Instrumente

Urmăriți jurnalul

Dep. de energie și tehnologie, Univ. suedeză de științe agricole (SLU), Box 7032, Uppsala, 75007 Suedia

Corespondenţă

Christian Sigtryggsson, Dep. de energie și tehnologie, Univ. suedeză de științe agricole (SLU), Box 7032, Uppsala, 75007, Suedia.

Dep. de sol și mediu, Univ. suedeză de științe agricole (SLU), Box 7014, Uppsala, 75007 Suedia

Dep. de sol și mediu, Univ. suedeză de științe agricole (SLU), Box 7014, Uppsala, 75007 Suedia

Dep. de energie și tehnologie, Univ. suedeză de științe agricole (SLU), Box 7032, Uppsala, 75007 Suedia

Corespondenţă

Christian Sigtryggsson, Dep. de energie și tehnologie, Univ. suedeză de științe agricole (SLU), Box 7032, Uppsala, 75007, Suedia.

Dep. de sol și mediu, Univ. suedeză de științe agricole (SLU), Box 7014, Uppsala, 75007 Suedia

Dep. de sol și mediu, Univ. suedeză de științe agricole (SLU), Box 7014, Uppsala, 75007 Suedia

Abstract

Având ca scop îmbunătățirea gestionării îngrășămintelor prin evaluarea dizolvării îngrășămintelor, am comparat higroscopicitatea azotatului de calciu amoniu (CAN), azotatului de amoniu (NS 27-4) și a compușilor azotați (de laborator). Dizolvarea îngrășămintelor cu N a fost studiată și în condiții de ploaie simulate. Toți compușii au fost foarte higroscopici, dizolvându-se în decurs de 24 de ore la 90-99% umiditate relativă și 25 ° C. Adăugarea de 2 mm de ploaie la granulele de îngrășământ (3–4,5 mm diametru) a fost suficientă pentru a dizolva 50% din compuși. Viteza de dizolvare prin umiditate sau ploaie nu a fost pasul limitativ pentru disponibilitatea plantelor.

Abrevieri

1. INTRODUCERE

Îngrășămintele cu azot (N) sunt aplicate în zilele noastre cu o mare precizie pentru a satisface cererea recoltei, folosind tehnici de senzori combinate cu aplicarea divizată (Hooper, Zhou, Coventry și McDonald, 2015). Cu toate acestea, îngrășămintele solubile aplicate în doze separate necesită apă din sol, precipitații sau suficientă umiditate a aerului pentru a se dizolva și a deveni plantă disponibilă. Dizolvarea rapidă este critică mai ales în etapele ulterioare din timpul creșterii culturilor pentru o eficiență ridicată a utilizării N. Pentru a îmbunătăți în continuare gestionarea îngrășămintelor, sunt necesare cunoștințe despre dinamica dizolvării.

Datele din literatura de specialitate arată că compușii azotați precum azotatul de calciu [Ca (NO3) 2] și azotatul de amoniu (NH4NO3) sunt foarte solubili în apă, cu solubilitate de 1,44 g solid g -1 H2O pentru azotatul de calciu tetrahidrat și 2,13 g pentru azotatul de amoniu, care este de patru până la șase ori mai mare decât pentru clorura de sodiu (NaCl) (Lide, 2004). Cu toate acestea, studiile despre cinetica dizolvării acestor compuși sunt rare. Ambele sunt higroscopice, absorbând vapori de apă din aerul înconjurător, ceea ce are ca rezultat aglomerarea și dizolvarea, proces denumit deliquescență. Higroscopicitatea și deliquescența acționează simultan, fiind dependente de umiditatea relativă a aerului înconjurător. Umiditatea relativă de 50,5% pentru azotatul de calciu și 62,7% pentru azotatul de amoniu sa dovedit a fi suficientă pentru a provoca deliquescență la 25 ° C (Adams și Merz, 1929). Într-un studiu, absorbția de apă higroscopică a azotatului de amoniu utilizat la explozivi a constituit 0,15 g apă g -1 solid timp de 2 ore la umiditate relativă 87-94% și 28 ° C (Harris, 1970).

În acest studiu, am stabilit să examinăm cantitatea de apă și timpul necesar pentru dizolvarea unei granule de îngrășământ. Scopul a fost de a determina rata de dizolvare a două îngrășăminte comerciale cu azot atunci când sunt expuse fie la aer umed, fie la precipitații. Higroscopicitățile au fost comparate cu cele ale compușilor chimici similari. Obiectivele noastre specifice au fost (a) măsurarea potențialului maxim de higroscopicitate și dizolvare a Ca (NO3) 2 și NH4NO3 și a compușilor chimici comparabili la umiditate relativă ridicată și (b) cuantificarea ratelor de dizolvare a celor două îngrășăminte sub precipitații prin precipitații simulate.

