gübreler etrafında bir tarım endüstrisi gelişti. Bu geçiş, küresel gıda sisteminin dönüştürülmesinde önemliydi ve büyük mahsul verimi ile daha büyük ölçekli endüstriyel tarıma izin verdi. Özellikle 20. yüzyılın başında Haber prosesi gibi azot fikse edici kimyasal prosesler , İkinci Dünya Savaşı sırasında yaratılan üretim kapasitesi ile güçlendirilerek azotlu gübrelerin kullanımında patlamaya yol açtı. 20. yüzyılın ikinci yarısında, azotlu gübrelerin artan kullanımı (1961 ile 2019 arasında %800 artış ) , so- " Yeşil Devrim " olarak adlandırılır.

Tarih

Türe göre toplam gübre üretimi.
Sentetik azotlu gübreler olsun ya da olmasın dünya nüfusu desteklendi.
1812 yılında kurulan, gübre ve gübre üreticisi Mirat'ın Salamanca'daki (İspanya) en eski sanayi işletmesi olduğu iddia ediliyor .

Toprak verimliliğinin yönetimi binlerce yıldır çiftçileri meşgul ediyor. Mısırlılar, Romalılar, Babilliler ve ilk Almanların hepsinin çiftliklerinin verimliliğini artırmak için mineraller veya gübre kullandıkları kaydedildi. Bitki besleme bilimi, adından en çok söz ettiren Alman kimyager Justus von Liebig'in çalışmalarından çok önce başlamıştır. Nicolas Théodore de Saussure ve o zamanki bilimsel meslektaşları, Justus von Liebig'in basitleştirmelerini hemen çürüttüler . Humus ve organo-mineral etkileşimlerinin rolünün merkezi olduğu ve 1990'dan itibaren daha yeni keşiflerle uyumlu olan bitki besleme konusunda karmaşık bir bilimsel anlayış vardı. Justus von Liebig'in çizdiği önde gelen bilim adamları Carl Ludwig Sprenger ve Hermann Hellriegel'di . Bu alanda, kısmen ekonomi ve araştırmanın iç içe geçmesiyle yönlendirilen bir 'bilgi erozyonu' meydana geldi. İngiliz bir girişimci olan John Bennet Lawes , 1837'de çeşitli gübrelerin saksılarda yetişen bitkiler üzerindeki etkileri üzerinde deneyler yapmaya başladı ve bir veya iki yıl sonra deneyler tarladaki mahsullere genişletildi. Bunun ani bir sonucu, 1842'de fosfatların sülfürik asitle işlenmesiyle oluşturulan bir gübrenin patentini alması ve böylece yapay gübre endüstrisini yaratan ilk kişi olmasıydı. Ertesi yıl Joseph Henry Gilbert'in hizmetine girdi ; Birlikte Tarla Bitkileri Araştırma Enstitüsü'nde mahsul deneyleri yaptılar .

Birkeland-Eyde süreci , nitrojen bazlı gübre üretiminin başlangıcında rekabet eden endüstriyel süreçlerden biriydi. Bu proses, atmosferik nitrojeni ( N2 ) nitrik aside (HNO3 ) fikse etmek için kullanıldı; bu, genellikle nitrojen fiksasyonu olarak adlandırılan birkaç kimyasal prosesten biridir . Elde edilen nitrik asit daha sonra nitrat (NO 3 - ) kaynağı olarak kullanıldı . Norveç'te Rjukan ve Notodden'de sürece dayalı bir fabrika inşa edildi ve büyük hidroelektrik santrallerinin inşası ile birleştirildi .

1910'lar ve 1920'ler Haber sürecinin ve Ostwald sürecinin yükselişine tanık oldu . Haber prosesi metan ( CH4 ) ( doğal gaz ) gazından amonyak ( NH3 ) ve havadan moleküler nitrojen (N2 ) üretir. Haber prosesinden elde edilen amonyak daha sonra Ostwald prosesinde kısmen nitrik aside (HNO 3 ) dönüştürülür . Dünya Savaşı'ndan sonra, savaş saatli bomba üretimi için hızlanan Azot üretim tesisleri, tarım amaçlı kullanımlara yöneldi. Sentetik azotlu gübrelerin kullanımı son 50 yılda istikrarlı bir şekilde arttı ve mevcut yılda 100 milyon ton azot oranına neredeyse 20 kat arttı.

Sentetik azotlu gübrenin geliştirilmesi, küresel nüfus artışını önemli ölçüde desteklemiştir  - dünyadaki insanların neredeyse yarısının şu anda sentetik azotlu gübre kullanımının bir sonucu olarak beslendiği tahmin edilmektedir. Fosfatlı gübrelerin kullanımı da 1960 yılında yılda 9 milyon tondan 2000 yılında 40 milyon tona çıkmıştır. Hektar (2.5 akre) başına 6-9 ton tahıl veren bir mısır mahsulü için 31-50 kilogram (68-110) gerekir. lb) uygulanacak fosfatlı gübre; soya fasulyesi ekinleri hektar başına 20-25 kg gibi yaklaşık yarısını gerektirir. Yara International , dünyanın en büyük azot bazlı gübre üreticisidir.

mekanizma

Besin açısından fakir kum/kil toprakta nitratlı gübreli ve gübresiz yetiştirilen altı domates bitkisi. Besin açısından fakir topraktaki bitkilerden biri öldü.
Bölgelere göre inorganik gübre kullanımı

Gübreler bitkilerin büyümesini arttırır. Bu amaca iki şekilde ulaşılır, geleneksel olanı besin sağlayan katkı maddeleridir. Bazı gübrelerin etki ettiği ikinci mod, su tutma ve havalandırmasını değiştirerek toprağın etkinliğini arttırmaktır. Bu makale, birçok gübre gibi, beslenme yönünü vurgulamaktadır. Gübreler tipik olarak değişen oranlarda şunları sağlar :

