Глава 2. Динамика содержания азота в почвах. Для повышения содержания азота в почве используют растения

Значение азота для растений, содержание и превращение его в почве

Огромное значение азотных удобрений в увеличении урожайности сельскохозяйственных культур обусловливается исключительно важной ролью азота в жизни растений. Азот входит в состав белков, являющихся главной составной частью цитоплазмы и ядра клеток, в состав нуклеиновых кислот, хлорофилла, ферментов, фосфатидов, большинства витаминов и других органических азотистых соединений, которые играют важную роль в процессах обмена веществ в растении.

Основным источником азота для растений являются соли азотной кислоты (нитраты) и соли аммония. В естественных условиях питание растений азотом происходит путем потребления ими аниона NO3— и катиона Nh5+, находящихся в почвенном растворе и в обменно-поглощенном почвенными коллоидами состоянии. Поступившие в растения минеральные формы азота проходят сложный цикл превращения, в конечном итоге включаясь в состав органических азотистых соединений — аминокислот, амидов и, наконец, белка. Синтез органических азотистых соединений происходит через аммиак, образованием его завершается и их распад.

Нитратный азот не может непосредственно использоваться растениями для синтеза аминокислот. Нитраты в растениях подвергаются сначала ступенчатому — через нитрит, гипонитрит и гидроксиламин — ферментативному восстановлению до аммиака:

Восстановление нитратов происходит с участием ферментов, содержащих микроэлементы — молибден, медь, железо и марганец,— и требует затрат энергии, аккумулируемой в растениях при фотосинтезе и окислении углеводов. Восстановление нитратов в растениях осуществляется по мере использования образующегося аммиака на синтез органических азотистых соединений. Нитраты безвредны для растений и могут накапливаться в их тканях в значительных количествах. Однако содержание нитратов в сельскохозяйственной продукции (кормах и овощах) выше определенного предела может оказывать токсическое действие на организм животных и человека.

Основной путь образования аминокислот, находящихся в растениях частично в свободном состоянии и главным образом в составе белка, — аминирование органических кетокислот — продуктов неполного окисления углеводов.

Аммиачный азот, поступивший в растение и образовавшийся при восстановлении нитратов, в первую очередь присоединяется к кетокислоте (щавелево-уксусной, кето-глутаровой или фумаровой), образуя аспарагиновую и глутаминовую аминокислоты.

Широкий набор аминокислот, входящих в состав белка, синтезируется переаминированием аспарагиновой и глутаминовой кислот и их амидов — аспарагина и глутамина, а также в результате ряда других специфических реакций. В процессе переаминирования под воздействием соответствующих ферментов аминогруппы указанных соединений переносятся на другие органические кетокислоты.

Важную роль в метаболизме азота и углеводном обмене растений играют реакции дезаминирования аминокислот, т. е. отщепление аминогруппы от аминокислот с образованием аммиака и соответствующей кетокислоты. Аммиак вновь используется для аминирования кетокислот, а высвободившаяся кетокислота включается в цикл превращения углеводов.

Особое значение в азотном обмене растений принадлежит амидам — аспарагину и глутамину, образующимся при присоединении еще одной молекулы аммиака к аспарагиновой и глутаминовой кислотам.

При недостатке углеводов и, следовательно, органических кетокислот (особенно при прорастании семян, имеющих малый запас углеводов, например сахарной свеклы) избыточное поступление аммиачного азота в растения может оказать отрицательное действие. В этом случае аммиачный азот не успевает использоваться на синтез аминокислот и накапливается в тканях, вызывая «аммиачное отравление» растений. Те растения, в посевном материале которых содержится много углеводов (например, крахмала у картофеля), быстро усваивают поступающий аммиачный азот и хорошо отзываются на внесение аммиачных удобрений.

Биосинтез белка, состоящего из аминокислот, соединенных между собой пептидными связями, происходит с участием нуклеиновых кислот, являющихся матрицей, на которой фиксируются и соединяются аминокислоты с образованием разнообразных белковых молекул.

