This article discusses the essence, effectiveness, and prospects of using smart fertilizers. Traditional mineral fertilizers have a low nutrient utilization rate (10–55 %), resulting in economic losses and environmental risks such as water pollution, soil acidification, and greenhouse gas emissions. A promising solution is the use of controlled-release fertilizers (smart fertilizers), which allow for the synchronization of nutrient delivery with plant needs.

Keywords: smart fertilizers, controlled release, fertilizers, yield.

Основная проблема традиционных удобрений состоит в том, что коэффициент использования питательных веществ растениями не превышает 10–55 %, остальное теряется, что ведёт к экономическим потерям и экологическим рискам. Основные каналы потерь включают вымывание нитратов в грунтовые воды, улетучивание аммиака и закиси азота в атмосферу, а также трансформацию элементов в труднодоступные для растений формы. Следствием низкой эффективности являются загрязнение водоёмов, эвтрофикация, закисление почв и эмиссия парниковых газов.

Выделяют три группы технологий повышения эффективности удобрений. SRF (slow-release fertilizers) обеспечивают замедленное высвобождение за счёт медленного растворения или микробного разложения, однако их работа сильно зависит от температуры и влажности почвы. CRF (controlled-release fertilizers) используют специальные оболочки, что позволяет задавать скорость высвобождения на этапе производства и обеспечивает максимальный контроль. Ингибиторы (уреазные и нитрификационные) блокируют конкретные каналы потерь, но не замедляют само высвобождение.

Основные конструктивные типы удобрений с контролируемым высвобождением включают капсулированные (полимерные, серные, комбинированные и биоразлагаемые покрытия), матричные, наноудобрения и гидрогели. Капсулированные CRF являются наиболее распространёнными и коммерчески доступными. Наноудобрения (частицы менее 100 нм) обладают способностью проникать непосредственно в ткани растений, минуя почвенные процессы иммобилизации, что открывает новые механизмы доставки питательных элементов.

Высвобождение питательных веществ из капсулированных CRF основано на диффузии воды через оболочку, растворении удобрения внутри гранулы и последующем выходе насыщенного раствора наружу. Кинетика этого процесса может быть линейной (постоянная скорость), параболической (быстрое начало с замедлением) или сигмоидальной (нарастание до пика с последующим спадом). Наиболее желательной признана сигмоидальная форма, при которой максимум высвобождения совпадает с периодом максимальной потребности растения в питательных веществах.

Согласно мета-анализу 45 полевых опытов, применение CRF обеспечивает прибавку урожайности зерновых культур на 10–25 % по сравнению с традиционными удобрениями. Максимальный эффект наблюдается на малоплодородных песчаных почвах, тогда как на чернозёмах с высоким естественным плодородием достоверная прибавка может отсутствовать. В конкретных исследованиях зафиксированы прибавки на яблоне в Краснодарском крае — 18,7 %, на томатах защищённого грунта в Московской области — 22 % при одновременном снижении нормы азота на 30 %.

Использование CRF способствует улучшению качественных показателей растениеводческой продукции. На листовых овощах отмечено снижение содержания нитратов на 25–40 % благодаря равномерному поступлению азота. В опытах с яровой пшеницей в Омской области применение CRF повысило содержание сырого протеина в зерне с 12,4 % до 14,1 %, а на землянике садовой — увеличило содержание сахаров на 15 % и витамина С на 12 %.

Основным сдерживающим фактором широкого внедрения CRF является их высокая стоимость — в 2–4 раза выше традиционных аналогов. Однако комплексная экономическая оценка показывает, что дополнительные затраты частично компенсируются экономией на внесении (однократное применение вместо 2–3 подкормок), снижением потерь питательных веществ и прибавкой урожая. Расчёты для кукурузы в США демонстрируют увеличение чистой прибыли на 25–40 $/га при использовании полимерной мочевины ESN, несмотря на её более высокую цену.

Мировая наука концентрируется на нескольких ключевых направлениях. Во-первых, это переход к биоразлагаемым покрытиям на основе природных биополимеров — технология готова к коммерциализации, но требует оптимизации себестоимости. Во-вторых, развитие нанотехнологий: в Индии полевые испытания наномочевины демонстрируют возможность снижения нормы внесения азота на 50 % без потери урожайности. В-третьих, создание «умных» систем с микрофлюидными сенсорами для мониторинга высвобождения и многофункциональных продуктов, сочетающих CRF с пестицидами и биостимуляторами.

Литература:

1. Пироговская, Г. «Умные» удобрения / Г. Пироговская. — Текст: непосредственный // Наука и инновации. — 2020. — № 5 (207). — С. 28–32.
2. Норов, А. М. Получение NPK- и NP(S)-удобрений пролонгированного действия путем нанесения неорганического усвояемого покрытия и исследование их свойств / А. М. Норов, В. В. Соколов, Е. А. Рыбин, Ж. Б. Сапарбаева, А. Т. Мауленов. — Текст: непосредственный // Журнал прикладной химии. — 2024. — Т. 97, № 5. — С. 412–425. — DOI: 10.31857/S0044461824050026.
3. Монастырский, Д. Повышение эффективности сельскохозяйственного производства за счет эффективного применения гранулированных удобрений / Д. Монастырский, М. Куликова. — Текст: непосредственный // Международный научно-исследовательский журнал. — 2024. — № 6 (144). — С. 45–52. — DOI: 10.23670/IRJ.2024.144.3.
4. Бадран, А. Морфологический отклик горького миндаля (Prunus Amygdalus) на азотное нано-удобрение на ранних стадиях развития / А. Бадран, И. Ю. Савин. — Текст: непосредственный // Вестник Российского университета дружбы народов. Серия: Агрономия и животноводство. — 2017. — Т. 12, № 4. — С. 312–322. — DOI: 10.22363/2312–797X-2017–12–4–312–322.
5. Разработка отечественных капсулированных азотных удобрений / В. А. Литвинский, Н. П. Битюцкий, А. С. Кащенко [и др.] // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. — 2024. — № 4. — С. 56–68.