Sağlıklı bitki yaşamı için gerekli besinler elementlere göre sınıflandırılır ancak elementler gübre olarak kullanılmaz. Bunun yerine bu elementleri içeren bileşikler gübrelerin temelidir. Makro besinler daha büyük miktarlarda tüketilir ve bitki dokusunda kuru madde (DM) (%0 nem) bazında %0.15 ila %6.0 arasındaki miktarlarda bulunur. Bitkiler dört ana elementten oluşur: hidrojen, oksijen, karbon ve azot. Karbon, hidrojen ve oksijen yaygın olarak su ve karbondioksit olarak bulunur. Atmosferin büyük bir kısmını azot oluşturmasına rağmen, bitkiler tarafından erişilemeyen bir formdadır. Azot en önemli gübredir, çünkü azot proteinlerde , DNA'da ve diğer bileşenlerde (örneğin klorofil ) bulunur. Bitkiler için besleyici olması için azotun "sabit" bir biçimde mevcut olması gerekir. Sadece bazı bakteriler ve onların konukçu bitkileri (özellikle baklagiller ), atmosferik nitrojeni (N 2 ) amonyağa dönüştürerek sabitleyebilir . Fosfat, hücrelerdeki ana enerji taşıyıcısı olan DNA ve ATP'nin yanı sıra bazı lipidlerin üretimi için gereklidir .

Mikrobiyolojik hususlar

İki grup enzimatik reaksiyon, nitrojen bazlı gübrelerin verimliliği ile oldukça ilgilidir.

üreaz

Birincisi, ürenin hidrolizidir (su ile reaksiyon). Birçok toprak bakterisi , ürenin amonyum iyonuna (NH 4 + ) ve bikarbonat iyonuna (HCO 3 - ) dönüşümünü katalize eden üreaz enzimine sahiptir .

amonyak oksidasyonu

Nitrosomonas türleri gibi amonyak oksitleyici bakteriler (AOB), amonyağı nitrite oksitler , nitrifikasyon adı verilen bir süreç . Nitrit oksitleyici bakteriler, özellikle Nitrobacter , nitriti son derece hareketli olan ve ötrofikasyonun önemli bir nedeni olan nitrata oksitler .

sınıflandırma

Gübreler çeşitli şekillerde sınıflandırılır. Tek bir besin maddesi sağlayıp sağlamadıklarına göre sınıflandırılırlar (örneğin, K, P veya N), bu durumda "düz gübreler" olarak sınıflandırılırlar. "Çok besinli gübreler" (veya "karmaşık gübreler"), örneğin N ve P gibi iki veya daha fazla besin sağlar. Gübreler de bazen inorganik (bu makalenin konusunun konusu) ve organik olarak sınıflandırılır. İnorganik gübreler, üreler hariç karbon içeren malzemeleri içermez . Organik gübreler genellikle (geri dönüştürülmüş) bitki veya hayvan kaynaklı maddelerdir. İnorganiklere bazen sentetik gübreler denir, çünkü imalatları için çeşitli kimyasal işlemler gereklidir.

Tek besinli ("düz") gübreler

Ana azot bazlı düz gübre, amonyak veya çözeltileridir. Amonyum nitrat (NH 4 NO 3 ) de yaygın olarak kullanılmaktadır. Üre , sırasıyla amonyak ve amonyum nitratın aksine katı ve patlayıcı olmaması avantajına sahip olan bir başka popüler azot kaynağıdır. Azotlu gübre pazarının yüzde birkaçı (2007'de %4) kalsiyum amonyum nitrat ( Ca(NO 3 ) 2 · NH 4 · 10 H 2 O ) ile karşılanmıştır.

Ana düz fosfatlı gübreler süperfosfatlardır . "Tek süperfosfat " ( SSP ), yine Ca ( H2P04 ) 2 formundaki %14-18 P2O5'ten ve aynı zamanda fosfojipsten ( CaS04 · 2H2O ) oluşur . Üçlü süperfosfat ( TSP) tipik olarak % 44-48 P2O5'ten oluşur ve alçıtaşı içermez. Tek süperfosfat ve üçlü süperfosfat karışımına çift süperfosfat denir. Tipik bir süperfosfatlı gübrenin %90'ından fazlası suda çözünür.

Ana potasyum bazlı düz gübre, potasyum muriatıdır (MOP). Potas müriatı %95-99 KCl'den oluşur ve tipik olarak 0-0-60 veya 0-0-62 gübre olarak bulunur.

Çok besinli gübreler

Bu gübreler yaygındır. İki veya daha fazla besin bileşeninden oluşurlar.

İkili (NP, NK, PK) gübreler

Başlıca iki bileşenli gübreler bitkilere hem azot hem de fosfor sağlar. Bunlara NP gübreleri denir. Ana NP gübreleri, monoamonyum fosfat (MAP) ve diamonyum fosfattır (DAP). MAP'deki aktif bileşen NH4H2PO4'tür . _ _ DAP'deki aktif bileşen (NH 4 ) 2 HPO 4'tür . MAP ve DAP gübrelerinin yaklaşık %85'i suda çözünür.

NPK gübreleri

NPK gübreleri azot, fosfor ve potasyum sağlayan üç bileşenli gübrelerdir. İki tür NPK gübresi vardır: bileşik ve karışımlar. Bileşik NPK gübreleri, kimyasal olarak bağlı bileşenler içerirken, harmanlanmış NPK gübreleri, tek besin bileşenlerinin fiziksel karışımlarıdır.

