بحث عن الأسمدة الكيماوية

السماد مادة كيميائية طبيعية أو صناعية تحتوي على عنصر أو أكثر من العناصر الغذائية الضرورية لتعزيز نمو النبات وخصوبة التربة. معظم الأسمدة الكيماوية المستخدمة هي الأسمدة NPK الغنية بالنيتروجين (N) والفوسفور (K) والبوتاسيوم (K). تضيف الأسمدة أيضًا مغذيات ثانوية مثل الكبريت والمغنيسيوم والكالسيوم إلى التربة.

أهمية استخدام الأسمدة الكيماوية

تكمن أهمية الأسمد الكيماوية في النقاط التالية:

• تجعل الأسمدة النباتات أكثر مقاومة للآفات. وبالتالي ، يوجد عدد أقل من الأمراض ، مما يمنح المحاصيل قيمة جمالية.
• تعمل الأسمدة على تحسين قدرة النباتات على الاحتفاظ بالمياه وزيادة عمق الجذر.
• يقوي محتوى البوتاسيوم الموجود في الأسمدة سيقان النباتات.
• يساعد الفوسفور الموجود في الأسمدة في سرعة نمو الجذور وتكوين البذور في النباتات.
• يعزز النيتروجين الموجود في الأسمدة نمو النبات ، والذي يظهر في اللون الأخضر للنباتات.
• تساهم الأسمد ة الكيماوية في زيادة إنتاجية المحاصيل الزراعية.

أنواع الأسمدة الكيماوية الرئيسية

تحول صناعة الأسمدة المواد الخام إلى ثلاثة أنواع رئيسية من الأسمدة: النيتروجين (الأمونيا) والفوسفور والبوتاسيوم. تتطلب هذه التطبيقات المختلفة عمليات كيميائية مع التحكم الدقيق ومراقبة درجة الحرارة والضغط والمستوى والتدفق.

1. الأسمدة النيتروجينية

تتطلب الأسمدة النيتروجينية ، وهي المجموعة الأكبر والأكثر أهمية ، عدة خطوات لإنتاجها. المواد الخام هي النيتروجين من الهواء والهيدروجين من الغاز الطبيعي / الميثان (CH4). عند مزجه في درجة حرارة وضغط مرتفعين ، يكون المنتج الناتج هو الأمونيا (NH3).

يتأكسد هذا المنتج الوسيط لإنتاج حمض النيتريك (HNO3) ، مما يؤدي إلى ظهور الأسمدة المعدنية نترات الأمونيوم (AN) ويخلط مع ثاني أكسيد الكربون واليوريا.

النوع الثالث من الأسمدة النيتروجينية هو نترات الأمونيوم اليوريا (UAN) ، والتي يتم تصنيعها عن طريق خلط AN ، واليوريا ، والماء.

2. الأسمدة الفوسفورية

تأتي هذه المجموعة من الأسمدة من الصخور الفوسفورية ، وهو معدن مستخرج. عند معالجة مركزات الفوسفات بحمض الكبريتيك (H2SO4) ، يتم تحويلها إلى سوبر فوسفات بسيط (SSP) أو حمض فوسفوريك. يتم خلط هذا الحمض مع الأمونيا لإنتاج فوسفات الأمونيوم الأحادي (MAP) أو فوسفات ثنائي الأمونيوم (DAP).

يمكن تصنيع سماد الفوسفات الثلاثي (TSP) عن طريق تركيز حمض الفوسفوريك أو عن طريق زيادة تركيز الفوسفات.

3. الأسمدة القائمة على البوتاسيوم

يأتي هذا السماد أيضًا من معدن مستخلص: صخور البوتاسيوم ، اندماج كربونات البوتاسيوم وأملاح البوتاسيوم. تبدأ عملية تصنيع سماد البوتاسيوم بتركيز البوتاس ومعالجته للحصول على محلول كلوريد البوتاسيوم. ينتج هذا المحلول مورات البوتاسيوم (MOP) ونترات البوتاسيوم (KN) عند مزجه مع حمض النيتريك وكبريتات البوتاسيوم (SOP) عند مزجه مع حمض الكبريتيك.

