Постійне надходження сірки (S) в рослини має дуже важливе значення для їх нормального росту та розвитку. Органічна речовина – основне джерело сірки у ґрунті. Сірка, що входить до складу органічних сполук, спочатку має окислитися до сульфатної – водорозчинної – форми, а після цього стає доступною рослинам. Основна частина сірковмісних добрив (елементарна сірка) утворюється у процесі очищення різних видів викопного палива. Існує велика кількість хороших водорозчинних і повільнодіючих сірковмісних добрив, які за оптимальних доз, строків і способів внесення здатні задовольнити потреби рослин у сірці.
Сірка – дуже поширений у природі елемент, який має важливе значення для функціонування як рослинних, так і тваринних організмів. Великі родовища елементарної сірки виявлено у вулканічно активних областях світу. До порівняно недавнього часу сірчаною сировиною слугували вулканічна сірка і пірит. У ХХ столітті Г. Фраш розробив спосіб видобутку сірки шляхом плавлення її підземних покладів, що розширило використання сірки в сільському господарстві та промисловості.
Вуглеводневі корисні копалини містять сірку, оскільки вона входила до складу органічних сполук, з яких сформувалися ці копалини. Сірку вилучають як побічний продукт із таких викопних видів палива, як нафта, газ, бітумінозні піски та вугілля. Очищення викопних видів палива від сірки знижує викиди елемента в атмосферу при їх спалюванні. На сьогодні елементарну сірку отримують при переробці й очищенні нафти та газу. Сірку поставляють на світовий ринок у твердому або розплавленому вигляді.
СІРКА У ҐРУНТІ
ОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ СІРКИ
У ґрунті сірка міститься здебільшого у складі органічних сполук, представлених рослинними залишками і гумусом (до 98% від валового вмісту сірки у ґрунті). Існує ціла низка комплексних органічних сполук сірки (наприклад, сульфатефіри та з’єднання з С-S-зв’язками), однак коріння рослин не може поглинати сірку в цій формі. Сірка стає доступною рослинам лише в сульфатній формі, якої набуває у процесі мінералізації органічних сполук, що протікає за участю мікроорганізмів.
В результаті діяльності мікроорганізмів у ґрунті постійно відбуваються процеси трансформації сірки – перетворення між органічними та неорганічними її сполуками. Сульфатна форма сірки утворюється як побічний продукт у процесі мінералізації органічної речовини ґрунту, що протікає за участю мікроорганізмів. Процес іммобілізації становить собою включення сульфатної форми сірки до мікробної біомаси ґрунту.
Найбільш простим способом визначення того, чи протікає у ґрунті чиста (нетто) мінералізація або чиста іммобілізація сірки, є аналіз співвідношення вуглецю та сірки. Процес вивільнення сірки – переходу в сульфатну форму в основному проходить при співвідношенні С:S в органічній речовині менше ніж 200:1, а іммобілізація сірки зазвичай відбувається тоді, коли співвідношення С:S перевищує 400:1. Визначити спрямованість процесів мобілізації/іммобілізації сірки у ґрунті набагато складніше, якщо співвідношення С:S міститься в діапазоні між вказаними значеннями.
Процес мінералізації органічної речовини ґрунту і вивільнення сірки найчастіше відбувається надто повільно для того, щоб задовольнити потреби високоврожайних сортів сільськогосподарських культур у сірці. Відтак її нестачу слід усувати шляхом внесення органічних або мінеральних добрив, що містять сірку.
НЕОРГАНІЧНІ СПОЛУКИ СІРКИ
Неорганічну форму має тільки незначна частина від валового вмісту сірки у ґрунті. Сульфатна сірка – найбільш поширена форма серед неорганічних сполук цього елемента у ґрунті. Сульфати входять до складу ґрунтового розчину, утримуються поверхнею мінеральних частинок ґрунту, а також входять до складу таких мінералів як гіпс. У затоплюваних і слабодренованих ґрунтах можуть утворюватися мінерали групи сульфідів (наприклад пірит).