NPK derecesi , bir gübredeki azot, fosfor ve potasyum miktarını tanımlayan bir derecelendirme sistemidir. NPK derecelendirmeleri, gübrelerin kimyasal içeriğini açıklayan tirelerle ayrılmış (örneğin, 10-10-10 veya 16-4-8) üç sayıdan oluşur. İlk sayı, üründeki nitrojen yüzdesini temsil eder; ikinci sayı , P2O5 ; üçüncüsü, K 2 O. Gübreler aslında P 2 O 5 veya K 2 O içermez, ancak sistem bir gübredeki fosfor (P) veya potasyum (K) miktarının geleneksel bir kısaltmasıdır. 16-4-8 etiketli 50 kiloluk (23 kg) bir gübre torbası, 8 libre (3,6 kg) nitrojen ( 50 poundun %16'sı), 2 pound P2O5'tekine eşdeğer miktarda fosfor içerir. (50 poundun %4'ü) ve 4 pound K2O ( 50 poundun %8'i). Çoğu gübre bu NPK sözleşmesine göre etiketlenir, ancak bir NPKS sistemini izleyen Avustralya sözleşmesi kükürt için dördüncü bir sayı ekler ve P ve K dahil tüm değerler için temel değerleri kullanır.

mikrobesinler

Mikrobesinler daha küçük miktarlarda tüketilir ve bitki dokusunda, 0.15 ila 400 ppm arasında değişen veya %0.04'ten az kuru madde (ppm) düzeninde bitki dokusunda bulunur. Bu elementler genellikle bitkinin metabolizması için gerekli olan enzimler için gereklidir. Bu elementler katalizörleri (enzimleri) etkinleştirdiğinden, etkileri ağırlık yüzdelerini çok aşar. Tipik mikro besinler bor, çinko, molibden, demir ve manganezdir. Bu elementler suda çözünür tuzlar olarak sağlanır. Demir, orta düzeyde toprak pH'ı ve fosfat konsantrasyonlarında çözünmeyen (biyo-mevcut olmayan) bileşiklere dönüştüğü için özel problemler sunar. Bu nedenle demir genellikle bir şelat kompleksi , örneğin EDTA veya EDDHA türevleri olarak uygulanır. Mikrobesin ihtiyaçları bitkiye ve çevreye bağlıdır. Örneğin, şeker pancarı bora ihtiyaç duyar ve baklagiller kobalta ihtiyaç duyarken, sıcaklık veya kuraklık gibi çevresel koşullar boru bitkiler için daha az kullanılabilir hale getirir.

Çevre

Tarımda kullanılan sentetik gübre, geniş kapsamlı çevresel sonuçlara sahiptir . Hükümetlerarası İklim Değişikliği Paneli (IPCC) İklim Değişikliği ve Arazi Özel Raporuna göre , bu gübrelerin üretimi ve ilgili arazi kullanım uygulamaları küresel ısınmanın itici güçleridir . Gübre kullanımı aynı zamanda bir dizi doğrudan çevresel sonuca da yol açmıştır: okyanus ölü bölgeleri ve su yolu kirlenmesi, toprak mikrobiyomunun bozulması ve ekosistemlerde toksin birikmesi gibi aşağı havza etkilerine yol açan tarımsal akış . Dolaylı çevresel etkiler şunları içerir: Haber sürecinde kullanılan doğal gaz için kırılmanın çevresel etkileri , tarımsal patlama, insan nüfusundaki hızlı büyümeden kısmen sorumludur ve büyük ölçekli endüstriyel tarım uygulamaları, habitat tahribatı , biyolojik çeşitlilik ve tarım üzerindeki baskı ile ilişkilidir. toprak kaybı .

Çevre ve gıda güvenliği endişelerini azaltmak için uluslararası toplum, iklim dostu ve sürdürülebilir bir gıda üretim sistemi oluşturmaya odaklanan Sürdürülebilir Kalkınma Hedefi 2'ye gıda sistemlerini dahil etti . Bu sorunları ele alan çoğu politika ve düzenleyici yaklaşım, tarımsal uygulamaları sürdürülebilir veya yenilenebilir tarım uygulamalarına yönlendirmeye odaklanır : bunlar daha az sentetik gübre, daha iyi toprak yönetimi (örneğin toprak işlemesiz tarım ) ve daha fazla organik gübre kullanır.

Üretme

Sentetik veya inorganik gübrelerin üretimi, hazırlanmış kimyasallar gerektirirken, organik gübreler, biyokimyasallar kullanılarak biyolojik işlemlerde bitki ve hayvanların organik işlemlerinden elde edilir.

Azotlu gübreler

Bölge başına toplam azotlu gübre tüketimi, yılda toplam besin ton olarak ölçülür.

Azot bazlı gübrenin en iyi kullanıcıları
Ülke Toplam N kullanımı
(Mt pa)
Amt.
yem/mera için kullanılır
(Mt pa)
Çin 18.7 3.0
Hindistan 11.9 Yok
BİZ 9.1 4.7
Fransa 2.5 1.3
Almanya 2.0 1.2
Brezilya 1.7 0.7
Kanada 1.6 0.9
Türkiye 1.5 0,3
Birleşik Krallık 1.3 0.9
Meksika 1.3 0,3
ispanya 1.2 0,5
Arjantin 0,4 0.1

Azotlu gübreler , Haber-Bosch prosesi ile üretilen amonyaktan (NH 3 ) yapılır . Bu enerji yoğun süreçte, doğal gaz (CH 4 ) genellikle hidrojeni sağlar ve nitrojen (N 2 ) havadan elde edilir . Bu amonyak, susuz amonyum nitrat (NH 4 NO 3 ) ve üre (CO(NH 2 ) 2 ) gibi diğer tüm azotlu gübreler için hammadde olarak kullanılır .

Sodyum nitrat (NaNO 3 ) ( Şili güherçilesi ) tortuları da Şili'deki Atacama çölünde bulunur ve kullanılan orijinal (1830) nitrojen bakımından zengin gübrelerden biridir. Hala gübre için mayınlı. Nitratlar ayrıca Ostwald prosesi ile amonyaktan üretilir .

fosfatlı gübreler

Finlandiya, Siilinjärvi'de bir apatit madeni .

