Po prečítaní titulku, ste si možno položili otázku, čo môžu mať spoločné výbušniny a vyššia úroda. A verte či nie, naozaj ich niečo spája. Sú to hnojivá, ktoré sa pridávajú do pôdy, aby vylepšili rast a úrodu. Priemyselne vyrábané hnojivá predstavujú cenný a vo viacerých prípadoch prevažujúci, ak nie jediný, zdroj živín dodávaný počas vegetácie k pestovaným plodinám.
História poľnohospodárstva a vývoj hnojenia
Už starovekí farmári vedeli, že prvá úroda na určitej časti zeme bola oveľa lepšia ako „druhá várka“ vypestovaná na tom istom mieste. Zakaždým sa tak museli sťahovať za novými nekultivovanými oblasťami, aby nakoniec zistili, že opätovný rast úrody na tom istom kuse pôdy sa dal vylepšiť rozmiestnením zvieracieho trusu na „roli“. Egypťania boli známi tým, že do pôdy primiešavali popol zo spálených tráv či bylín. Staroveké grécke a rímske písomnosti odhalili, že sa používali rôzne zvieracie výkaly. Taktiež bolo známe, že vypestovanie strukovín na mieste, kde predtým bolo obilie, prinieslo vyššiu úrodu.
Organizovaný výskum technológie hnojív sa začal začiatkom 17. storočia, keď vedci Francis Bacon a Johann Glauber opísali užitočný vplyv pridania liadku do pôdy. Glauber vyvinul prvé kompletné minerálne hnojivo, ktoré bolo zmesou liadku, limetky, kyseliny fosforečnej, dusíka a potašu. Ako sa chemická teória vyvíjala, boli objavené chemické potreby rastlín a to viedlo k vylepšenému zloženiu hnojív. Chemik Justus von Liebig demonštroval, že rastliny potrebujú minerálne prvky, akými sú dusík, fosfor či draslík. Priemysel hnojív odštartoval vydaním patentu pre Sira Johna Lawesa, ktorý načrtol metódu vytvárania formy fosfátu, ktorý bol účinným hnojivom. V dvadsiatych a tridsiatych rokoch 19. storočia viedlo znepokojenie nad vyčerpanou pôdou k fenomenálnemu nárastu dopytu po hnojivách.
Haber-Boschov proces: Spoločná technológia pre vojnu a poľnohospodárstvo
Priemysel hnojív zažil významný nárast po prvej svetovej vojne. Kľúčovou technológiou sa stal Haber-Boschov proces, ktorý sa pri ich výrobe používa na výrobu čpavku (amoniaku) ako základnej zložky dusíkatých hnojív. Proces syntézy amoniaku je pomenovaný podľa Fritza Habera, ktorý uskutočnil proces v laboratórnych podmienkach, a Carla Boscha, ktorý ho rozšíril na rozsah priemyselnej výroby. Syntetický amoniak bol pôvodne vytvorený na to, aby zabezpečoval dodávky potravín pre narastajúcu populáciu. Avšak tvárou v tvár narastajúcemu nedostatku streliva ku koncu roka 1914 vyhlásila vláda výrobu amoniaku za svoju najvyššiu prioritu. V závode Oppau sa premieňal na kyselinu dusičnú a dodával do podnikov na výrobu výbušnín.
Po vojne sa zariadenia, ktoré vyrábali čpavok pre vojenské účely, zmenili na výroby produkujúce hnojivá na dusíkatom základe. Dve okolnosti vytvorili podmienky pre druhý zlom v živinovom cykle pôdy. Po prvé, dostupnosť lacných dusíkatých hnojív po druhej svetovej vojne uviedla do pohybu sériu zmien. Pri výrobe dusíkatých hnojív sa používa rovnaký postup ako pri výrobe výbušnín. Koniec vojny uvoľnil tieto výrobné kapacity, ktoré sa mohli využiť na výrobu dusíkatých hnojív.
Kyselina sírová: Kľúčová chemikália s viacerými úlohami
Kyselina sírová (H2SO4) je bezfarebná olejovitá kvapalina bez zápachu s väčšou hustotou (1,84 g/cm3) a vyššou teplotou mrznutia (10,36 °C) ako voda. Priemyselné technológie jej výroby sú založené na kontaktnej metóde, ktorá spočíva v oxidácii síry na oxid siričitý (SO2), následnej oxidácii na oxid sírový (SO3) a reakcii oxidu sírového s koncentrovanou kyselinou sírovou na oleum, ktoré sa následne riedi vodou na požadovanú koncentráciu. Východiskom jej výroby je väčšinou síra z odsírovania ropy a zemného plynu.