2 MATERIAL ȘI METODE

Au fost utilizate două îngrășăminte comerciale granulate și acoperite cu azot, azotat de calciu amoniu (CAN 15.5) și azotat de amoniu amestecat cu anhidrit și dolomit (NS 27-4) (Yara International ASA) pentru experimentele de higroscopicitate și precipitare. Azotatul de calciu amoniu [5Ca (NO3) 2 * NH4NO3 * 10H2O] este o sare dublă cu 15,5% N (14,4% ca NO3 - N și 1,1% ca NH4 - N) și 18,8% Ca. Amestecul NS 27‐4 [NH4NO3 (80%) + CaSO4 + CaMg (CO3) 2] conține 27% N (13,5% ca NH4 - N și respectiv NO3 - N), 3,7% S și 0,6% Mg. Ambele îngrășăminte sunt acoperite cu un amestec (0,3%) de ceară, ulei și rășină (Obrestad & Tande, 2016). Substanțele chimice de referință utilizate în experimentul de higroscopicitate au fost azotatul de calciu tetrahidrat [Ca (NO3) 2 * 4H2O] și azotatul de amoniu (NH4NO3) (puritate 99,4–99,5; produse chimice VWR).

2.1 Dizolvarea prin higroscopicitate

Higroscopicitatea a fost măsurată la temperatură controlată (25 ± 1 ° C) și umiditate relativă 90-99% într-un set de laborator urmând principiile Harris (1970). A 3‐ la 4,5 - mm - diam. a fost selectată o fracțiune de granule de îngrășământ, reprezentând mărime medie și având ca scop o distribuție uniformă a mărimii. Cincisprezece granule (greutate totală 0,6 g) și 0,75 g substanțe chimice de referință constând din cristale de sare (-1 .

Idei de bază

  • Îngrășămintele higroscopice cu N sunt dizolvate în câteva ore la umiditate ridicată a aerului.
  • Pentru dizolvarea prin ploaie este necesară doar o cantitate mică de precipitații.
  • Diluarea suplimentară a ionilor dizolvați, nu dizolvarea, este etapa limitativă pentru absorbția de plante N.

2.2 Dizolvarea prin ploaie simulată

Pentru măsurarea dizolvării prin precipitații, a fost utilizat un simulator de ploaie construit de Sigtryggsson (2018). S-a înregistrat greutatea exactă a granulelor de îngrășământ intacte, iar granulele au fost distribuite uniform peste plase din oțel inoxidabil similare cu cele utilizate în experimentul de higroscopicitate, acoperind aproximativ 1% din suprafața. Apa deionizată (21,6 ± 0,5 ° C) a fost pulverizată peste granule la fiecare 2 minute timp de 40-50 min la o rată care corespunde cu 18 mm h -1, echivalent cu intensitate moderată până la intensă a ploii. Apa de ploaie s-a scurs imediat din plasa de oțel. Drenajul după fiecare pulverizare a fost colectat, cântărit și analizat pentru conductivitate (inoLab Cond 720, WTW). Fiecare compus de îngrășământ a fost supus la cinci teste replicate. Măsurătorile conductivității au fost convertite în concentrații utilizând un factor de conversie pentru standardele preparate din aceiași compuși, în urma unei relații liniare (Patten și Bennett, 1962). Acoperirea de 1% a plasei metalice de către granule a fost echivalentă cu 180 kg ha -1 produs, dar s-au putut adăuga cantități mai mari fără a afecta rezultatul măsurătorilor.

3. REZULTATE SI DISCUTII

3.1 Captarea higroscopică a apei și dizolvarea compusului

Valorile medii ale higroscopicității și dizolvării au fost ajustate la funcțiile liniare sau exponențiale utilizând SigmaPlot 12.0 (Systat Software Inc.), rezultând coeficienți ridicați de determinare, R 2 = .995 - .999 (Sigtryggsson, 2018). Cele două substanțe chimice au fost mai higroscopice decât cele două îngrășăminte testate, probabil datorită cristalului mai mic decât granulele și lipsei acoperirii. În 24 de ore, azotatul de calciu a absorbit 1,80 g de apă, în timp ce îngrășământul CAN a absorbit 0,47 g (Figura 1). În comparație, azotatul de amoniu a absorbit 2,36 g de apă și îngrășământul cu azotat de amoniu 1,52 g. Azotatul de amoniu a avut cea mai mare higroscopicitate, absorbind 0,41 g timp de 2 ore, în timp ce îngrășământul cu azotat de amoniu a absorbit doar 0,16 g.