Fosfatlı gübreler , iki temel fosfor içeren mineral, fluorapatit Ca 5 (PO 4 ) 3 F (CFA) ve hidroksiapatit Ca 5 (PO 4 ) 3 OH içeren fosfat kayasından ekstrakte edilerek elde edilir . Bu mineraller, sülfürik (H 2 SO 4 ) veya fosforik asitler (H 3 PO 4 ) ile işlenerek suda çözünür fosfat tuzlarına dönüştürülür . Büyük sülfürik asit üretimi , öncelikle bu uygulama tarafından motive edilir. Nitrofosfat işleminde veya Odda işleminde (1927'de icat edilmiştir), %20'ye kadar fosfor (P) içeriğine sahip fosfat kayası, bir fosforik asit ( H3P04 ) ve kalsiyum karışımı üretmek için nitrik asit (HNO 3 ) ile çözülür . nitrat (Ca(NO 3 ) 2 ). Bu karışım, bir potasyum gübresi ile birleşerek, N, P ve K üç makro besin maddesini kolayca çözünmüş biçimde içeren bir bileşik gübre üretebilir.

potasyumlu gübreler

Potas , potasyum (kimyasal sembol: K) gübreleri yapmak için kullanılan potasyum minerallerinin bir karışımıdır. Potas suda çözünür, bu nedenle bu besini cevherden üretmenin ana çabası bazı saflaştırma adımlarını içerir; örneğin sodyum klorürü (NaCl) (ortak tuz ) çıkarmak için . Bazen potasyum içeriğini tanımlayanlara kolaylık olması açısından potasyuma K 2 O olarak atıfta bulunulur . Aslında, potasyumlu gübreler genellikle potasyum klorür , potasyum sülfat , potasyum karbonat veya potasyum nitrattır .

NPK gübreleri

NPK gübrelerinin üretimi için dört ana yol vardır: 1) buharla granülasyon, 2) kimyasal granülasyon, 3) sıkıştırma, 4) toplu harmanlama. İlk üç işlem, bileşik NPK'leri üretmek için kullanılır. Buhar granülasyonu sırasında ham maddeler karıştırılır ve bağlayıcı madde olarak buhar kullanılarak daha da granüle edilir. Kimyasal granülasyon işlemi, sıvı hammaddeler (fosforik asit, sülfürik asit, amonyak gibi) ile katı hammaddeler (potasyum klorür, geri dönüşüm malzemesi gibi) arasındaki kimyasal reaksiyonlara dayanır. Sıkıştırma, kuru toz malzemeleri aglomere etmek için yüksek basınç uygular. Son olarak, düz gübrelerin karıştırılmasıyla dökme karışımlar üretilir.

Organik gübreler

Küçük ölçekli organik gübre üretimi için kompost kutusu
Büyük bir ticari kompost operasyonu

" Organik gübreler ", organik - biyolojik - kökenli gübreleri, yani canlı veya daha önce yaşayan malzemelerden elde edilen gübreleri tanımlayabilir. Organik gübreler ayrıca, " organik tarım ” ve “ çevre dostu ” bahçecilikle ilgili, sentetik gübre ve pestisit kullanımını önemli ölçüde sınırlayan veya kesinlikle önleyen gıda ve bitkisel üretim sistemleri. "Organik gübre" ürünleri tipik olarak hem bazı organik maddeleri hem de besleyici kaya tozları, öğütülmüş deniz kabukları (yengeç, istiridye, vb.), tohum unu veya yosun gibi diğer hazır ürünler ve kültür mikroorganizmaları ve türevleri gibi kabul edilebilir katkı maddelerini içerir. .

Organik kökenli gübreler (ilk tanım), hayvan atıkları , tarımdan kaynaklanan bitki atıkları, deniz yosunu , kompost ve arıtılmış kanalizasyon çamurunu ( biyokatılar ) içerir. Gübrelerin ötesinde, hayvan kaynakları hayvanların kesilmesinden elde edilen ürünleri içerebilir - kan unu , kemik unu , tüy unu , deri, toynak ve boynuzların tümü tipik bileşenlerdir. Arıtma çamuru gibi endüstriye sunulan organik olarak türetilmiş malzemeler, artık kirleticilerden kamu algısına kadar değişen faktörler nedeniyle organik tarım ve bahçeciliğin kabul edilebilir bileşenleri olmayabilir. Öte yandan, pazarlanan "organik gübreler" , malzemeler tüketici çekiciliğine sahip olduğu için işlenmiş organikleri içerebilir ve teşvik edebilir . Tanımı veya bileşimi ne olursa olsun, bu ürünlerin çoğu daha az konsantre besin içerir ve besinler o kadar kolay ölçülemez. Daha "doğal" bir şekilde çiftçilik/bahçecilik yapmak isteyenlere çekici gelmelerinin yanı sıra toprak oluşturma avantajları da sunabilirler.

Hacim açısından, turba en yaygın olarak kullanılan paketlenmiş organik toprak düzenleyicisidir. Olgunlaşmamış bir kömür şeklidir ve havalandırma ve suyu emerek toprağı iyileştirir, ancak bitkilere besin değeri vermez. Bu nedenle, makalenin başında tanımlandığı gibi bir gübre değil, bir değişikliktir. Hindistan cevizi , (hindistan cevizi kabuğundan elde edilir), ağaç kabuğu ve talaş toprağa eklendiğinde tümü turbaya benzer (ancak aynı şekilde değil) davranır ve sınırlı besleyici girdileri nedeniyle organik toprak düzenleyicileri veya tekstüre ediciler olarak kabul edilir. Bazı organik katkı maddelerinin besinler üzerinde ters etkisi olabilir – taze talaş, bozulurken toprak besinlerini tüketebilir ve toprak pH'ını düşürebilir – ancak bu aynı organik tekstüre ediciler (aynı zamanda kompost, vb.), besin maddelerinin mevcudiyetini iyileştirilmiş iyileştirmeler yoluyla artırabilir. katyon değişimi veya belirli bitki besin maddelerinin mevcudiyetini artıran mikroorganizmaların artan büyümesi yoluyla. Kompost ve gübre gibi organik gübreler, sanayi üretimine girmeden yerel olarak dağıtılabilir ve bu da fiili tüketimin ölçülmesini zorlaştırır.