Kyselina sírová patrí medzi silné kyseliny, z čoho vyplývajú aj jej silne korozívne vlastnosti. Je to mimoriadne nebezpečná látka, ktorej veľmi reaktívne koncentrované roztoky majú silné oxidačné vlastnosti. Táto chemikália bola nevyhnutná pre výrobu farbív, výbušnín a iných látok. Jej dôležitosť však výrazne vzrástla aj v poľnohospodárstve. Od polovice 19. storočia sa záujem o kyselinu sírovú znova významne zvýšil po objave nového hnojiva superfosfátu. Ten sa vyrába pomocou kyseliny sírovej z hornín obsahujúcich fosfor, pričom mení pôvodné vo vode nerozpustné minerály na rozpustnú formu.
Okrem toho sa kyselina sírová využíva na zvýšenie efektivity živín v hnojovici. Koncentrovaná kyselina sírová výrazne znižuje plynové straty dusíka. V Dánsku vyvinutý systém, pri ktorom sa kyselina prepravuje v nádrži na prednom hydraulickom závesnom zariadení traktora, sa čoraz častejšie využíva aj v praxi v iných krajinách. Kyselina znižuje pH hnojovice, čím zabezpečuje, že amoniakálny dusík sa takmer úplne premieňa na amónny dusík, ktorý je pre rastliny ľahšie využiteľný.
Moderné technológie pre efektívne a udržateľné hnojenie
Hnojivá a cielene riadená výživa rastlín patria aj v súčasnom období k rozhodujúcim intenzifikačným faktorom v rastlinnej výrobe. Cieľom hnojenia a výživy rastlín je zabezpečiť dosahovanie dobrej úrody v danom roku, ale aj udržanie, respektíve zvýšenie úrodnosti pôdy. Pre zabezpečenie vysokých úrod je preto potrebné priemyselné hnojivá naďalej používať, hoci aj pri ich stúpajúcej cene.
Variabilné dávkovanie hnojív (VRF)
Variabilné dávkovanie hnojív (VRF) je použitie protichodných dávok a dokonca aj typov hnojív na rôznych pôdnych plochách na danom pozemku na základe vopred nastavenej mapy poľa. Táto mapa sa generuje na základe všetkých druhov informácií. Ktoré metódy na vyhľadávanie úsekov špecifických pre danú lokalitu alebo topografických manažmentov v rámci pozemkov sú veľmi uznávané?
- Mapy produkcie plodín: Dajú sa generovať pri ich výrobe a údaje o geografickej polohe sa zadávajú počas žatvy pomocou kombajnu.
- Mapy štruktúry pôdy: Časti pôdy s vyšším obsahom ílu majú tendenciu mať vyššiu schopnosť zadržiavať vodu, a preto majú vyššiu šancu na produkciu plodín. Technológie sa snažia merať dostupnú elektrickú vodivosť pôdy pomocou senzorov.
- Mapy organickej hmoty a pH pôdy: Niektoré stroje používajú mapovanie týchto vlastností za pochodu.
- Satelitné snímky: Snímky v blízkej infračervenej oblasti sa používajú na zistenie mnohých informácií o raste rastlín. Predpokladá sa, že úseky s vyššou relatívnou produkciou biomasy na poliach súvisia s vyšším produkčným potenciálom plodín.
- Topografické mapy: Môžu byť dôležité pri vytváraní máp predpisovania hnojív.
Zlepšením efektívnosti využívania dusíka vaša farma prosperuje teraz aj v budúcnosti - zvyšuje výnosy a zároveň znižuje váš vplyv na životné prostredie.
Metódy aplikácie a typy hnojív
Z technologického hľadiska aplikovanie hnojív na pôdu alebo do pôdy môže prebiehať buď tzv. núteným rozhadzovaním, alebo gravitačným spôsobom. Pri nútenom spôsobe sa hnojivo rozptyľuje vplyvom udelenej mu kinetickej energie najmä využitím odstredivej sily (odstredivé rozhadzovače), alebo silným prúdom vzduchu (pneumatické rozhadzovače). Pri gravitačnom spôsobe hnojivo padá vplyvom gravitácie na zem, pričom pracovný záber stroja je menší alebo rovný konštrukčnej šírke aplikačného stroja. Minerálne hnojivá sa čoraz častejšie aplikujú priamo do pôdy - spravidla súčasne so sejbou. Nové systémy navyše pri určitých plodinách (napr. kukurici) umožňujú dávkovanie v pozdĺžnom smere, ktoré je zosúladené so sejacím strojom a ukladaním semien. Výskumy ukázali, že priestorová koncentrácia živín zjednodušuje ich dostupnosť pre rastliny a celkovo umožňuje použiť nižšie množstvo hnojiva pre celý porast.
V tomto smere vstupujú do hry mikrogranulátové hnojivá. Tie obsahujú vysoký podiel dobre rozpustných živín a aplikujú sa priamo do sejacieho riadku. Technicky ide o pomerne jednoduché riešenie, keďže je možné použiť relatívne malé a jednoduché rozmetadlá na granulát. Viacerí výrobcovia sejacích strojov už dnes ponúkajú vlastné riešenia pre aplikáciu mikrogranulátov. Viacročné pokusy opakovane preukázali pozitívny vplyv na úrodu a kvalitu.
Inhibítory a biostimulanty
Znižujú priame emisie N₂O (oxidu dusného) po aplikácii hnojiva tým, že dočasne potláčajú nitrifikáciu v pôde - čím stabilizujú amónny dusík. Zároveň obmedzujú aj nepriame emisie N₂O, ktoré vznikajú v dôsledku vyplavovania dusičnanov. Pri hnojivách obsahujúcich močovinu je podľa aktuálnych predpisov o hnojení už predpísané pridávanie ureázinhibítora, aby sa znížili emisie amoniaku. Vedecké štúdie dokazujú, že mikroorganizmy podporujúce rast rastlín aj mykorízne prípravky môžu mať pozitívny vplyv na úrodu.
Environmentálne dôsledky a budúcnosť hnojenia
Úpadok prirodzenej úrodnosti pôdy z dôvodu straty pôdnych živín sa stal ústredným ekologickým problémom kapitalistickej spoločnosti. Dnes sme čoraz viac oboznámení s ekologickými škodami, ktoré privodilo spoliehanie sa na umelé chemické prostriedky. Rozsah týchto škôd sa po druhej svetovej vojne výrazne zväčšil, a preto sme svedkami obnoveného záujmu o udržateľné poľnohospodárstvo, v ktorom ústrednú rolu zohráva cyklus pôdnych živín. Opätovne objavujeme potrebu nájsť si k pôde ekologický vzťah.
Voda - dokumentárny film (vyrobené pre Minerálne vody a.s.)
Narušenie živinového cyklu pôdy v dôsledku fyzického oddelenia najprv ľudí a neskôr zvierat od pôdy vyvolalo potrebu ešte intenzívnejšieho využívania syntetických živín. Na výrobu, transport a aplikáciu hnojív sa spotrebúva obrovské množstvo neobnoviteľných energetických zdrojov. Rozpustnosť používaných hnojív zakladá ďalšie problémy: kontaminujú povrchové toky aj podzemné vody. Vysokú koncentráciu zvierat vo veľkochovoch sprevádza nadprodukcia živín, ktorú priľahlá pôda nedokáže bezpečne absorbovať. Zanedbávanie striedania plodín na väčšine rastlinných fariem je sčasti spôsobené dostupnosťou lacných umelých hnojív. Výsledkom je strata organickej hmoty a úbytok biodiverzity organizmov v pôde.
Hoci sa používanie hnojív nedá ľahko znížiť, pretože by to malo zodpovedajúce dôsledky pre potravinovú bezpečnosť, zvýšenie účinnosti je užitočné v mnohých ohľadoch. Priemysel hnojív tiež prispieva k znižovaniu emisií skleníkových plynov. Trend smeruje k "zeleným hnojivám": Mnoho spoločností sa pri výrobe svojich hnojív snaží ísť nízkouhlíkovými cestami. Ako možno cielene zasiahnuť do výroby a aplikácie hnojív tak, aby sa do roku 2050 znížili emisie CO₂ na pätinu dnešnej úrovne, ukazuje nedávno zverejnená štúdia v odbornom časopise Nature Food. Z dlhodobej perspektívy je dôležité pochopiť, že problémom udržateľného poľnohospodárstva dnes nie sú ani chýbajúce technológie, ani neznalosť ekologických procesov.