В процессе роста и развития в растениях постоянно синтезируется огромное количество разнообразных белков. Они различаются по молекулярной массе, составу аминокислот и их последовательности в полипептидных цепях, по функциональным свойствам. Белки, синтезируемые на различных фазах развития растений, как и белки отдельных органов и клеток, имеют качественные отличия. Для биосинтеза белков, как и других сложных органических соединений, требуется затрата большого количества энергии. Основные источники ее в растениях — фотосинтез и дыхание (окислительное фосфорилирование), поэтому существует тесная связь между синтезом белка и интенсивностью дыхания и фотосинтеза.

Наряду с синтезом в растениях происходит распад белков на аминокислоты с отщеплением аммиака под действием протеолитических ферментов. В молодых растущих органах и растениях синтез белков превышает распад, по мере старения процессы расщепления активизируются и начинают преобладать над синтезом.

В разные фазы роста и развития растений ход процессов обмена азотистых веществ неодинаков. При прорастании семян происходит расщепление запасных белков эндосперма или семядолей, и продукты гидролиза используются для построения белков. После формирования фотосинтезирующего листового аппарата и корневой системы питание растений и синтез белка осуществляются за счет минерального азота, поглощаемого из почвы. Наиболее интенсивно поглощение и усвоение растениями азота из окружающей среды происходят в период максимального роста и образования вегетативных органов — стеблей и листьев. Из стареющих частей растений, в которых преобладают процессы распада белка, продукты его гидролиза передвигаются в молодые интенсивно растущие органы. При формировании семян белковые вещества вегетативных частей растения подвергаются гидролизу и образующиеся продукты оттекают в репродуктивные органы, где снова используются на синтез белка. В это время потребление растениями азота из почвы ограничивается или практически заканчивается.

Преимущественное использование растениями аммонийного или нитратного азота зависит от ряда факторов, важнейшими из которых являются: биологические особенности культуры, обеспеченность ее углеводами, реакция среды, наличие кальция, калия и других элементов питания, в том числе микроэлементов. При нейтральной реакции аммонийный азот усваивается растениями лучше, а при кислой — хуже, чем нитратный. Повышенное содержание кальция, магния и калия создает более благоприятные условия для усвоения аммонийного азота, а при нитратном питании важное значение имеет достаточная обеспеченность фосфором и молибденом. Недостаток молибдена тормозит восстановление нитратов и ограничивает ассимиляцию нитратного азота растениями. В естественных условиях сравнительная ценность для растений нитратных и аммиачных (аммонийных) форм азотных удобрений в значительной степени определяется их поведением, превращениями в почве и свойствами последней.

Условия азотного питания оказывают большое влияние на рост и развитие растений. При достаточном снабжении растений азотом в них усиливается синтез органических азотистых веществ. Растения образуют мощные листья и стебли с интенсивно-зеленой окраской, хорошо растут и кустятся; улучшается формирование и развитие органов плодоношения. В результате резко повышаются урожай и содержание белка в нем. Однако при одностороннем избытке азота задерживается созревание растений, они образуют большую вегетативную массу, но мало зерна или клубней и корнеплодов; у зерновых и льна избыток азота может вызывать полегание.

При недостатке азота рост растений резко замедляется, листья бывают мелкие, бледно-зеленой окраски, что связано с нарушением синтеза хлорофилла, преждевременно желтеют, стебли становятся тонкими и слабо ветвятся. Ухудшаются также формирование и развитие репродуктивных органов и налив зерна, сильно снижаются урожай и содержание белка в нем.

Содержание азота в растениях.. Основное количество азота (до 90% общего содержания) находится в семенах в составе белка. Растительные белки содержат азота от 14 до 18%, т. е. в среднем около 16%.

Наиболее богаты азотом семена бобовых и масличных культур, меньше его в зерне злаков. В вегетативных органах растений азота значительно меньше, чем в семенах. Так, в зерне пшеницы содержание азота составляет от 2,3 до 3,5% сухого вещества, а в соломе — от 0,4 до 0,7%. Из вегетативных органов азотом богаче листья, особенно молодые, меньше его в стеблях и корнях. В листьях и стеблях растений, а также в корнеплодах и клубнях доля небелкового азота может быть значительной. Например, в листовых овощах, корнях сахарной, кормовой свеклы и моркови, клубнях картофеля небелковые соединения азота в момент достижения товарной спелости составляют половину общего количества этого элемента. Растения для формирования хорошего урожая выносят из почвы вначительное количество азота: зерновые около 100-150 кг, кукуруза, картофель, сахарная свекла — до 150-250 кг с 1 га.

