BIOTEHNOLOGIJA
D.M.
Veštačko đubrivo
Izum koji je nahranio svet
Biljna hraniva (biogeni elementi) su mineralne materije neophodne za rast, razvoj i prinos biljaka. Azot - za rast i razvoj, fosfor - za snažan koren i cvetanje, kalijum - za otpornost. Ovi elementi su u obradivom zemljištu često nedovoljni, pa se dodaju u obliku mineralnih đubriva.
Upotreba mineralnog (veštačkog, industrijskog) đubriva, posle Drugog svetskog rata, dovela je do povećanja prinosa, brojnosti domaćih životinja gajenih za ljudsku ishranu, ali i do stabilnog rasta ljudske populacije. Hrana je postala jeftinija i pristupačnija siromašnima, uz diskutabilan kvalitet i po cenu zagađenja zemljišta i vodotokova. Smatra se da se skoro polovina ljudi na Zemlji trenutno hrani prinosima dobijenim isključivo upotrebom mineralnih azotnih đubriva. Rat u Iranu ugrozio je proizvodnju ovog strateškog proizvoda, bez kog na Zemlji, hrane ima za najviše dve milijarde ljudi.
Prema podacima Svetske organizacije za hranu (FAO), ukupna proizvodnja đubriva u 2015. godini iznosila je 285 miliona tona, od čega su više od polovine činila azotna đubriva. Na cenu đubriva najviše utiče cena prirodnog gasa, na koji otpada oko devedeset procenata troškova proizvodnje amonijaka iz kog se dobijaju azotna đubriva. Proizvodnja amonijaka čini oko pet odsto globalne potrošnje prirodnog gasa, što je manje od dva odsto globalne proizvodnje. Najveći svetski proizvođač azotnih đubriva je Yara International, sa sedištem u Norveškoj.
Biljke pod stresom
Mineralna (veštačka, industrijska) đubriva su neorganske i organske supstance koje se koriste u poljoprivredi za poboljšanje rasta i prinosa biljaka. Proizvode se industrijski, korišćenjem prirodnih mineralnih sirovina: prirodnog gasa (metana), odnosno atmosferskog azota i kiseonika (vazduha). Od ovih sirovina se hemijskim tehnološkim procesima dobijaju osnovne hemikalije, kao što su amonijak i urea, azotna i sumporna kiselina, iz kojih se, kao finalni proizvodi, dobijaju mineralna đubriva, najčešće u obliku raznih soli rastvorljivih u vodi.
Azot, fosfor i kalijum su esencijalni makronutrijenti koji igraju suštinsku ulogu u rastu i razvoju biljaka. Azot je fundamentalan za sintezu aminokiselina, gradivnih blokova proteina. Bez dovoljno azota, biljke imaju usporen rast i lišće im žuti (ovo stanje se naziva hloroza). Povećanje nivoa azota pojačava vegetativni rast (faza u životnom ciklusu biljaka kada se razvijaju koren, stablo i listovi; dakle, od nicanja do formiranja generativnih organa - cvetova), omogućavajući usevima da ostvare svoj puni potencijal.
Fosfor podržava prenos energije putem adenozin-trifosfata i doprinosi razvoju korena. On je ključan u ranim fazama rasta biljaka jer podstiče rast snažnog korenovog sistema i cvetanje, a njegov nedostatak smanjuje prinos. Kalijum je podjednako važan jer pomaže fotosintezu, podstiče enzime i reguliše hidrataciju, osigurava da biljke izdrže stresne uslove (suša, bolest). Nedostatak kalijuma često dovodi do slabih stabljika i povećane podložnosti izazovima životne sredine.
Veštačka đubriva uglavnom podrazumevaju različite odnose između tri glavna biogena elementa: azota, fosfora i kalijuma (makronutrijenti), sekundarnih biogenih elemenata (kalcijum, sumpor, magnezijum), kao i drugih korisnih elemenata u tragovima (mikronutrijenti): bora, mangana, gvožđa, cinka, bakra i molibdena.
OD EKSPLOZIVA DO VEŠTAČKOG ĐUBRIVA |
Naučni pristup ishrani biljaka, koji je razvijen u 19. veku, između ostalog je zasnovan i na Libigovom zakonu minimuma (nemački hemičar Justus fon Libig), primenjenom na rast biljaka, a prema kome opstanak živih bića na određenom području nije određen ukupnom količinom svih resursa potrebnih za to već samo onog koju je najmanje raspoloživ.
Industriju mineralnih đubriva je pokrenuo engleski preduzetnik Džon B. Louz, koji je 1842. godine patentirao đubrivo na bazi fosfata tretiranog sumpornom kiselinom. Početkom 20. veka, razvijeni su Haber-Bošov proces za proizvodnju amonijaka iz vazduha i Ostvaldov proces dobijanja azotne kiseline iz amonijaka, čime je započeo brzi rast proizvodnje i upotrebe mineralnih đubriva, koji se nastavlja do danas.
Pre toga je šalitra (kalijum nitrat) iz nalazišta na severu Čilea (gde se i danas proizvodi) korišćena radi dobijanja azotne kiseline potrebne za dobijanje eksploziva. Međutim, nemački hemičar Fric Haber je 1908. pronašao način da se molekularni azot (iz vazduha) sjedini sa vodonikom pod pritiskom i tako obrazuje amonijak potreban za postupak, koji je osmislio rusko-nemački hemičar Vilhelm Ostvald.
Haberov proces je usavršio nemački hemičar Karl Boš. Za manje od četiri godine, tim istraživača iz kompanije BASF (Badische Anilin&Soda Faabrik), pod njegovim rukovodstvom, pronašao je jeftin i postojan katalizator, konstruisao velike reaktore, kompresore i specijalne kontrolne instrumente, koji su bili pogodni za snabdevanje vodonikom i azotom u velikim količinama.
Prva mala jedinica koja je proizvodila devet hiljada tona amonijaka godišnje započela je u Nemačkoj sa radom 1913. ali proizvodnja nije mogla da zadovolji potreba. Onda je izbio Prvi svetski rat, i britanska mornarica je već na samom početku, onemogućila Nemačku da dođe do čileanske šalitre. Međutim, Nemačka je pod Bošovim nadzorom, tokom prve dve godine rata, ubrzano gradila fabrike za proizvodnju amonijaka.
Srećom, azot je bitan i za život na Zemlji, pa je našao primenu i u veštačkim đubrivima. Između dva svetska rata, u svetu su izgrađene brojne fabrike za proizvodnju sintetičkog amonijaka, često uz finansijsku pomoć vlada, tako da se već 1930. proizvodilo 2,5 miliona tona sintetičkog azotnog đubriva. |
Prema sastavu se dele na jednostavna (mononutrijentna), kompleksna (višekomponentna) i mikroelementna mineralna đubriva. Svaka grupa ima posebnu ulogu u ishrani biljaka, a primenjuje se u zavisnosti od potreba zemljišta i faze razvoja useva. Azotna đubriva, koja podstiču rast i razvoj biljaka, najbrojnija su u grupi jednostavnih đubriva. Složena (NPK đubriva), sadrže tri osnovna elementa: azot, fosfor i kalijum u tačno određenom odnosu, i univerzalna su za većinu kultura. Mikroelementna đubriva obezbeđuju elemente u tragovima (gvožđe, cink, mangan i bakar), koji su u malim količinama važni za normalan rast i otpornost biljaka.
Mineralna đubriva se razlikuju i po agregatnom stanju i načinu primene, što utiče na brzinu delovanja i efikasnost ishrane biljaka. U praksi se koriste u granuliranom, tečnom, kristalnom ili sporooslobađajućem obliku, a izbor zavisi od tipa i potrebe tla, faze razvoja biljaka i sistema navodnjavanja. Zbog poboljšanja iskoristivosti hranljivih materija i smanjenja štetnih uticaja na životnu sredinu, danas se sve više koriste oblici mineralnih đubriva sa kontrolisanim oslobađanjem azota i drugih elemenata.
Azotna mineralna đubriva se proizvode od amonijaka dobijenog sintezom iz elementarnog vodonika i azota u Haber-Bošovom procesu. Vodonik se najčešće proizvodi parnim reformiranjem metana (prirodnog gasa), a azot se uzima iz vazduha. U duhu borbe protiv klimatskih promena, planira se da se, uskoro, vodonik potreban za sintezu amonijaka u većoj meri dobija elektrolizom vode, uz električnu energiju iz obnovljivih izvora energije („zeleni vodonik“ i „zeleni amonijak“).
Uz pametnu upotrebu resursa
Najčešće azotno đubrivo je KAN (kalcijum-amonijum-nitrat), obično mešavina amonijum nitrata i krečnjaka ili dolomita. Sadrži azot u dva hemijska oblika (amonijak, nitrat), koji se oslobađaju u zemljište različitim brzinama, što povećava efikasnost đubriva. Urea je takođe azotno mineralno đubrivo (sadrži 46 odsto azota). Njeno dejstvo je sporije, budući da azot nije dostupan biljkama sve dok ga mikroorganizmi u zemljištu ne pretvore u nitrate, pa se koristi za đubrenje pre setve.
Najčešća fosfatna đubriva su superfosfat (rastvorljiva smeša monokalcijum-fosfata i kalcijum-sulfata) i trostruki superfosfat (ima više hranljivih materija jer ne sadrži kalcijum-sulfat). Fosfatna đubriva se koriste pre setve i za đubrenje u ranim fazama rasta. Kalijumova đubriva su najčešće na bazi kalijum-hlorida i kalijum-sulfata. Pošto su prekomerne količine hlora u zemljištu štetne za neke biljke, češće se koristi kalijum-sulfat.
Primena različitih vrsta mineralnih đubriva je od ključnog značaja za postizanje visokih i stabilnih prinosa. Pravilnim izborom formulacije i količine đubriva, obezbeđuje se da biljke dobiju sve potrebne hranljive materije u pravom trenutku i u pravoj meri, čime se, osim povećanja proizvodnje, poboljšava i kvalitet plodova, dok zemljište zadržava plodnost i biološku aktivnost. Optimalni prinos zavisi od uravnoteženog snabdevanja ovim nutritijentima. Svaki hranljivi sastojak interaguje sa drugima, stvarajući složenu mrežu međuzavisnosti. Na primer, dostupnost azota može uticati na usvajanje fosfora.
Savremena poljoprivreda se zasniva na pametnoj upotrebi resursa pa je kombinovanje mineralnih i organskih đubriva najbolji način da se postignu dugoročna održivost i ekonomska isplativost proizvodnje. Uz pravilnu primenu i odgovarajuću mehanizaciju, industrijska (veštačka, mineralna) đubriva postaju pouzdani saveznik svakog poljoprivrednika u očuvanju zemljišta i povećanju prinosa.
D.M.
Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"
|