Başvuru

Süperfosfatlı gübrenin elle uygulanması , Yeni Zelanda, 1938

Gübreler yaygın olarak tüm mahsulleri yetiştirmek için kullanılır ve uygulama oranları, genellikle bir toprak testiyle ve belirli mahsule göre, toprak verimliliğine bağlı olarak değişir. Örneğin baklagiller atmosferdeki azotu sabitler ve genellikle azotlu gübre gerektirmez.

Sıvı ve katı

Gübreler hem katı hem de sıvı olarak mahsullere uygulanır. Gübrelerin yaklaşık %90'ı katı olarak uygulanır. En yaygın olarak kullanılan katı inorganik gübreler üre , diamonyum fosfat ve potasyum klorürdür. Katı gübre tipik olarak granüle veya toz haline getirilir. Çoğu zaman katılar, katı bir kürecik olan priller olarak mevcuttur . Sıvı gübreler susuz amonyak, amonyak sulu çözeltileri, amonyum nitrat veya üre sulu çözeltileri içerir. Bu konsantre ürünler, konsantre bir sıvı gübre (örneğin, UAN ) oluşturmak için suyla seyreltilebilir . Sıvı gübrenin avantajları daha hızlı etki etmesi ve daha kolay örtülmesidir. Sulama suyuna gübre eklenmesine " fertigasyon " denir.

Üre

Üre suda yüksek oranda çözünür ve bu nedenle gübre çözeltilerinde (amonyum nitrat ile kombinasyon halinde: UAN), örneğin 'yapraktan beslenen' gübrelerde kullanım için çok uygundur. Gübre kullanımı için granüller, mekanik uygulama için bir avantaj olan daha dar partikül boyutu dağılımı nedeniyle prillere göre tercih edilir.

Üre genellikle 40 ila 300 kg/ha (35 ila 270 lbs/akr) arasındaki oranlarda yayılır, ancak oranlar değişir. Daha küçük uygulamalar, sızıntı nedeniyle daha düşük kayıplara neden olur. Yaz aylarında, üre, buharlaşmadan kaynaklanan kayıpları en aza indirmek için genellikle yağmurdan hemen önce veya yağmur sırasında yayılır (azotun atmosfere amonyak gazı olarak kaybolduğu bir süreç).

Üre içindeki yüksek nitrojen konsantrasyonu nedeniyle, eşit bir yayılma elde etmek çok önemlidir. Çimlenme hasarı riskinden dolayı tohumla temas halinde veya yakınında delme işlemi yapılmamalıdır. Üre, sprey olarak veya sulama sistemleri yoluyla uygulama için suda çözünür.

Tahıl ve pamuk mahsullerinde, üre genellikle ekimden önceki son ekim zamanında uygulanır. Yağış oranı yüksek bölgelerde ve kumlu topraklarda (liç yoluyla nitrojen kaybolabilir) ve mevsimde iyi yağış beklendiğinde, üre büyüme mevsimi boyunca yandan veya üstten giydirilebilir. Üst pansuman, mera ve yem bitkilerinde de popülerdir. Şeker kamışı yetiştirirken, üre ekimden sonra yan giydirilir ve her bir ratoon ürününe uygulanır.

Atmosferdeki nemi emdiği için üre genellikle kapalı kaplarda depolanır.

Aşırı doz veya üreyi tohumun yanına yerleştirmek zararlıdır.

Yavaş ve kontrollü salımlı gübreler

Metilen diüre (MDU), en popüler kontrollü salımlı gübrelerin bileşenidir .
Kontrollü salimli gübre (CRF), besinleri kademeli olarak (yani kontrollü salim periyoduyla) toprağa salan granüle bir gübredir . Kontrollü salınan gübre, kontrollü kullanılabilir gübre, gecikmeli salınan gübre, ölçülü salınan gübre veya yavaş etkili gübre olarak da bilinir. Genellikle CRF, azot bazlı gübreleri ifade eder. Yavaş ve kontrollü salınım, gübre pazarının sadece %0,15'ini (562.000 ton) kapsamaktadır (1995).

Yapraktan uygulama

Yaprak gübreleri doğrudan yapraklara uygulanır. Bu yöntem neredeyse her zaman suda çözünür düz azotlu gübrelerin uygulanmasında kullanılır ve özellikle meyveler gibi yüksek değerli ürünler için kullanılır. Üre, en yaygın yaprak gübresidir.

Gübre yanığı

Azot alımını etkileyen kimyasallar

Verimliliği artırılmış bir gübre olan N-Butylthiophosphoryltriamide.

Azot bazlı gübrelerin verimliliğini artırmak için çeşitli kimyasallar kullanılmaktadır. Bu şekilde çiftçiler, nitrojen akışının kirletici etkilerini sınırlayabilir. Nitrifikasyon inhibitörleri (nitrojen stabilizatörleri olarak da bilinir), amonyağın süzülmeye daha yatkın bir anyon olan nitrata dönüşümünü bastırır. 1-Karbamoil-3-metilpirazol (CMP), disiyandiamid , nitrapirin (2-kloro-6-triklorometilpiridin) ve 3,4-Dimetilpirazol fosfat (DMPP) popülerdir. Üreaz inhibitörleri, ürenin buharlaşmaya ve nitrifikasyona eğilimli amonyağa hidrolitik dönüşümünü yavaşlatmak için kullanılır. Üreaz adı verilen enzimler tarafından katalize edilen ürenin amonyağa dönüştürülmesi . Üreazların popüler bir inhibitörü N-(n-butil)tiofosforik triamiddir (NBPT).

aşırı gübreleme

Gübreleme teknolojilerinin dikkatli kullanılması önemlidir çünkü fazla besin maddeleri zararlı olabilir. Gübre yanması , çok fazla gübre uygulandığında meydana gelebilir ve bu da bitkinin zarar görmesine ve hatta ölümüne neden olabilir. Gübreler, tuz indekslerine göre kabaca yanma eğilimlerinde farklılık gösterir .