studii

Valorile higroscopicității înregistrate au fost mai mari decât cele raportate pentru nitratul de amoniu și sărurile de îngrășăminte (Harris, 1970; Mooney, 1924). Cu toate acestea, în studiul nostru, umiditatea a fost menținută constantă prin alimentarea continuă cu apă. Comparația ratelor de dizolvare (procent de greutate; Figura 1) a arătat că în decurs de 5 ore, toți compușii testați, cu excepția îngrășământului CAN, s-au dizolvat complet. Timpul necesar pentru dizolvarea completă a fost de 2,3 ore pentru azotatul de amoniu, 4,3 ore pentru azotatul de calciu, 5,0 ore pentru îngrășământul cu azotat de amoniu și 21,1 ore pentru CAN (Figura 1). Umiditățile relative peste 90% apar ocazional în condiții de teren (NOAA, 2016). Ratele noastre de dizolvare înregistrate dovedesc că există un potențial de dizolvare rapidă în condiții de umiditate ridicată a aerului, chiar și în absența ploii.

3.2 Dizolvarea prin simulare a ploii

În testele de simulare a ploii, 50% din cele două îngrășăminte N s-au dizolvat atunci când au fost expuse la aproximativ 2 mm de apă de ploaie (Figura 2), ceea ce a fost realizat în decurs de 7 minute (18 mm h -1). Sărurile nu au fost complet spălate după dizolvare, astfel încât curbele au fost alungite și aplatizate. Dizolvarea completă a fost probabil realizată atunci când curbele s-au îndoit la punctul de 90%. Acest lucru indică faptul că aproximativ 6 și 7 mm de apă de ploaie au fost necesari pentru ca azotatul de amoniu și respectiv îngrășămintele CAN să devină lichide. Expunerea scurtă și intensivă a fost aleasă în acest studiu pentru a exclude sau minimiza efectul paralel al higroscopicității asupra dizolvării.

3.3 Impactul entalpiei asupra dizolvării

În plus față de acoperirea și dimensiunea mai mare a particulelor granulelor de îngrășământ, entalpia soluției (soluție sH) are un impact asupra higroscopicității. Cu cât o sare este mai endotermă în timpul dizolvării, cu atât este mai mică presiunea vaporilor și cu atât este mai mare higroscopicitatea. Entalpia soluției (kJ g -1) pentru compușii testați este de +0,32 pentru azotatul de amoniu, +0,14 pentru azotatul de calciu și +0,08 pentru îngrășământul CAN (Grishchenko, Druzhinina, Tiflova și Monayenkova, 2018; Laue, Thiemann, Scheibler, & Wiegand, 2000; Medvedev și colab., 1978). Descoperirile noastre au fost în conformitate cu aceste valori, iar proprietățile endotermice relativ slabe ale CAN ar putea, împreună cu prezența acoperirii, să explice higroscopicitatea sa mai mică.

3.4 Cerința de diluare

Dizolvarea îngrășămintelor de N prin umiditate și precipitații a dus la o conductivitate ridicată în soluție. De exemplu, conductivitatea unui singur eșantion de levigat din simulatorul de ploaie a fost de până la 4,8 S m -1, în timp ce toleranța plantelor la concentrațiile de ioni este mult mai mică, de exemplu, pentru grâu 0,47 S m -1 (Amacher, Koenig și Kitchen, 2000). Compușii dizolvați prin higroscopicitate au avut concentrații de sare apropiate de saturație, care inhibă asimilarea ionilor de către culturi și necesită diluare suplimentară (Marschner, 1986).

4. CONCLUZII

Rezultatele noastre experimentale confirmă faptul că, în comparație cu sărurile de laborator, învelișurile de îngrășăminte reduc higroscopicitatea conform intenției. Precipitații și evenimente de irigare care depășeau 6 mm sau o perioadă de 24 de ore de> 90% umiditate relativă la 25 ° C, a fost necesară pentru a incita dizolvarea completă a plantelor - formele disponibile N din azotatul de amoniu (NS 27-4) și îngrășămintele CAN . Se poate presupune că dizolvarea nu este pasul limitativ pentru disponibilitatea plantelor de îngrășăminte N testate.

MULȚUMIRI

Studiul a fost sponsorizat de Fundația Fermierilor Suedezi pentru Cercetări Agricole (Grant nr. O - 16-20-2061), căruia îi mulțumim.

CONFLICTUL DE INTERES

Autorii nu declară niciun conflict de interese.