Содержание азота в почвах зависит от количества в них гумуса. В черноземах общее содержание азота достигает 0,4-0,5%, а в дерново-подзолистых почвах и сероземах — только 0,05—0,15%. Общий запас азота в пахотном слое разных почв колеблется от 1500 до 15`000 кг на 1 га.

Основная масса почвенного азота (до 99%) находится в виде органических соединений (белковых и гумусовых веществ), недоступных для питания растений. Скорость минерализации органических соединений азота почвенными микроорганизмами до аммиака и нитратов зависит от условий аэрации, влажности, температуры и реакции почвы. Поэтому количество минеральных соединений азота в почвах сильно колеблется — от следов до 2—3% общего содержания азота.

Разложение азотистых органических веществ в почве в общем виде может быть представлено следующей схемой: гуминовые вещества, белки ⇒ аминокислоты, амиды ⇒ аммиак ⇒ нитриты ⇒ нитраты ⇒ молекулярный азот.

Распад органических азотосодержащих веществ почвы до аммиака называется аммонификацией. Этот процесс осуществляется многочисленными аэробными и анаэробными почвенными микроорганизмами и происходит во всех почвах при разной реакции среды, но замедляется в анаэробных условиях и при сильнокислой и щелочной реакциях.

Аммонийный азот в почве подвергается нитрификации — окислению до нитритов, а затем нитратов. Этот процесс осуществляется группой специфических аэробных бактерий, для которых окисление аммиака является источником энергии. Оптимальные условия для нитрификации — хорошая аэрация, влажность почвы 60-70% капиллярной влагоемкости, температура 25-32°С и близкая к нейтральной реакция. Интенсивная нитрификация — один из признаков культурного состояния почвы. На кислых подзолистых почвах в условиях плохой аэрации, избыточной влажности и низкой температуры процессы минерализации протекают слабо и останавливаются на стадии образования аммония. Нитрификация из-за неблагоприятных условий для деятельности нитрифицирующих бактерий бывает подавлена и происходит медленно.

На окультуренных, хорошо обработанных почвах процессы аммонификации и нитрификации идут интенсивнее, больше образуется минеральных соединений азота, особенно нитратов. Известкование кислых почв, систематическое внесение органических и минеральных удобрений, усиливая микробиологическую деятельность в почве, резко повышают интенсивность минерализации органического вещества и образования усвояемых соединений азота.

Круговорот азота в земледелии

Минеральные соединения азота не накапливаются в почве в больших количествах, так как потребляются растениями, а также используются микроорганизмами и частично снова превращаются в органическую форму.

Азотные удобрения усиливают минерализацию почвенного органического вещества и значительно увеличивают усвоение растениями азота из почвы. До недавнего времени считалось, что растения используют 70-80% азота удобрений. Коэффициент использования растениями азота удобрений определялся разностным методом — по разнице в выносе азота с урожаем при внесении азота и без внесения, выраженный в % внесенного количества N удобрения. При этом допускалось, что растения в том и другом случае усваивают одинаковое количество азота из почвы. Применение в агрохимических исследованиях метода меченых атомов (в опытах использовали соединения азота, меченные стабильным изотопом азота 15N) позволило установить, что в полевых условиях растения усваивают непосредственно из удобрений лишь 30-50% азота. Однако при внесении азотных удобрений усиливается минерализация почвенного азота и усвоение его растениями. Коэффициенты использования азота различных форм азотных удобрений существенно не различаются, за исключением экстремальных условий их применения. Показано также, что 10-20% азота нитратных и 30-40% аммиачных, аммонийных удобрений и мочевины закрепляется в почве в органической форме. Превращение азота в органическую форму резко возрастает при запашке в почву органического вещества с низким содержанием азота (пожнивные растительные остатки, солома злаковых и соломистый навоз). Закрепившийся азот медленно минерализуется и слабо усваивается растениями, поэтому последействие азотных удобрений незначительно.

Следовательно, одновременно с минерализацией органического вещества в почве происходит закрепление минеральных соединений азота вновь в органическую форму. Но при этом азот не теряется, а лишь временно переходит в недоступные растениям соединения. Соотношение процессов минерализации и новообразования органических азотосодержащих веществ имеет важное значение в азотном режиме почв.