İstatistik

Gübre kullanımı (2018). FAO'nun Dünya Gıda ve Tarım – İstatistik Yıllığı 2020'den

Son zamanlarda azotlu gübreler çoğu gelişmiş ülkede plato haline geldi. Çin, azotlu gübrelerin en büyük üreticisi ve tüketicisi olmasına rağmen. Afrika'nın azotlu gübrelere çok az güveni var. Yaklaşık 200 milyar dolar değerindeki gübrelerin endüstriyel kullanımında tarımsal ve kimyasal mineraller çok önemlidir. Azotun küresel mineral kullanımında önemli bir etkisi vardır, bunu potasyum ve fosfat takip eder. Azot üretimi 1960'lardan beri büyük ölçüde artmıştır. Fosfat ve potasyum, 1960'lardan bu yana, tüketici fiyat endeksinden daha büyük olan fiyatlarda artış göstermiştir. Potas, birlikte dünya üretiminin yarısından fazlasını oluşturan Kanada, Rusya ve Beyaz Rusya'da üretilmektedir. Kanada'da potasyum üretimi 2017 ve 2018'de %18,6 arttı. Muhafazakar tahminler, mahsul veriminin %30 ila %50'sinin doğal veya sentetik ticari gübrelere atfedildiğini bildirmektedir. Gübre tüketimi, Amerika Birleşik Devletleri'ndeki tarım arazisi miktarını aştı . Küresel piyasa değerinin 2019 yılına kadar 185 milyar ABD Dolarının üzerine çıkması muhtemeldir. Avrupa gübre pazarı, yaklaşık olarak gelir elde etmek için büyüyecektir. 2018'de 15,3 milyar Euro.

2012 yılında ekilebilir hektar başına gübre tüketimine ilişkin veriler Dünya Bankası tarafından yayınlanmıştır . Aşağıdaki diyagram, Avrupa Birliği (AB) ülkelerinin gübre tüketimini hektar başına kilogram (dönüm başına pound) olarak göstermektedir. AB'de toplam gübre tüketimi, 105 milyon hektar ekilebilir alan (veya başka bir tahmine göre 107 milyon hektar ekilebilir alan) için 15,9 milyon tondur. Bu rakam AB ülkeleri tarafından ekilebilir arazi başına ortalama 151 kg gübre tüketimine denk gelmektedir.

Diyagram, 2012 için Dünya Bankası tarafından yayınlanan verilerden batı ve orta Avrupa ülkelerindeki gübre tüketimi istatistiklerini göstermektedir.

Çevresel etkiler

Yağmur fırtınası sırasında toprak ve gübre akışı

Gübre kullanımı, bazı olumsuz çevresel etkileri olmasına rağmen, bitkilere besin sağlamada faydalıdır. Artan büyük gübre tüketimi, mineral kullanımının dağılmasından dolayı toprağı, yüzey suyunu ve yeraltı suyunu etkileyebilir.

Fosfat kayasının işlenmesiyle üretilen her bir ton fosforik asit için beş ton atık üretilir. Bu atık, fosfojips adı verilen saf olmayan, işe yaramaz, radyoaktif katı şeklini alır . Tahminler, dünya çapında her yıl 100.000.000 ila 280.000.000 ton arasında değişen fosfojips atığı üretiliyor.

su

Kırmızı daireler, birçok ölü bölgenin konumunu ve boyutunu gösterir .

Fosforlu ve azotlu gübrelerin yaygın olarak kullanıldıklarında önemli çevresel etkileri vardır. Bunun nedeni, gübrelerin su yollarına yıkanmasına neden olan yüksek yağışlardır. Tarımsal akış, tatlı su kütlelerinin ötrofikasyonuna önemli bir katkıda bulunur. Örneğin, ABD'de tüm göllerin yaklaşık yarısı ötrofiktir . Ötrofikasyona ana katkıda bulunan, normalde sınırlayıcı bir besin olan fosfattır; yüksek konsantrasyonlar, ölümü oksijen tüketen siyanobakterilerin ve alglerin büyümesini teşvik eder. Siyanobakteri çoğalmaları (' alg patlamaları ') , besin zincirinde birikebilen ve insanlara zararlı olabilen zararlı toksinler de üretebilir .

Gübre akışında bulunan azot bakımından zengin bileşikler, okyanusların birçok yerinde , özellikle kıyı bölgelerinde, göllerde ve nehirlerde ciddi oksijen tükenmesinin başlıca nedenidir . Ortaya çıkan çözünmüş oksijen eksikliği, bu alanların okyanus faunasını sürdürme yeteneğini büyük ölçüde azaltır . Yerleşik kıyı şeridine yakın okyanuslardaki ölü bölgelerin sayısı artıyor. 2006 itibariyle, azotlu gübre uygulaması kuzeybatı Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'nde giderek daha fazla kontrol edilmektedir. Ötrofikasyon tersine çevrilebilirse , yeraltı sularında biriken nitratların doğal süreçlerle parçalanması on yıllar alabilir .

nitrat kirliliği

Azot bazlı gübrelerin sadece bir kısmı bitki maddesine dönüştürülür. Geri kalan toprakta birikir veya akıntı olarak kaybolur. Nitratın yüksek suda çözünürlüğü ile birlikte azot içeren gübrelerin yüksek uygulama oranları, yüzey suyuna akışın artmasına ve aynı zamanda yeraltı suyuna sızmaya neden olarak yeraltı suyu kirliliğine neden olur . Azot içeren gübrelerin (sentetik veya doğal) aşırı kullanımı özellikle zararlıdır, çünkü bitkiler tarafından alınmayan azotun çoğu kolayca yıkanabilen nitrata dönüşür.