Сульфати здебільшого добре розчиняються в воді й переміщуються разом із ґрунтовою вологою. Вони слабо утримуються (адсорбуються) глинистими та іншими ґрунтовими мінералами, особливо при низьких значеннях pH ґрунтового розчину. Адсорбовані ґрунтом сульфати – це важливий резерв сірки для живлення рослин, особливо в нижніх горизонтах ґрунтового профілю (понад 30 см), що проявляють кислу реакцію середовища. Специфічна адсорбція сульфат-іонів характерна для деяких типів ґрунтів, особливо тих, що мають високий вміст вільних оксидів і гідроксидів, заліза й алюмінію. Неспецифічна адсорбція сульфат-іонів ґрунтом ослаблюється при вапнуванні та внесенні фосфорних добрив.
ВИМИВАННЯ СУЛЬФАТІВ ІЗ ҐРУНТУ
Втрати сірки із ґрунту здебільшого відбуваються внаслідок вимивання сульфат-іонів із коренезаселеної зони при випаданні великої кількості опадів і при зрошенні. Щорічні втрати сірки внаслідок вимивання зазвичай становлять від 5 до 60 кг/га залежно від ґрунтово-кліматичних умов. Під добре розвиненими посівами сільськогосподарських культур вимивання сульфат-іонів, як правило, відбувається менш інтенсивно, ніж у не засіяному ґрунті. Для зниження втрат азоту, пов’язаних із вимиванням нітратів із ґрунту, зазвичай вирощують покривні культури. Вирощування таких культур також допомагає знизити й ризик вимивання сірки, оскільки вона поглинається із ґрунту рослинами і потім повертається з рослинними рештками.
ГАЗОПОДІБНІ ВТРАТИ СІРКИ ІЗ ҐРУНТУ
В анаеробних умовах сульфати відновлюються ґрунтовими бактеріями до цілої низки сполук, які здебільшого не можуть поглинатися рослинами. Зазначені сполуки включають сірковуглець, карбонілсульфід, диметил-дисульфід, метилмеркаптан і сірководень – летючий газ. Зазвичай утворюються сульфіди двовалентного заліза – мінерали групи піриту.
СІРКА В АТМОСФЕРІ
Діоксид сірки (SO2) входить до групи газів, що мають високу хімічну активність. Вони виділяються в атмосферу при згорянні викопних видів палива. Більша частина сірки, що міститься у викопних видах палива (особливо у формі сірководню), видаляється до їх спалювання. Це основне джерело отримання елементарної сірки.
СІРКА – ЕЛЕМЕНТ ЖИВЛЕННЯ РОСЛИН
Винесення сірки із врожаями сільськогосподарських культур без відповідної компенсації за рахунок внесення добрив поступово призводить до виснаження ґрунтових запасів сірки. Застосування сірковмісних добрив можуть не потребувати ґрунти із високими запасами органічної речовини, проте чутливість сільськогосподарських культур до систематичного внесення сірковмісних добрив спостерігається на багатьох типах ґрунтів.
ЛИСТКОВА І ҐРУНТОВА ДІАГНОСТИКА
Для визначення забезпеченості ґрунту доступною для рослин сіркою розроблено цілий блок аналітичних методів. У низці регіонів світу ґрунтова діагностика продемонструвала ефективність, однак у більшості випадків виявилася менш успішною. Визначення ступеня доступності ґрунтової сірки рослинам частково залежить від оцінки швидкості мінералізації органічної речовини ґрунту, тому застосування методів ґрунтової діагностики не всюди дало очікуваний результат. Чутливість рослин до застосування сірковмісних добрив найчастіше спостерігається на ґрунтах легкого гранулометричного складу з низьким вмістом гумусу, тим не менш, її виявлено в багатьох регіонах світу.
Сульфат-іони мають порівняно високу рухливість у ґрунті й можуть акумулюватися за межами верхнього горизонту ґрунту (понад 30 см). Глибина відбору ґрунтових зразків має відповідати глибині проникнення кореневої системи рослин для того, щоб врахувати вміст рухомих форм сірки за межами поверхневого горизонту ґрунту. Включення глибших шарів, особливо для ґрунтів легкого гранулометричного складу, часто підвищує об’єктивність оцінки забезпеченості ґрунту рухомими формами сірки.
Рослинна діагностика – надійний спосіб визначення потреби рослин у сірці. Вибір частин рослин для аналізу, а також терміни відбору рослинних зразків залежать від конкретної сільськогосподарської культури, але, як правило, аналізують молоді частини рослин у період максимальної потреби рослин у сірці. При диференціації ґрунтового профілю за вмістом рухливих форм сірки необхідно брати до уваги, що сірка із глибших шарів ґрунту стає доступною рослинам при досягненні кореневою системою цієї глибини.
ДЖЕРЕЛА СІРКИ ДЛЯ ЖИВЛЕННЯ РОСЛИН
Якщо результати ґрунтово-рослинної діагностики свідчать про нестачу сірки, використовують сірковмісні добрива. На сьогодні існує велика кількість хороших сірковмісних добрив, які застосовують для задоволення потреб рослин у цьому елементі.
Елементарна сірка (99% S). Елементарна сірка нерозчинна у воді. Необхідне окислення елементарної сірки мікроорганізмами до доступної для рослин сульфатної форми. Швидкість процесу окислення в основному залежить від тонини помелу елементарної сірки та ґрунтово-кліматичних умов.
Питома поверхня меленої сірки обернено пропорційна розміру часток. Завдяки більшій питомій поверхні дрібні частинки окислюються ґрунтовими бактеріями швидше, ніж великі. Однак на практиці важко домогтися рівномірного внесення тонкодисперсної елементарної сірки, тому використання такого добрива непрактичне. До того ж, сірчаний пил пожежонебезпечний і може подразнювати дихальну систему. Зі збільшенням площі поверхні добрива, що контактує із ґрунтом, зростає швидкість перетворення елементарної сірки в сульфат-іон, тому перемішування елементарної сірки з ґрунтом загалом доцільніше, ніж стрічковий спосіб внесення.
Елементарна сірка окислюється різними ґрунтовими мікроорганізмами, включаючи тіонові бактерії з роду Thiobacillus (Acidithiobacillus). Процес окислення сірки відбувається значно швидше за оптимальних для росту мікроорганізмів умов, включаючи температуру, вологість, рівень pH і аерацію ґрунту. За низької температури і вологості ґрунту процес окислення сірки відбувається повільніше.
2S + 3O2 + 2Н2О → 2Н2SO4
елементарна сірчана
сірка кислота
Через утворення сірчаної кислоти елементарна сірка використовується для підкислення лужних ґрунтів, а також води. Вважається, що 1 т елементарної сірки нейтралізує приблизно 3 т вапняку. Елементарна сірка впродовж тривалого часу також використовувалася як фунгіцид.
Суміш елементарної сірки з бентонітом (90% S). Розплав елементарної сірки змішується з бентонітом (приблизно 10%) для отримання пелет або гранул. При контакті з ґрунтовою вологою бентоніт набухає і пелети розриваються на велику кількість дрібних фрагментів з дуже великою площею поверхні контакту із ґрунтом. У суміші елементарної сірки та бентоніту додають також різні мікроелементи (включаючи Zn, Fe і Mn), доступність яких для рослин зростає завдяки підкисленню ґрунту в процесі окислення елементарної сірки.
Гіпс (16–18% S). Сульфат кальцію (СаSO4 • 2Н2O) слаборозчинний у воді (0,2 г/л). В результаті його повільного розчинення сульфат-іони переходять у ґрунтовий розчин і надалі поглинаються рослинами. Крім того, гіпс використовується як джерело кальцію при недостатній забезпеченості ґрунтів цим елементом живлення, а також для хімічної меліорації солонцевих ґрунтів.
Простий суперфосфат (11–12% S). Це добриво отримують у результаті взаємодії сірчаної кислоти з фосфатною рудою, внаслідок чого утворюється суміш дигідрофосфату кальцію та гіпсу. Використання цього добрива зменшилося, оскільки економічно вигідніше транспортувати і вносити у ґрунт більш концентровані форми фосфорних добрив.
Сульфат амонію (24% S). Сульфат амонію [(NН4)2SO4] – часто використовуване добриво, яке служить джерелом як азоту, так і сірки. Це, головним чином, побічний продукт різних промислових виробництв, хоча іноді сульфат амонію отримують шляхом хімічної реакції між аміаком і сірчаною кислотою. Сульфат амонію добре розчинний у воді й часто використовується при виробництві рідких комплексних добрив. Підкислення ґрунту, що спостерігається при застосуванні (NН4)2SO4, відбувається, головним чином, у результаті процесу нітрифікації – окислювання амонійного азоту до нітратної форми, а не за рахунок сульфат-іонів.
Сульфат калію (17–18% S). Це добриво [К2SO4] використовується досить часто. Сульфат калію може вилучатися безпосередньо із природних розсолів. Також його отримують за допомогою хімічних реакцій за участю різних солей і кислот. Сульфат калію добре розчинний у воді. Це хороше джерело сульфатної сірки для рослин.
Калімагнезія (лангбейніт) (20–22% S). Лангбейніт (К2SO4•2MgSO4) вилучають із соляних родовищ. Це добре розчинне у воді добриво, яке служить джерелом відразу трьох найважливіших елементів живлення рослин.
Сульфонітрат амонію (6–14% S). Цю сполуку отримують при нейтралізації азотної та сірчаної кислот газоподібним аміаком. Вміст сірки може варіювати залежно від отриманих в результаті цієї хімічної реакції продуктів. Не так давно стали випускати нове гранульоване добриво, яке отримують із плаву нітрату та сульфату амонію (14% S).
Збагачені сіркою добрива. Деякі види добрив (наприклад, амофос і діамофос) іноді збагачують сумішшю тонкодисперсної елементарної сірки та сульфатних солей для отримання продуктів, що містять сірку в доступній рослинам формі, а також мають пролонговану дію. Підкислення ґрунту в зоні контакту з частками елементарної сірки підвищує розчинність сполук фосфору та цинку в ґрунті.
Тіосульфати (10–26% S). Тіосульфатні форми добрив – це прозорі рідини, що містять сірку в вигляді S2O32-. Їх часто змішують з іншими рідкими добривами. У досить прогрітому ґрунті тіосульфат-іон переходить у сульфат-іон впродовж одного-двох тижнів.
Сульфати магнію (14–22% S). Сульфати магнію представлені двома мінералами – кизеритом (MgSO4 • H2O) і епсомітом (MgSO4 • 7H2O). Ці сполуки добре розчинні у воді й містять сірку в доступній для рослин сульфатній формі.
Гній і компости. Вміст сірки у гної та компостах залежить від виду сільськогосподарських тварин, типів кормів, а також способів утримання тварин. Вміст сірки у гної та компостах зазвичай становить від 0,3 до 1,0% за умови абсолютно сухої речовини. У процесі мінералізації відбувається перетворення органічних сірковмісних сполук у доступну для рослин сульфатну форму.
Вибір найбільш доцільної форми сірковмісних добрив залежить від фізико-хімічних властивостей ґрунту: величини pH, вмісту гумусу, а також від обсягу втрат сірки шляхом вимивання. Необхідно брати до уваги і потребу рослин в інших елементах живлення, які можуть входити до складу сірковмісних добрив. Вибір тієї чи іншої форми сірковмісних добрив також залежить від того, чи потрібне в конкретні строки внесення сірки в безпосередньо доступній для рослин формі.
Р. Міккелсен, регіональний директор МІПР, Каліфорнія, США, Р. Нортон, регіональний директор МІПР, Австралія
Опубліковано в журналі “Агроном”, 2022