Для закрепления нитратного азота в почве особое значение, как уже отмечалось, имеет биологическое поглощение. Нитраты легко передвигаются в почве и могут вымываться из корнеобитаемого слоя осадками и дренажными водами. Вымывание нитратов из тяжелых почв под растениями обычно незначительно (в среднем 3-5 кг с 1 га). Однако на легких, особенно парующих, почвах в увлажненных районах, а также в условиях орошаемого земледелия такие потери могут достигать значительных величин (до 30-50 кг на 1 га и более).

Потери азота почвы и удобрений в основном происходят вследствие денитрификации — процесса восстановления нитратного азота до свободного молекулярного азота (N2) или до газообразных окиси и закиси азота (NO и N2O). Биологическая денитрификация осуществляется группой денитрифицирующих бактерий и особенно интенсивно идет в анаэробных условиях и щелочной реакции почвы при наличии богатого клетчаткой органического вещества. Биологическая денитрификация протекает и в обычных условиях реакции среды, аэрации и увлажнения, поскольку в почвах неизбежны анаэробные микрозоны, а диапазон благоприятной реакции для развития денитрификаторов довольно широкий. Косвенная, или «хемоденитрификация» связана с образованием газообразных окислов азота и молекулярного азота при химическом взаимодействии промежуточных продуктов нитрификации (нитритов и гидроксиламина) с Nh5+, аминокислотами и с органическим веществом почвы, а также в результате разложения азотистой кислоты (особенно при кислой реакции) до NO. Потери азота при денитрификации нитратов, образующихся при нитрификации аммиачного азота почвы и вносимых аммиачных азотных удобрений и мочевины, а также из нитратных азотных удобрений, весьма существенны. Исследования с применением 15N показали, что потери азота аммиачных удобрений составляют около 20%, а нитратных — до 30% и более внесенного количества. Потери азота удобрений резко возрастают в парующей почве и достигают 40-50%,

Следовательно, в круговороте азота в земледелии процессы нитрификации наряду с положительной играют и отрицательную роль, так как образующиеся нитраты могут вымываться и теряться из почвы в виде газообразных продуктов при денитрификации. Один из путей снижения потерь азота почвы и удобрения вследствие денитрификации и вымывания нитратов — применение ингибиторов нитрификации. Эти препараты тормозят нитрификацию и сохраняют минеральный азот почвы и удобрений в аммонийной форме. Особенно эффективно использование ингибиторов нитрификации в районах орошаемого земледелия под хлопчатник и на рисовых плантациях, а также на легких почвах в зоне достаточного увлажнения.

При поверхностном внесении твердых аммонийных удобрений и мочевины могут происходить потери азота в форме аммиака, особенно на карбонатных и щелочных почвах. Однако заделка удобрений в почву практически устраняет такие потери. Потери азота значительно уменьшаются при правильном применении органических и минеральных удобрений в сочетании с рациональной системой обработки почвы и орошения.

Азот, усвоенный растениями, лишь частично снова возвращается в почву с навозом, та же часть азота, которая содержится в товарной продукции (зерно, волокно льна, клубни картофеля и т. д.), отчуждается из хозяйства.

Чтобы получать высокие, устойчивые урожаи сельскохозяйственных культур, необходимо постоянно заботиться о пополнении запасов азота в почве. Единственным естественным источником пополнения запасов азота в почве является азот атмосферы.

В атмосфере над каждым гектаром почвы находится около 80 тыс. т азота, но молекулярный азот воздуха недоступен для большинства растений (кроме бобовых) в природных условиях.

Связывание молекулярного азота воздуха и пополнение запасов азота в почве происходит двумя путями. Небольшое количество связанного азота (до 3-5 кг на 1 га) образуется в атмосфере под действием грозовых разрядов и в виде азотистой и азотной кислоты поступает в почву с осадками. Большее значение для питания растений имеет фиксация азота воздуха азотфиксирующими микроорганизмами, свободно живущими в почве (азотобактер, клостридиум и др.), и клубеньковыми бактериями, живущими в симбиозе с бобовыми растениями (биологический синтез азота).

Свободноживущие азотфиксаторы ассимилируют до 5-10 кг азота на 1 га. Размеры симбиотической азотфиксации зависят от вида бобового растения. Так, клевер может накапливать 150-160 кг азота, люпин — 100-170, люцерна — 250-300, соя — 100, горох, вика и фасоль — 70-80 кг на 1 га. Примерно 1/3, связанного бобовыми азота остается в пожнивных и корневых остатках и после минерализации может использоваться культурами, следующими в севообороте после бобовых.

В среднем на 1 т сена (содержащую 25-30 кг азота) в корневых и послеукосных остатках содержится и поступает в почву 10-15 кг азота. Вклад биологического азота в азотный баланс определяется площадью, занимаемой многолетними бобовыми травами и их урожаем, от которого зависит количество азота, оставляемого в почве в корневых и послеукосных остатках. Если площадь, занятая бобовыми травами, составляет 10% общей посевной площади, а урожай сена равен 4 т с 1 га, то ежегодное поступление в почву азота на 1 га посевов бобовых составит 40-60 кг, а в среднем на 1 га всей посевной площади — 4-6 кг.

Следовательно, суммарное поступление азота за счет указанных выше источников далеко не компенсирует выноса азота урожаями сельскохозяйственных культур и потерь его из почвы в результате вымывания и денитрификации. Поэтому для получения высоких урожаев всех сельскохозяйственных культур и повышения качества урожая громадное значение имеет внесение в почву минеральных азотных удобрений, получаемых путем искусственного синтеза из азота воздуха на химических заводах.

На большинстве почв и особенно в достаточно увлажненных районах на дерново-подзолистых, серых лесных и выщелоченных черноземах, а также при орошении на сероземах и других почвах азотные удобрения имеют решающее значение в повышении урожаев. Они дают наибольшие прибавки урожайности. По данным многих полевых опытов, азотные удобрения дают в этих районах около 60% общей прибавки урожая, получаемой от полного минерального удобрения (NPK). Их применяют под все культуры, за исключением бобовых, потребность которых в азоте обеспечивается за счет фиксации азота воздуха клубеньковыми бактериями.

Азотные удобрения подразделяются на четыре группы:

• Нитратные удобрения (селитры), содержащие азот в нитратной форме, — NaNO3, Ca(NO3)2
• Аммонийные и аммиачные удобрения, содержащие азот соответственно в аммонийной или аммиачной форме, — (Nh5)2SО4, и жидкие азотные удобрения (безводный аммиак и аммиачная вода).
• Аммонийно-нитратные удобрения, содержащие азот в аммонийной и нитратной форме, — Nh5N03
• Удобрение, содержащее азот в амидной форме, — CO(Nh3)2.

Производство различных азотных удобрений основано главным образом на получении синтетического аммиака из молекулярного азота и водорода. Азот получают пропусканием воздуха в генератор с горящим коксом, а источником водорода служат природный газ, нефтяные и коксовые газы. Из смеси N2 и Н2 (в отношении 1:3) при высокой температуре и давлении в присутствии катализаторов получают аммиак:

Синтетический аммиак используют не только для производств аммонийных солей, но и азотной кислоты, которая идет для получения аммонийно-нитратных и нитратных удобрений.

Нитратные удобрения

Нитратные удобрения — натриевая и кальциевая селитра — составляют менее 1% выпускаемых азотных удобрений, однако рассмотрение их свойств и превращений в почве представляет интерес с точки зрения правильного понимания особенностей применения других азотных удобрений.

Натриевая селитра (нитрат натрия, азотнокислый натрий, чилийская селитра) — NaNO3 — содержит 16—16,4% азота и 26% натрия.

Выпускаемая в настоящее время натриевая селитра — побочный продукт при получении азотной кислоты из аммиака. Это мелкокристаллическая соль белого или желтовато-бурого цвета, хорошо растворимая в воде. Обладает слабой гигроскопичностью, но при хранении в неблагоприятных условиях может слеживаться. При правильном хранении не слеживается и сохраняет хорошую рассеваемость.

Кальциевая селитра (нитрат кальция, азотнокислый кальций)— Ca(NO3)2 — содержит не менее 17,5% азота

Получается при нейтрализации азотной кислоты известью, а также в качестве побочного продукта при производстве комплексных удобрений — нитрофосок — методом азотно-кислотной переработки фосфатов. Кристаллическая соль белого цвета, хорошо растворимая в воде. Обладает высокой гигроскопичностью и даже при нормальных условиях хранения сильно отсыревает, расплывается и слеживается. Хранят и перевозят ее в специальной водонепроницаемой упаковке. Для уменьшения гигроскопичности гранулируется с применением гидрофобных покрытий. Однако гранулирование не устраняет полностью неблагоприятные физические свойства удобрения.