Yeraltı suyunda 10 mg/L (10 ppm) üzerindeki nitrat seviyeleri ' mavi bebek sendromuna ' (edinilmiş methemoglobinemi ) neden olabilir. Gübrelerdeki besinler, özellikle nitratlar, topraktan akarsulara yıkanırsa veya topraktan yeraltı suyuna sızarsa, doğal yaşam alanları ve insan sağlığı için sorunlara neden olabilir.

Toprak

asitleştirme

Azot içeren gübreler eklendiğinde toprak asitlenmesine neden olabilir. Bu, kireçleme ile dengelenebilecek besin mevcudiyetinde azalmaya yol açabilir .

Toksik elementlerin birikmesi

Kadmiyum

Fosfor içeren gübrelerdeki kadmiyum konsantrasyonu oldukça değişkendir ve sorunlu olabilir. Örneğin, mono-amonyum fosfatlı gübre 0.14 mg/kg kadar düşük veya 50.9 mg/kg kadar yüksek bir kadmiyum içeriğine sahip olabilir. Üretimlerinde kullanılan fosfat kayası 188 mg/kg kadar kadmiyum içerebilir (örnekler Nauru ve Noel adalarındaki tortulardır ). Yüksek kadmiyumlu gübrenin sürekli kullanımı toprağı (Yeni Zelanda'da gösterildiği gibi) ve bitkileri kirletebilir . Fosfatlı gübrelerin kadmiyum içeriğinin sınırları Avrupa Komisyonu tarafından değerlendirilmiştir . Fosfor içeren gübre üreticileri artık kadmiyum içeriğine göre fosfat kayasını seçmektedir.

florür

Fosfat kayaları yüksek düzeyde florür içerir. Sonuç olarak, fosfatlı gübrelerin yaygın kullanımı toprak florür konsantrasyonlarını artırmıştır. Bitkiler topraktan çok az florür biriktirdiğinden, gübreden kaynaklanan gıda kontaminasyonunun çok az endişe kaynağı olduğu bulunmuştur; Daha büyük endişe, kontamine toprakları yutan çiftlik hayvanları için florür toksisitesi olasılığıdır. Florürün toprak mikroorganizmaları üzerindeki etkileri de olası bir endişe kaynağıdır.

radyoaktif elementler

Gübrelerin radyoaktif içeriği önemli ölçüde değişir ve hem ana mineraldeki konsantrasyonlarına hem de gübre üretim sürecine bağlıdır. Uranyum-238 konsantrasyonları, fosfat kayalarında 7 ila 100 pCi/g ve fosfatlı gübrelerde 1 ila 67 pCi/g arasında değişebilir. Yıllık yüksek oranda fosforlu gübre kullanıldığında, bu, topraklarda ve drenaj sularında normalde mevcut olandan birkaç kat daha fazla uranyum-238 konsantrasyonlarına neden olabilir. Bununla birlikte, bu artışların gıdaların radinüklid kontaminasyonundan kaynaklanan insan sağlığı riski üzerindeki etkisi çok küçüktür (0,05 m Sv /y'den az).

Diğer metaller

Yüksek çinko seviyeleri (bitki büyümesi için gerekli) nedeniyle gübrelere geri dönüştürülen çelik endüstrisi atıkları, atıklar aşağıdaki toksik metalleri içerebilir: kurşun arsenik , kadmiyum , krom ve nikel. Bu tür gübrelerdeki en yaygın toksik elementler cıva, kurşun ve arseniktir. Bu potansiyel olarak zararlı kirlilikler çıkarılabilir; ancak bu, maliyeti önemli ölçüde artırır. Son derece saf gübreler yaygın olarak bulunur ve belki de en iyi bilinen, Mucize-Gro gibi evlerde kullanılan mavi boyaları içeren suda çözünürlüğü yüksek gübrelerdir . Bu yüksek oranda suda çözünür gübreler, fidanlık işinde kullanılır ve perakende miktarlarından önemli ölçüde daha düşük maliyetle daha büyük paketlerde bulunur. Bazı ucuz perakende granül bahçe gübreleri, yüksek saflıkta bileşenlerle yapılır.

iz mineral tükenmesi

Son 50-60 yılda birçok gıdada demir, çinko, bakır ve magnezyum gibi elementlerin azalan konsantrasyonlarına dikkat çekilmiştir. Bu düşüşlerin nedeni olarak sıklıkla sentetik gübre kullanımı da dahil olmak üzere yoğun tarım uygulamaları öne sürülmekte ve genellikle çözüm olarak organik tarım önerilmektedir. NPK gübrelerinden kaynaklanan gelişmiş mahsul veriminin bitkilerdeki diğer besin maddelerinin konsantrasyonlarını seyrelttiği bilinmesine rağmen, ölçülen düşüşün çoğu, daha az verimli olanlardan daha düşük mineral konsantrasyonlu gıdalar üreten, giderek daha yüksek verimli mahsul çeşitlerinin kullanımına bağlanabilir. atalar. Bu nedenle, organik tarımın veya gübre kullanımının azaltılmasının sorunu çözmesi pek olası değildir; yüksek besin yoğunluğuna sahip gıdaların daha eski, daha düşük verimli çeşitler kullanılarak veya yeni yüksek verimli, besin açısından yoğun çeşitlerin geliştirilmesiyle elde edildiği varsayılmaktadır.

