Τα λιπάσματα είναι χημικές ουσίες που προστίθενται στο έδαφος με σκοπό την ανάπτυξη των φυτών αλλά και την βελτίωση της απόδοσής τους. Ως λίπασμα θεωρείται μια ουσία όταν μπορεί να παρέχει ένα ή περισσότερα από τα χημικά στοιχεία που είναι απαραίτητα για την ανάπτυξη των φυτών.
Αρχικά ανακαλύφθηκαν και χρησιμοποιήθηκαν στους αρχαίους χρόνους αλλά τροποποιήθηκαν και βελτιώθηκαν καθώς οι ανάγκες των φυτών σε χημικές ουσίες έγιναν γνωστές στην διάρκεια των αιώνων.
Τα συνθετικά λιπάσματα αποτελούνται κυρίως από ενώσεις του αζώτου, του φωσφόρου και του καλίου.
Εκτός των παραπάνω κύριων θρεπτικών ουσιών τοποθετούνται και άλλες δευτερεύουσες θρεπτικές ουσίες για την ανάπτυξη των φυτών σε μικρότερες ποσότητες.
Η χρησιμοποίηση των λιπασμάτων είχε και συνεχίζει να έχει σημαντική επίδραση τόσο στην ποιότητα όσο και στην ποσότητα των τροφών που υπάρχουν σήμερα διαθέσιμες.
Οι γεωργοί από τους αρχαίους χρόνους είχαν διαπιστώσει ότι η ανάπτυξη των φυτών και η απόδοση των χωραφιών τους βελτιωνόταν όταν διασκόρπιζαν κοπριά στο έδαφος. Με την πάροδο των χρόνων οι άνθρωποι διαπίστωναν ότι επιπρόσθετα και άλλες ουσίες μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως λιπάσματα όπως οι στάχτες από καμένα χόρτα. Οι αρχαίοι Έλληνες και Ρωμαίοι χρησιμοποιούσαν διάφορα περιττώματα ζώων ανάλογα με το έδαφος και το είδος των φυτών. Ως λιπάσματα επίσης αρχικά χρησιμοποιήθηκαν όστρακα, πηλός και υπολείμματα φυτών.
Η ανάπτυξη και η παραγωγή των σύγχρονων λιπασμάτων άρχισε στις αρχές του 17ου αιώνα με τις ανακαλύψεις που έκανα επιστήμονες όπως ο Glauber (1604-1668). O Glauber παρασκεύασε ένα μίγμα νιτρικού καλίου, οξειδίου του ασβεστίου, φωσφορικού οξέος, αζώτου και φωσφόρου που αποτέλεσε και το πρώτο σύγχρονο λίπασμα. Καθώς οι ανάγκες των φυτών σε χημικές ουσίες ανακαλύπτονταν νέες προτάσεις για εξελιγμένες μορφές λιπασμάτων προτείνονταν. Η πρώτη πατέντα για συνθετικό λίπασμα δόθηκε στον Sir John Lawes (1814-1900). O Lawes πρότεινε μία μέθοδο για παρασκευή λιπάσματος πλούσιο σε φωσφορικά το οποίο ενεργούσε αποτελεσματικά.
Με την πάροδο των χρόνων οι ποσότητες των λιπασμάτων που παράγονταν αυξάνονταν με αποτέλεσμα να δημιουργηθούν οι πρώτες βιομηχανίες λιπασμάτων. Την μεγαλύτερη άνθισή της όμως γνώρισε η βιομηχανία των λιπασμάτων μετά τον 1ο παγκόσμιο πόλεμο όταν τα εργοστάσια πυρομαχικών μετατρέπονταν σε εργοστάσια λιπασμάτων.
Τα κύρια συστατικά των συνθετικών λιπασμάτων είναι ενώσεις που περιέχουν άζωτο (Ν), φωσφόρο (P) και κάλιο (K). Επιπρόσθετα περιέχουν και άλλα μικροστοιχεία που βοηθούν στην σωστή ανάπτυξη των φυτών.
Τα χημικά στοιχεία τα οποία θεωρούνται απαραίτητα για την ανάπτυξη των φυτών είναι γνωστά και ως θρεπτικά στοιχεία για τα φυτά και δίνονται στον Πίνακα 1 (ο αριθμός των θρεπτικών στοιχείων διαρκώς αυξάνει καθώς και νέα στοιχεία προστίθενται).
Εννέα από αυτά τα στοιχεία απαιτούνται σε σχετικά μεγάλες ποσότητες και είναι γνωστά ως κύρια στοιχεία ή μακροθρεπτικά στοιχεία (macronutrients). Από αυτά ο άνθρακας (C), το υδρογόνο (Η) και το οξυγόνο (Ο) δεν αφορούν την βιομηχανία λιπασμάτων καθώς τα φυτά τα προσλαμβάνουν από το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας (CO2) και από το νερό.
Κύρια Στοιχεία (macronutrients) | Κύρια θρεπτικά Δευτερεύοντα θρεπτικά | Άνθρακας, Υδρογόνο, Οξυγόνο Άζωτο, Φώσφορος, Κάλιο Ασβέστιο, Μαγνήσιο, Θείο |
Δευτερεύοντα Στοιχεία (micronutrients) | Bόριο, Xλώριο, Xαλκός, Σίδηρος, Μαγγάνιο, Μολυβδαίνιο, Ψευδάργυρος |
Τα υπόλοιπα κύρια στοιχεία που αφορούν την βιομηχανία λιπασμάτων είναι: το άζωτο (Ν), ο φωσφόρος (P) και κάλιο (K) (γνωστά και ως κύρια θρεπτικά συστατικά) καθώς και το ασβέστιο (Ca), μαγνήσιο (Μg) και το θείο (S) (γνωστά και ως δευτερεύοντα θρεπτικά συστατικά).
Εκτός από τα κύρια στοιχεία απαραίτητα είναι και τα δευτερεύοντα στοιχεία ή μικροθρεπτικά στοιχεία (micronutrients). Αυτά είναι το βόριο, το χλώριο, ο χαλκός, ο σίδηρος, το μαγγάνιο, το μολυβδένιο και ο ψευδάργυρος (Πίνακας 1).
Εκτός από τα στοιχεία που δίνονται στον Πίνακα 1 υπάρχουν και άλλα στοιχεία που έχει αποδειχθεί ότι βοηθούν στην σωστή ανάπτυξη των φυτών όπως το νάτριο, το πυρίτιο, το κοβάλτιο και το βανάδιο.
Ποια όμως είναι η λειτουργία των στοιχείων αυτών στην ανάπτυξη των φυτών;
Το άζωτο χρησιμοποιείται από τα φυτά για: i) την παραγωγή πρωτεϊνών ii) νουκλεικών οξέων iii) ορμονών. Η έλλειψη αζωτούχων ενώσεων στα φυτά δημιουργεί υπανάπτυξη και κιτρίνισμα των φύλλων. Οι αζωτούχες ενώσεις που παρέχονται σαν λιπάσματα στα φυτά είναι η αμμωνία (παράγεται βιομηχανικά με την μέθοδο Haber-Bosh) και παράγωγά της όπως το νιτρικό αμμώνιο.
Ο φώσφορος χρησιμοποιείται από τα φυτά για: i) την παραγωγή νουκλεικών οξέων ii), φωσφολιπιδίων και iii) αρκετών πρωτεϊνών. Η παρουσία του είναι απαραίτητη για την φωτοσύνθεση και την δημιουργία πρωτεϊνών. Η υπερβολική δόση φωσφόρου έχει σαν αποτέλεσμα την δημιουργία αλγών και απώλειας ψευδαργύρου. Η έλλειψή του μειώνει την ανάπτυξη του φυτού δημιουργούνται κόκκινες-καφέ κηλίδες στα φύλλα και πρώιμη πτώση.
Το κάλιο αποθηκεύεται στους ιστούς οι οποίοι έχουν ραγδαία ανάπτυξη. Είναι απαραίτητο για: i) τη δημιουργία πρωτεϊνών ii) την διαίρεση κυττάρων iii) τη δημιουργία υδατανθράκων, αμύλου και σακχάρων. Η έλλειψη καλίου έχει σαν αποτέλεσμα την μειωμένη ανάπτυξη του φυτού καθώς και την ύπαρξη προβληματικών φύλλων (τρύπια, σημαδεμένα, υπανάπτυκτα κλπ).
Το ασβέστιο είναι επίσης σημαντικό καθώς: i) εξουδετερώνει τα οξέα στα κύτταρα των φυτών ii) διαδραματίζει σημαντικό ρόλο στον μεταβολισμό και συγκεκριμένα στην απομάκρυνση των υδατανθράκων iii) ελαττώνει την αλατότητα του εδάφους και υποβοηθά την διαπέρασή του από το νερό. Η έλλειψή του δίνει καχεκτικά νέα στελέχη και κίτρινα φύλλα.
Το βόριο είναι απαραίτητο για την δημιουργία των κυττάρων των φυτών και την απορρόφηση του ασβεστίου. Είναι επίσης σημαντικό για την ανθοφορία και την βλάστησή τους.
Το χλώριο υποβοηθά την μετακίνηση του νερού στα κύτταρα και είναι απαραίτητο για την φωτοσύνθεση. Η έλλειψή του έχει σαν αποτέλεσμα το μαρασμό των ριζών και την δημιουργία κοντών ριζών.
Ο χαλκός συναντάται στις ρίζες των φυτών και παίζει ρόλο στον μεταβολισμό του αζώτου. Η έλλειψή του έχει σαν αποτέλεσμα την καταστροφή των άκρων των ριζών και το μαύρισμα των άκρων στα φύλλα.
Ο σίδηρος είναι απαραίτητος για την σύνθεση της χλωροφύλλης. Είναι σημαντικό στοιχείο για τα αναπτυσσόμενα τμήματα των φυτών. Η έλλειψή του εμφανίζεται με κιτρίνισμα των φύλλων.
Το μαγγάνιο είναι απαραίτητο για την φωτοσύνθεση, αναπνοή και τον μεταβολισμό του αζώτου. Η έλλειψή του δημιουργεί στα φύλλα ανοιχτοπράσινες φλέβες καθώς και καφέ ή μαύρα ή γκρι στίγματα κοντά σε αυτές ενώ σε προχωρημένα στάδια τα φύλλα γίνονται άσπρα και πέφτουν.
Το μαγγάνιο είναι απαραίτητο για την φωτοσύνθεση, αναπνοή και τον μεταβολισμό του αζώτου. Η έλλειψή του δημιουργεί στα φύλλα ανοιχτοπράσινες φλέβες καθώς και καφέ ή μαύρα ή γκρι στίγματα κοντά σε αυτές ενώ σε προχωρημένα στάδια τα φύλλα γίνονται άσπρα και πέφτουν.
Ο ψευδάργυρος είναι στοιχείο των ενζύμων και των αυξητικών ορμονών. Είναι απαραίτητος για τον μεταβολισμό των υδατανθράκων, για την σύνθεση των πρωτεϊνών και για την σωστή ανάπτυξη των στελεχών. Η έλλειψη ψευδαργύρου προκαλεί σημάδια στα φύλλα.
Από τα παραπάνω προκύπτει η σημασία των στοιχείων και γενικότερα των λιπασμάτων στην σωστή ανάπτυξη των φυτών.
Πώς όμως παράγονται βιομηχανικά τα λιπάσματα;
Οι αζωτούχες ενώσεις που βρίσκονται μέσα στα λιπάσματα παράγονται βιομηχανικά με την μέθοδο Haber-Bosh. Σε κατάλληλες συνθήκες θερμοκρασίας και πίεσης και με την παρουσία καταλύτη ενώνονται: i) ατμοσφαιρικό άζωτο (N2) και ii) υδρογόνο (H2). Το προϊόν της αντίδρασης είναι αμμωνία (ΝΗ3). Η ΝΗ3 χρησιμοποιείται είτε αυτούσια ως λίπασμα είτε ως νιτρική αμμωνία (ΝΗ4ΝΟ3) είτε ως θειϊκή αμμωνία [(ΝΗ4)2SO4].
Οι ενώσεις του φωσφόρου στα λιπάσματα παρασκευάζονται σε βιομηχανική κλίμακα με την προσθήκη οξέος σε σπασμένα ή λειοτριβιμένα φωσφορικά ορυκτά (δές μεθόδους παραγωγής φωσφορικών λιπασμάτων). Αν ως οξύ χρησιμοποιείται το θειϊκό τότε παρασκευάζονται μονοφωσφορικές ενώσεις (απλό υπερφωσφορικό, SSP) με περιεκτικότητα φωσφόρου από 16-21% ως P2O5. Εάν ως οξύ χρησιμοποιείται το φωσφορικό τότε παρασκευάζονται τριφωσφορικές ενώσεις (τριπλό υπερφωσφορικό, TSP) με περιεκτικότητα φωσφόρου από 43-48% ως P2O5.