اقرأ أيضاً: سماد NPK : كل ماتحتاج لمعرفته

أنواع أسمدة كيماوية أخرى

1. كبريتات الأمونيوم

هو سماد نيتروجيني يستخدم لرفع مستوى إنتاج المحاصيل مثل الأرز والبطاطس وما إلى ذلك. في هذا الأسمدة يوجد ما يقرب من 25٪ من الأمونيا التي يتم تحويلها إلى نترات بواسطة بكتيريا نزع النتروجين الموجودة في التربة القلوية. النترات قابلة للذوبان في الماء ويمكن للنباتات امتصاصها بسهولة من التربة.

2. نترات أمونيوم الكالسيوم

هذا سماد نيتروجيني تمتصه النباتات مباشرة. نظرًا لأنه يتم امتصاصه مباشرة بواسطة الماء ، فلا مجال للتلوث بهذا السماد.

3. سوبر فوسفات الجير

هذا خليط متجانس من فوسفات الكالسيوم والجبس. المكون التفاعلي لهذا السماد هو فوسفات الكالسيوم القابل للذوبان في الماء.

4. اليوريا

تعتبر اليوريا أهم سماد نيتروجيني بسبب محتواها العالي من النيتروجين (46٪ نيتروجين). إلى جانب استخدامه في المحاصيل ، فإنه يستخدم كمكمل غذائي للماشية ليحل محل جزء من متطلبات البروتين. كما أن له العديد من الاستخدامات الصناعية لا سيما في إنتاج البلاستيك.

إذا تم تطبيق اليوريا على سطح التربة المكشوف فقد تفقد كميات كبيرة من الأمونيا عن طريق التطاير بسبب تحللها المائي السريع إلى كربونات الأمونيوم. يمكن تغيير التحلل المائي لليوريا باستخدام عدة مركبات تسمى مثبطات اليوريا. تعمل هذه المثبطات على تعطيل الإنزيم وبالتالي تمنع التحلل المائي السريع لليوريا عند إضافته إلى التربة. ومن ثم يجب اتخاذ خطوات خاصة عند تطبيق اليوريا على التربة لمنع فقدان النيتروجين من خلال تفاعل كيميائي.

التحلل المائي السريع لليوريا في التربة مسؤول أيضًا عن إصابة الشتلات بالأمونيا إذا تم وضع كميات كبيرة من هذه المادة مع البذور أو بالقرب منها. ومن ثم يتم استخدامه أثناء إدخال البذور في التربة ولكن هذا السماد لا يتم إحضاره أبدًا عند ملامسة البذور. بعد نثر اليوريا على التربة ، يتم توفير الماء بعد 3-4 أيام.

5. سياناميد الكالسيوم

سياناميد الكالسيوم (ويسمى أيضًا النيتروليم) هو مركب كيميائي يستخدم كأسمدة. يساعد النباتات على الوصول إلى غلات عالية ، وبالتالي تعظيم الأرباح للمزارعين. يتم وضع المادة الكيميائية مباشرة على التربة حيث تتحلل إلى مكونات مفيدة لنمو النبات. يستخدم هذا السماد قبل إدخال البذور في التربة ولكنه لا يستخدم أبدًا لأغراض نمو المحاصيل.

6. نترات الكالسيوم

هذا هو الأسمدة النيتروجينية. يُعرف أيضًا باسم الملح المزدوج لأنه يتكون من عنصرين مغذيين شائعين في الأسمدة الغنية بالصوديوم.

ما السماد الذي يجب استخدامه وكيف؟

• نظرًا لأن الفوسفات يتحرك عمومًا على مسافة قصيرة فقط من نقاط وضعه ، لذلك من أجل توفر أفضل ، يجب وضع الفوسفات في منطقة تطور الجذر لاستخدامه بواسطة النبات. التطبيق السطحي بعد زراعة محصول لا يكون في منطقة نشاط الجذر.
• يميل وضع الفوسفور القابل للذوبان في الماء في الانحناءات إلى تقليل التلامس مع التربة ويؤدي إلى تثبيت أقل من تطبيق البث.
• على عكس الفوسفور ، فإن أملاح النترات متحركة وتتحرك عموديًا أو أفقيًا داخل التربة مع تحرك الماء. في التربة ذات النسيج الناعم ، تكون حركة N مقيدة.
• تعتبر أملاح البوتاسيوم أقل قدرة على الحركة من النترات ولكنها أكثر قدرة على الحركة من P.
• بشكل عام ، تكون الأسمدة الحاملة لـ N و K أكثر قابلية للذوبان من مادة P. لذلك ، لا يمكن تركيزها بأمان بكمية كبيرة بالقرب من البذور أو جذور النباتات بسبب خطر تلف الملح.
• وبالمثل ، يؤدي انخفاض رطوبة التربة إلى زيادة تركيز محلول التربة. لذلك ، من المحتمل أن تتسبب كمية كبيرة نسبيًا من الأسمدة الموضوعة بالقرب من جذور البذور أو الشتلات في حدوث إصابة خلال فترات الجفاف ، عمليًا عندما تحدث هذه الفترات بعد تطبيق الأسمدة بوقت قصير.
• من المستحسن تقسيم إجمالي متطلبات النيتروجين للأسمدة إلى عدة أجزاء ليتم تطبيقها من وقت لآخر خلال موسم النمو. يجب وضع الأسمدة الغنية بالبوتاسيوم في شريط على جانب وأسفل البذرة أو الزرع.

مزايا وعيوب الأسمدة الكيماوية

المزايا

• الأسمدة الكيماوية يمكن التنبؤ بها ويمكن الاعتماد عليها.
• يمكن استخدام السماد في التربة الفقيرة لجعلها خصبة على الفور.
• يضيفون كمية كافية من العناصر الغذائية التي يحتاجها النبات.
• أنها تحتوي على العناصر الغذائية الأساسية الثلاثة (NPK) اللازمة لنمو النبات.
• فهي أرخص من الأسمدة العضوية وسهلة الاستخدام.
• أنها تسمح بنمو نباتات الخضروات نفسها في نفس المنطقة ، مما يلغي الحاجة إلى تناوب المحاصيل.
• يمكن تصنيع الأسمدة حسب الطلب لتلائم متطلبات تربة المحاصيل ، مما يجعل الأرض مثالية للزراعة.

السلبيات

• تؤثر الأسمدة الكيماوية على الكائنات الحية الدقيقة التي تعيش في التربة. تؤثر حموضة الأسمدة الكيماوية أيضًا سلبًا على درجة حموضة التربة وتجعلها حمضية ، وبالتالي تغيير أنواع الكائنات الحية الدقيقة التي يمكن أن تعيش في التربة. يؤدي الاستخدام المطول للأسمدة الكيماوية إلى زيادة الآفات ويقتل الميكروبات المفيدة الموجودة في التربة.
• الأسمدة الكيماوية قابلة للذوبان بدرجة عالية في الماء ومن ثم تتسرب بعيدًا في المياه الجوفية دون الاستفادة الكاملة من النبات. وبالتالي يتوفر عدد أقل من العناصر الغذائية للنبات. تسرب الأسمدة الكيماوية يلوث المياه. تتسرب هذه المواد الكيميائية أيضًا إلى باطن الأرض ، حيث تتفاعل مع الطين ، وتشكل طبقات غير منفذة تسمى الطبقة الصلبة. وبالتالي يسبب انضغاط التربة.
• الأسمدة الكيماوية تشجع أمراض النبات. تحتوي الأسمدة الكيماوية سريعة التحرر على نسبة عالية من النيتروجين مقارنة بالأسمدة العضوية بطيئة الإطلاق. عندما يكون هناك فائض من النيتروجين (N) فيما يتعلق بالفوسفات (P) ، فإن النباتات تكون أكثر عرضة للإصابة بالفسيفساء. يؤدي الاستخدام المفرط لهذه الأسمدة إلى تدمير الميكروبات المفيدة الموجودة في التربة.
• بينما تساعد الأسمدة النبات على النمو ، فإنها لا تفعل الكثير للتربة. عندما يتم استخدام الأسمدة الكيماوية لفترة طويلة ، تتضرر التربة حيث لا يتم تجديد العناصر الغذائية النزرة في التربة.
• يمكن أن يساهم النيتروجين الزائد المستخدم في تسميد المحاصيل في إطلاق غازات الدفيئة مثل ثاني أكسيد الكربون وأكسيد النيتروز في الغلاف الجوي. ينتج هذا التأثير عن استخدام كمية أكبر من الأسمدة الكيماوية أكثر مما تستطيع النباتات امتصاصه بسهولة.
• هناك قلق متزايد من أن الاستخدام المستمر للأسمدة الكيماوية على التربة يستنزف التربة من العناصر الغذائية الأساسية. نتيجة لذلك ، يحتوي الطعام المنتج في هذه التربة على محتوى أقل من الفيتامينات والمعادن.

اقرأ أيضاً: أضرار الأسمدة الكيماوية على صحة الإنسان

التخثث

تساهم الممارسات الزراعية والاستخدام المفرط للأسمدة الكيماوية في التربة في تراكم العناصر الغذائية. عندما تصل هذه العناصر الغذائية إلى مستويات تركيز عالية ولم تعد الأرض قادرة على استيعابها ، يتم نقلها بواسطة المطر إلى الأنهار والمياه الجوفية التي تتدفق إلى البحيرات أو البحار. وهكذا يزداد مستوى المغذيات في البحيرات أو البحر. هذا يزيد من نمو الطحالب والنباتات المائية وتؤثر سلباً على حياة الأسماك. هذه الظاهرة تسمى التخثث.

الفرق بين الأسمدة العضوية والأسمدة الكيماوية

هناك عدد من الفروقات بين السماد العضوي والسماد الكيماوي تتمثل في:

• السماد العضوي هو مادة طبيعية أو عضوية يتم الحصول عليها عن طريق تحلل النفايات النباتية والحيوانية بواسطة الميكروبات وديدان الأرض والفطريات وما إلى ذلك. أما السماد الكيماوي مادة اصطناعية أو مركب غير عضوي.
• نسبة المغذيات في السماد العضوي تكون أقل منها بكثير في السماد الكيماوي
• يوفر السماد العضوي انتاجية محدودة للمحاصيل، أما الإنتاجية في السماد الكيماوي تكون أكبر.
• يتم إنتاج السماد العضوي في الحقول باستخدام النفايات النباتية والحيوانية والمزرعة. أما الأسمدة الكيماوية يتم إنتاجها في المصانع الخاصة باستخدام المواد الكيماوية.
• ذوبان الأسمدة العضوية بطيء وكذلك امتصاصه من قبل النبات أما الأسمدة الاكيماوية يكون ذوبانها وامتصاصها سريع من قبل النبات.
• التعلمل مع الأسمدة العضوية ونقلها وتخزينها غير مريح. أما الأسمدة الكيماوية تتميز بسهولة نقلها واستخدامها.
• لا توجد آثار جانبية أو تلوث نتيجة استخدام السماد العضوي. لكن هناك آثار جانبية وتلوث ناتج عن استخدام الأسمدة الكيماوية.

الاحتياطات في استخدام الأسمدة

• اذهب لاختبار التربة. يجب حساب كمية السماد (الأسمدة) بناءً على اختبار التربة للاستخدام المتوازن للمغذيات.
• يجب استخدام العناصر الغذائية الثانوية مثل الكبريت إما بمفردها أو من خلال الأسمدة التي تحتوي على الكبريت. في التربة الحمضية ، يجب الحفاظ على الكالسيوم والمغنيسيوم عند المستوى الأمثل.
• يجب استخدام المغذيات الدقيقة عند الضرورة. في التربة الحمضية ، يجب توفير البورون والموليبدينوم ، وفي التربة القلوية ، الحديد والزنك والمنغنيز. التربة الجيرية الغنية بالفوسفات قد تظهر مشاكل نقص الزنك.
• يجب اختيار الأسمدة على أساس خصائص التربة التي تتجنب الأسمدة الحمضية في التربة الحمضية والأسمدة الأساسية في التربة القلوية.
• تحسين بنية التربة من خلال إضافة السماد العضوي والجبس. يجب أن تكون التربة السوداء والغرينية محروثة بعمق.
• يجب الاهتمام باستخدام الأصناف عالية الغلة ، والري في الوقت المناسب والكميات المناسبة ، وإزالة الأعشاب الضارة ، والتباعد ، وعدد النباتات وما إلى ذلك.

عند اتخاذ الاحتياطات المذكورة أعلاه ، فإن الاستخدام المستمر للأسمدة لن يقلل من خصوبة التربة بل سيساعد في الحفاظ على غلات محاصيل أعلى.

تحديات إنتاج الأسمدة الكيماوية

يتطلب إنتاج الأسمدة التحكم الدقيق ومراقبة درجات الحرارة المرتفعة والضغوط ، بالإضافة إلى مستوى وتدفق المواد الخام والعوامل الحفازة. بالإضافة إلى ذلك ، نظرًا لأن الأسمدة والمحفزات مواد كاوية ، يجب أن تكون أدوات القياس قادرة على تحمل الظروف الصعبة وظروف المعالجة.

كل عملية لها تحدياتها الخاصة. في صميم إنتاج الأسمدة هو مطلب السلامة والموثوقية والفعالية.

1. التحديات في إنتاج الأمونيا

يستخدم معظم منتجي الأمونيا اليوم عملية هابر بوش ، والتي تتطلب ضغوطًا عالية للغاية ودرجات حرارة عالية بشكل معتدل ومحفزات لإحداث تفاعل كيميائي. يتمثل أحد أكبر التحديات في إيجاد التوازن الصحيح بين الضغط ودرجة الحرارة لزيادة حركية تفاعل النيتروجين والهيدروجين بهدف التحويل إلى الأمونيا.

طريقة شائعة للحصول على الأمونيا ، بسبب طبيعتها المتجددة ، هي المعالجة الكهروكيميائية عن طريق التحليل الكهربائي. اعتمادًا على نوع الإلكتروليت المستخدم ، تتضمن هذه العملية أيضًا درجة حرارة متوسطة أو عالية وظروف ضغط لتحويل الأمونيا.

2. تحديات إنتاج حامض الفوسفوريك

يتم إنتاج حمض الفوسفوريك من خلال عمليتين. العملية “الرطبة” التي ينتج عنها حمض أقل نقاءً. ومع ذلك ، عادة ما يستخدم هذا الحمض كسماد دون الحاجة إلى مزيد من المعالجة أو تفاعل حراري لإنتاج حمض عالي النقاوة.

في العملية الرطبة ، يضاف حامض الكبريتيك المركز إلى صخور الفوسفات في سلسلة من المفاعلات تحت التقليب القوي ، متبوعًا بالترشيح لفصل المنتجات الثانوية. أخيرًا ، يزيد التبخر من تركيز حامض الفوسفوريك لإنتاج سماد تجاري. يتمثل أحد التحديات الرئيسية للعملية الرطبة في الطبيعة شديدة التآكل لحمض الكبريتيك المستخدم في التفاعل.

طريقة أخرى لإنتاج حامض الفوسفوريك هي العملية الحرارية. يُحرق الفوسفور في الهواء عند درجات حرارة تتراوح من 1500 درجة مئوية تقريبًا إلى 2700 درجة مئوية ، ثم يتم ترطيبه مباشرةً بالبخار للحصول على حمض الفوسفوريك بتركيز 85٪ تقريبًا. يمكن معالجة الفوسفات ، وأملاح حمض الفوسفوريك ، بالاشتراك مع الأمونيا للحصول على مركبات الأسمدة المختلفة. أحد أكبر تحديات العملية الحرارية هو الظروف شديدة التآكل التي تنشأ أثناء الإنتاج.

3. تحديات إنتاج البوتاس

يتم الحصول على الأسمدة التي تحتوي على نسبة منخفضة من البوتاس من المعادن المستخرجة. أولاً ، يتم حقن معادن البوتاس بالماء الساخن لتكوين المحلول الملحي المستخدم كمواد خام. المرحلة التالية من العملية هي مرحلة التبخر باستخدام ضاغط حراري ، تليها سلسلة من التبلور في درجات حرارة وضغوط منخفضة تدريجيًا لاستعادة كلوريد البوتاسيوم ، المنتج الوسيط الرئيسي. يتمثل التحدي الرئيسي في إنتاج بوكل في الحفاظ على ضغط ودرجة حرارة دقيقة لكفاءة النظام. يعد تدفق المياه أيضًا معلمة مهمة للتحكم ، حيث إنه يضمن نقاء المنتج وحجم الجزيئات.

يزيد مصنعو الأسمدة من جهودهم لتحسين الأداء من أجل أن يصبحوا صناعة أكثر أمانًا وموثوقية وصديقة للبيئة. لن يتم تحقيق ذلك إلا من خلال أجهزة تحكم عملية مبتكرة وعالية الأداء.

المراجع

1. Chemical Fertilizer – an overview – ScienceDirect Topics
2. The Importance Of Using Chemical Fertilizers – FGS
3. Chemical Fertilizers – thefactfactor