Aslında, gübrelerin eser mineral eksikliği sorunlarını onlara neden olmaktan çok çözme olasılığı daha yüksektir: Batı Avustralya'da çinko , bakır, manganez , demir ve molibden eksikliklerinin 1940'larda ve 1950'lerde geniş dönümlük ekinlerin ve meraların büyümesini sınırladığı tespit edildi. . Batı Avustralya'daki topraklar çok eskidir, aşırı derecede yıpranmıştır ve ana besin maddelerinin ve eser elementlerin birçoğunda yetersizdir. O zamandan beri bu eser elementler bu durumda tarımda kullanılan gübrelere rutin olarak eklenir. Dünyadaki diğer birçok toprakta çinko eksikliği hem bitkilerde hem de insanlarda yetersizliğe yol açmaktadır ve bu sorunu çözmek için çinko gübreleri yaygın olarak kullanılmaktadır.

Toprak biyolojisindeki değişiklikler

Yüksek düzeyde gübre, bitki kökleri ve mikorizal mantarlar arasındaki simbiyotik ilişkilerin bozulmasına neden olabilir .

Enerji tüketimi ve sürdürülebilirlik

2004 yılında ABD'de, endüstriyel amonyak üretiminde 317 milyar fit küp doğal gaz tüketildi; bu, ABD'nin yıllık toplam doğal gaz tüketiminin % 1,5'inden daha azdı . 2002 tarihli bir rapor, amonyak üretiminin küresel doğal gaz tüketiminin yaklaşık %5'ini tükettiğini, bu da dünya enerji üretiminin %2'sinin biraz altında olduğunu öne sürdü.

Amonyak, doğal gaz ve havadan üretilir . Doğal gazın maliyeti, amonyak üretim maliyetinin yaklaşık %90'ını oluşturur. Son on yılda doğal gaz fiyatlarındaki artış, artan talep gibi diğer faktörlerle birlikte gübre fiyatlarındaki artışa katkıda bulunmuştur.

İklim değişikliğine katkı

Azotlu gübre üretimi sırasında sera gazları karbondioksit , metan ve azot oksit üretilir . CO2'nin, küresel CO2 emisyonlarının %1'inden fazlası olduğu tahmin edilmektedir. Azotlu gübre, toprak bakterileri tarafından bir sera gazı olan azot okside dönüştürülebilir . 2007 ve 2016 yılları arasında, çoğu gübreden kaynaklanan, insanlar tarafından nitröz oksit emisyonlarının yılda 7 milyon ton olduğu tahmin edilmektedir ve bu, küresel ısınmayı 2°C'nin altında sınırlandırmakla bağdaşmaz.

Atmosfer

2005 yılı için küresel metan konsantrasyonları (yüzey ve atmosfer); belirgin tüyleri not edin

2012 yılında yılda yaklaşık 110 milyon ton (N) oranında kullanılan azotlu gübre kullanımının artmasıyla, mevcut reaktif azot miktarına ek olarak azot oksit (N 2 O) en çok üçüncü sırada yer almıştır. karbondioksit ve metandan sonra önemli bir sera gazı . Eşit kütledeki karbondioksitten 296 kat daha büyük bir küresel ısınma potansiyeline sahiptir ve aynı zamanda stratosferdeki ozon tabakasının delinmesine de katkıda bulunur. Süreçleri ve prosedürleri değiştirerek, antropojenik iklim değişikliği üzerindeki bu etkilerin hepsini olmasa da bazılarını azaltmak mümkündür .

Ekin alanlarından (özellikle çeltik tarlalarından ) metan emisyonları , amonyum bazlı gübrelerin uygulanmasıyla artırılır. Metan güçlü bir sera gazı olduğundan, bu emisyonlar küresel iklim değişikliğine katkıda bulunur.

Politika

Düzenleme

Avrupa'da, akıştaki yüksek nitrat konsantrasyonları ile ilgili sorunlar, Avrupa Birliği'nin Nitrat Direktifi tarafından ele alınmaktadır. Britanya'da çiftçiler, 'havza duyarlı tarım'da topraklarını daha sürdürülebilir bir şekilde yönetmeye teşvik ediliyor. ABD'de, akış ve drenaj suyundaki yüksek konsantrasyonlarda nitrat ve fosfor, yaygın kökenleri nedeniyle noktasal olmayan kaynak kirleticiler olarak sınıflandırılır; bu kirlilik eyalet düzeyinde düzenlenir. Her ikisi de Amerika Birleşik Devletleri'nde bulunan Oregon ve Washington, gübrelerin kimyasal analizlerini listeleyen çevrimiçi veri tabanlarına sahip gübre kayıt programlarına sahiptir.

Çin'de, tarımda N gübrelerinin kullanımını kontrol etmek için düzenlemeler uygulandı. 2008'de Çin hükümetleri, gübre taşımacılığına ve endüstride elektrik ve doğal gaz kullanımına yönelik sübvansiyonlar da dahil olmak üzere, gübre sübvansiyonlarını kısmen geri çekmeye başladı. Bunun sonucunda gübre fiyatları artmış ve büyük ölçekli çiftlikler daha az gübre kullanmaya başlamıştır. Büyük ölçekli çiftlikler gübre sübvansiyonlarını azaltmaya devam ederse, sahip oldukları gübreyi optimize etmekten başka seçenekleri kalmaz, bu da hem tahıl veriminde hem de kârda artış sağlar.

Organik tarım ve konvansiyonel tarım olmak üzere iki tür tarımsal yönetim uygulaması vardır. İlki, verimliliği en üst düzeye çıkarmak için yerel kaynakları kullanarak toprak verimliliğini teşvik eder. Organik tarım, sentetik zirai kimyasallardan kaçınır. Konvansiyonel tarım, organik tarımın kullanmadığı tüm bileşenleri kullanır.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar