мини|rigth|250п|Savremeni uređaj za unošenje đubriva
Đubrivo ili gnojivo (u nekim krajevima takođe i đubre) je smeša materija koje se koriste u poljoprivredi ili vrtlarstvu za poboljšanje plodnosti zemljišta i rasta i razvića biljaka. Obično se primjenjuje na poljoprivrednim zemljištima. Đubriva se grubo mogu podeliti na organska i neorganska (mineralna), gde je osnovna razlika izvor iz kojeg je đubrivo nastalo, a ne nužno sastav nutrijenata. Uz to, neretko se izdvajaju još dve veće grupe đubriva: bakterijska đubriva i stimulatori rasta. Organska i neka neorganska đubriva dobijena iz ruda su se koristila vekovima, dok su hemijski sintetisana neorganska đubriva počela da se razvijaju tokom industrijske revolucije. Poboljšano razumevanje delovanja i početak upotrebe đubriva su bili važni koraci u pred-industrijskoj i zelenoj revoluciji 20. veka.
мини|десно|250п|Demonstracija delovanja đubriva, Tenesi, 1942.
Đubriva tipično sadrže sledeće elemente (u varijabilnim proporcijama): tri primarna makronutrijenta: azot, fosfor i kalijum, tri sekundarna makronutrijenta: kalcijum, sumpor, magnezijum, i mikronutrijente ili mineralne elemente u tragovima: bor, hlor, mangan, gvožđe, cink, bakar, molibden i selen. Makronutrijenti su elementi koji se troše u većim količinama i prisutni su u tkivu biljaka u količini 0,2% do 4,0% (izraženo na suvu materiju). Mikronutrijenti se troše u manjim količinama i prisutni su u biljnom tkivu u količinama koje su reda veličine 5 - 200 -{ppm}- ili manje od 0,02% suve mase đubriva.
Istorijski gledano, đubrenje je dolazilo iz prirodnih ili organskih izvora: komposta, životinjskog đubriva, ljudskog đubriva, požnjevenih minerala, plodoreda i nusproizvoda industrije ljudske prirode (npr. otpad od prerade ribe ili krvavo brašno od klanja životinja). Međutim, počev od 19. veka, nakon inovacija u ishrani biljaka, poljoprivredna industrija se razvija oko sintetički stvorenih đubriva. Ova tranzicija je bila važna u transformaciji globalnog sistema ishrane, omogućavajući industrijsku poljoprivredu većeg obima sa velikim prinosima useva.
Hemijski procesi fiksiranja azota, kao što je Haberov proces izmišljen početkom 20. veka, i pojačan proizvodnim kapacitetom stvorenim tokom Drugog svetskog rata, doveli su do buma upotrebe azotnih đubriva. U drugoj polovini 20. veka, povećana upotreba azotnih đubriva (povećanje od 800% između 1961. i 2019. godine) bila je ključna komponenta povećane produktivnosti konvencionalnih sistema ishrane (više od 30% po glavi stanovnika) kao deo takozvane „Zelene revolucije“.
Upotreba veštačkih i industrijski primenjenih đubriva izazvala je ekološke posledice kao što su zagađenje vode i eutrofikacija usled nutritivnog oticanja; ugljenik i druge emisije iz proizvodnje đubriva i rudarstva; i kontaminacija i zagađenje zemljišta. Različite prakse održive poljoprivrede mogu se primeniti kako bi se smanjili štetni uticaji na životnu sredinu upotrebe đubriva i pesticida i štete po životnu sredinu izazvane industrijskom poljoprivredom.
Istorija
thumb|upright=1.6|Ukupna proizvodnja đubriva po tipu. thumb|upright=1.6|Svetska populacija podržana sa i bez sintetičkih azotnih đubriva. thumb|250px|left|Osnovan 1812. godine, Mirat, proizvođač stajnjaka i đubriva, smatra se najstarijim industrijskim preduzećem u Salamanci (Španija). thumb|250px|Budžet azota u usevima po komponentu i regionu, veliki deo dolazi od đubriva.
Upravljanje plodnošću zemljišta zaokuplja poljoprivrednike od početka poljoprivrede. Bliskoistočne, kineske, mezoameričke i kulture centralnih Anda bile su sve one koje su rano usvojile poljoprivredu. Smatra se da je ovo dovelo do bržeg rasta njihovih kultura u populaciji, što je omogućilo izvoz kulture u susedne grupe lovaca-sakupljača. Upotreba đubriva zajedno sa poljoprivredom omogućila je nekim od ovih ranih društava kritičnu prednost nad svojim susedima, što ih je dovelo do toga da postanu dominantne kulture u svojim regionima. Zabeleženo je da su Egipćani, Rimljani, Vavilonci i rani Germani koristili minerale ili stajnjak za povećanje produktivnosti svojih farmi. Naučno istraživanje ishrane biljaka počelo je mnogo pre rada nemačkog hemičara Justusa fon Libiga, iako se njegovo ime najviše pominje kao „otac industrije đubriva“. Nikola Teodor de Sosir i tadašnje naučne kolege su brzo opovrgli fon Libigova uprošćavanja. Istaknuti naučnici koje je fon Libig privukao bili su Karl Ludvig Sprenger i Herman Helrigel. U ovoj oblasti, došlo je do 'erozije znanja', delimično izazvane mešanjem ekonomije i istraživanja. Džon Benet Lauz, engleski preduzetnik, počeo je da eksperimentiše sa efektima različitih stajnjaka na biljke koje su rasle u saksijama 1837. godine, a godinu ili dve kasnije eksperimenti su prošireni i na useve u polju. Jedna od neposrednih posledica je bila da je 1842. godine patentirao đubrivo nastao tretiranjem fosfata sumpornom kiselinom i tako bio prvi koji je stvorio industriju veštačkog đubriva. U narednoj godini, on je angažovao Džozefa Henrija Gilberta; zajedno su izvodili eksperimente sa usevom u Institutu za istraživanje ratarskih kultura.
Birkeland-Ejdov proces je bio jedan od konkurentskih industrijskih procesa na početku proizvodnje đubriva na bazi azota. Ovaj proces je korišćen za fiksiranje atmosferskog azota (N2) u azotnu kiselinu (HNO3), jedan od nekoliko hemijskih procesa koji se nazivaju fiksacija azota. Dobijena azotna kiselina je zatim korišćena kao izvor nitrata (NO3−). Na osnovu ovog procesa izgrađena je fabrika u Rjukanu i Notodenu u Norveškoj i izgrađene su velike hidroelektrane.
Tokom 1910-ih i 1920-ih godina došlo je do uspona Haberovog i Ostvaldovog procesa. Haberov proces proizvodi amonijak (NH3) iz gasa metana (CH4) (prirodni gas) i molekularnog azota (N2) iz vazduha. Amonijak iz Haberovog procesa se zatim delimično pretvara u azotnu kiselinu (HNO3) u Ostvaldovom procesu. Procenjuje se da trećina godišnje globalne proizvodnje hrane koristi amonijak iz Haber-Bošovog procesa i da to izdržava skoro polovinu svetske populacije. Posle Drugog svetskog rata, fabrike za proizvodnju azota koje su se uvećale ridi proizvodnje ratnih bombi okrenute su ka poljoprivrednoj upotrebi. Upotreba sintetičkih azotnih đubriva je u stalnom porastu tokom poslednjih 50 godina, uvećavajući se skoro 20 puta na trenutnu stopu od 100 miliona tona azota godišnje.
Razvoj sintetičkih azotnih đubriva značajno je podržao globalni rast stanovništva. Procenjuje se da se skoro polovina ljudi na Zemlji trenutno hrani zahvaljujući upotrebi sintetičkih azotnih đubriva. Upotreba fosfatnih đubriva je takođe porasla sa 9 miliona tona godišnje u 1960. na 40 miliona tona godišnje u 2000. godini.
Poljoprivredna upotreba neorganskih đubriva u 2021. godini iznosila je 195 miliona tona hranljivih materija, od čega je 56% bio azot. Azija je predstavljala 53% ukupne svetske poljoprivredne upotrebe neorganskih đubriva 2021. godine, a zatim slede Amerika (29%), Evropa (12%), Afrika (4%) i Okeanija (2%). Ovo rangiranje regiona je isto za sve hranljive materije. Glavni korisnici neorganskih đubriva su, u opadajućem redosledu, Kina, Indija, Brazil i Sjedinjene Američke Države (videti tabelu 15), pri čemu je Kina najveći korisnik svakog hranljivog materijala.
Za usev kukuruza koji daje 6–9 tona zrna po hektaru potrebno je 31–50 kilograma (68–110 lb) fosfatnog đubriva za prehranu. Za useve soje je potrebno oko polovine, 20–25 kg po hektaru. Yara International je najveći svetski proizvođač đubriva na bazi azota.
Mehanizam thumb|upright=1.4|Šest biljaka paradajza uzgajanih sa i bez nitratnog đubriva na zemljištu siromašnom hranljivim peskom/glinom. Jedna od biljaka u zemljištu siromašnom hranljivim materijama je umrla. thumb|upright=1.5|Upotreba neorganskog đubriva po regionima.
Đubriva poboljšavaju rast biljaka. Ovaj cilj se ostvaruje na dva načina, tradicionalni su aditivi koji obezbeđuju hranljive materije. Drugi način na koji neka đubriva deluju je da poboljšaju efikasnost zemljišta modifikujući njegovo zadržavanje vode i aeraciju. Ovaj članak, kao i mnogi drugi o đubrivima, naglašava nutritivni aspekt. Đubriva obično obezbeđuju, u različitim razmerama:
Tri glavna makronutrienta (NPK): Azot (N): rast listova i stabljike Fosfor (P): razvoj korena, cvetova, semena i ploda; Kalijum (K): snažan rast stabljike, kretanje vode u biljkama, promocija cvetanja i plodonošenja; Tri sekundarna makronutrienta: kalcijum (Ca), magnezijum (Mg) i sumpor (S); Mikronutrijenti: bakar (Cu), gvožđe (Fe), mangan (Mn), molibden (Mo), cink (Zn) i bor (B). Od povremenog značaja su silicijum (Si), kobalt (Co) i vanadijum (V).
Hranljive materije potrebne za zdrav život biljaka klasifikovane su prema elementima, ali se elementi ne koriste kao đubriva. Umesto toga, jedinjenja koja sadrže ove elemente su osnova đubriva. Makronutrijenti se troše u većim količinama i prisutni su u biljnom tkivu u količinama od 0,15% do 6,0% na osnovu suve materije (DM) (0% vlage). Biljke se sastoje od četiri glavna elementa: vodonika, kiseonika, ugljenika i azota. Ugljenik, vodonik i kiseonik su široko dostupni u ugljen-dioksidu i u vodi. Iako azot čini većinu atmosfere, on je u obliku koji je nedostupan biljkama. Azot je najvažnije đubrivo, jer je azot prisutan u proteinima (amidne veze između aminokiselina), DNK (purinske i pirimidne baze) i drugim komponentama (npr. tetrapirolni hem u hlorofilu). Da bi bio hranljiv za biljke, azot mora biti dostupan u „fiksnom” obliku. Samo neke bakterije i njihove biljke domaćini (posebno mahunarke) mogu da fiksiraju atmosferski azot () pretvaranjem u amonijak (). Fosfat () potreban je za proizvodnju DNK (genetski kod) i ATP, glavnog nosioca energije u ćelijama, kao i određenih lipida (fosfolipida, glavne komponente lipidnog dvostrukog sloja ćelijskih membrana).
Mikrobiološka razmatranja
Dva skupa enzimskih reakcija su veoma relevantna za efikasnost đubriva na bazi azota.
Ureaza Prvi je hidroliza (reakcija sa vodom) uree (). Mnoge bakterije u zemljištu poseduju enzim ureazu, koji katalizuje konverziju uree u amonijum jon () i bikarbonatni jon ().
Oksidacija amonijaka Bakterije koje oksidiraju amonijak (AOB), kao što su vrste Nitrosomonas, oksidiraju amonijak () do nitrita (), proces koji se naziva nitrifikacija. Bakterije koje oksidiraju nitrite, posebno Nitrobacter, oksidiraju nitrit () do nitrata (), koji je izuzetno rastvorljiv i mobilan i glavni je uzrok eutrofikacije i cvetanja algi.
Označavanje đubriva Makronutrijenti u đubrivu se označavaju na osnovu -{„NPK“}- analize, a takođe i kao -{„N-P-K-S“}- u Australiji.
Primer označavanja za đubrivo potaša, koje ima odnos 1:1 kalijuma prema karbonatu ili 47% kalijuma i 53% karbonata u masenim procentima (što se dobije uzimajući u obzir razlike u molekularnoj težini između kalijuma i karbonata). Tradicionalna analiza 100 -{g}- soli bi dala 60 -{g K}-2O. Procentualni prinos -{K2O}- iz originalnih 100-{g}- đubriva predstavlja broj prikazan na oznaci. Kalijumovo đubrivo bi u ovom slučaju imalo oznaku 0-0-60, a ne 0-0-52.
Neorganska đubriva Đubriva se mogu grubo podeliti na organska đubriva (sastavljena od obogaćene organske materije – biljnog ili životinjskog porekla) i neorganska đubriva (sastavljena od veštački dobivenih supstanci i/ili minerala).
Neorganska đubriva se često sintetišu u toku Haber-Bošovog procesa, koji se koristi za sintezu amonijaka. Amonijak se koristi kao sirovina za stočnu hranu i druga azotna đubriva, npr. amonijum nitrat i urea. Ovi koncentrovani proizvodi se mogu razblaživati vodom, pri čemu se dobija koncentrovano tečno đubrivo. Amonijak se može kombinovati sa fosfatnim stenama i fosfatnim đubrivom (-{Odda}- proces), pri čemu nastaje „kombinovano đubrivo“.