Натриевая и кальциевая селитра — физиологически щелочные удобрения. Растения в большем количестве потребляют анионы NO3— чем катионы Na+ или Са2+, которые, оставаясь в почве, сдвигают реакцию в сторону подщелачивания. Эти удобрения при систематическом применении на кислых дерново-подзолистых почвах снижают почвенную кислотность.

Особенно хорошие результаты на кислых, бедных основаниями почвах дает кальциевая селитра. При ее внесении уменьшается кислотность и улучшаются физические свойства почвы, так как кальций коагулирует почвенные коллоиды.

В почве селитры быстро растворяются и вступают в обменные реакции с катионами почвенного поглощающего комплекса:

Катионы Na+ или Са2+ поглощаются почвой, а анионы NO3— остаются в почвенном растворе, сохраняя высокую подвижность. Поэтому в условиях влажного климата или при обильном орошении, особенно на легких почвах, нитратный азот может вымываться, а также теряться в виде газообразных продуктов в ходе денитрификации.

Селитры не рекомендуется вносить осенью, их лучше заделывать весной под предпосевную культивацию. Очень хорошо использовать эти удобрения в подкормку под озимые и пропашные культуры, а натриевую селитру — также в рядки при посеве сахарной свеклы, кормовых и столовых корнеплодов. Высокая эффективность натриевой селитры при внесении под корнеплоды связана с ролью натрия. Он усиливает отток углеводов из листьев в корни, в результате повышаются урожай корней и содержание в них сахара.

Аммонийные и аммиачные удобрения

Твердые аммонийные удобрения. Сульфат аммония (сернокислый аммоний) — (Nh5)2 SО4 — содержит 20,8—21% азота. Кристаллическая соль, хорошо растворимая в воде; гигроскопичность ее очень слабая, поэтому при нормальных условиях хранения слеживается мало и сохраняет хорошую рассеваемость. Получают сульфат аммония улавливанием серной кислотой газообменного аммиака из газов, образующихся при коксовании каменного угля, или нейтрализацией синтетическим аммиаком отработанной серной кислоты различных химических производств. Большое количество сульфата-аммония вырабатывается в качестве побочного продукта при производстве капролактама.

Синтетический сульфат аммония белого цвета, а коксохимический из-за наличия органических примесей имеет серую, синеватую или красноватую окраску.

Удобрение содержит около 24% серы и является хорошим источником этого элемента для питания растений.

Хлористый аммоний — Nh5Cl — получали как побочный продукт при производстве соды, содержит 24—25% азота. Из-за содержания большого количества хлора (67%) малопригоден для культур, чувствительных к этому элементу (табака, цитрусовых, картофеля и др.).

Сульфат аммония (и хлористый аммоний) — удобрения физиологически кислые, так как растения быстрее и в большем количестве потребляют катионы Nh5+ чем анионы SO42- или Cl—). При однократном внесении умеренных доз этих удобрений заметного подкисления почвы не наблюдается, на при систематическом применении» особенно на малобуферных почвах, происходит значительное их под-кисление. После внесения в почву аммонийные удобрения быстро растворяются в почвенной влаге и вступают в обменные реакции с катионами почвенного поглощающего комплекса:

Поглощенный аммоний хорошо доступен для растений. В то же время подвижность его в почве и опасность вымывания в условиях обильного увлажнения уменьшаются. Аммонийные удобрения можно вносить заблаговременно, с осени, под зяблевую вспашку.

Поглощение аммония почвой и его меньшая подвижность могут играть и отрицательную роль. Аммонийный азот локализуется в почве в очагах его внесения и очень слабо передвигается, поэтому при внесении аммонийных удобрений в подкормку или в рядки при посеве использование азота молодыми растениями, имеющими слаборазвитую корневую систему, затруднено. Кроме того, интенсивное поступление аммонийного азота в молодые проростки растений с малым запасом углеводов в семенах может оказать на них отрицательное влияние из-за токсического действия избытка аммиака.

В рядки или подкормку лучше вносить нитратные удобрения, аммонийные применяют преимущественно до посева в качестве основного удобрения. С течением времени разница в подвижности нитратных и аммонийных удобрений сглаживается, так как аммонийный азот постепенно подвергается нитрификации и переходит в нитратную форму.

Хлористый аммоний нитрифицируется медленнее, чем сульфат-аммоний, что связано, очевидно, с отрицательным влиянием хлора на деятельность нитрифицирующих бактерий.

В результате нитрификации аммонийных удобрений образуется НNO3, освобождается h3SO4 или НСl. Эти кислоты подкисляют почвенный раствор и вытесняют основания из почвенного поглощающего комплекса. При систематическом применении аммонийных удобрений, особенно на малобуферных слабоокультуренных дерново- подзолистых почвах, повышается актуальная, обменная и гидролитическая кислотность, уменьшается степень насыщенности почвы основаниями, увеличивается содержание подвижных форм алюминия и марганца. В результате ухудшаются условия роста растений и снижается эффективность удобрений. Возрастает потребность в известковании.

Особенно сильно реагируют на подкисляющее действие аммонийных удобрений культуры, чувствительные к почвенной кислотности: клевер, пшеница, ячмень, свекла, капуста. Для этих культур аммонийные удобрения уже с первых лет их применения оказываются менее эффективными, чем нитратные. Известкование дерново-подзолистых почв устраняет отрицательное влияние аммонийных удобрений на свойства почвы. Хорошая заправка почвы навозом, повышая ее буферность, также снижает отрицательное действие этих удобрений на свойства почвы и имеет важное значение для более эффективного их применения.

Жидкие азотные удобрения. Жидкий аммиак — Nh4 — содержит 82,2% азота. Получается сжижением газообразного аммиака под давлением. По внешнему виду бесцветная, подвижная жидкость, плотность 0,61 при 20°С, температура кипения 34°С. При хранении в открытых сосудах Nh4 быстро испаряется. Жидкий аммиак обладает высокой упругостью паров (при 10°С 5,2 кгс/см² и при 38°С 14 кгс/см²), поэтому его хранят и транспортируют в стальных баллонах или цистернах, выдерживающих высокое давление. Nh4

Аммиачная вода (водный аммиак) — Nh5OH — водный 25%-ный и 22%-ный раствор аммиака, выпускается двух сортов — с содержанием азота 20,5 и 18%. Бесцветная или желтоватая жидкость с резким запахом аммиака (нашатырного спирта). Упругость паров небольшая. Хранить и транспортировать аммиачную воду можно в герметически закрывающихся резервуарах (цистернах, баках), рассчитанных на невысокое давление. В аммиачной воде азот находится в форме Nh4 и Nh5OH, причем аммиака содержится больше, чем аммония. Этим обусловлена возможность потерь азота за счет улетучивания Nh4 при перевозке, хранении и внесении удобрения. Использовать ее в качестве удобрения проще и безопаснее, чем жидкий аммиак, но недостатком является низкое содержание азота. Поэтому производство аммиачной воды уменьшается, а безводного аммиака увеличивается.

Преимущество жидких азотных удобрений заключается в том, что производство и применение их обходится значительно дешевле, чем твердых. При производстве жидких азотных удобрений отпадает необходимость в строительстве цехов азотной кислоты, кристаллизации, упарки, грануляции, сушки, что позволяет значительно снизить капиталовложения на строительство азотно-тукового завода равноценной (по азоту) мощности. Стоимость единицы азота в жидком и водном аммиаке примерно в 1,5—2 раза меньше, чем в аммиачной селитре. Кроме того, как показали широкие производственные испытания, в 2—3 раза сокращаются затраты труда на внесение жидких удобрений, так как отпадают все работы по подготовке удобрений к внесению (дробление, просеивание, засыпка в туковые сеялки и т.п.), а все операции по их использованию (погрузке, выгрузке, внесению в почву) полностью механизированы. При правильном применении жидкие азотные удобрения дают такие же прибавки урожайности культур, как и равная доза азота в аммиачной селитре.

Жидкие азотные удобрения вносят специальными машинами, обеспечивающими немедленную заделку их на глубину не менее 10-12 см на тяжелых почвах и 14-18 см на легких. Поверхностное внесение этих удобрений недопустимо, так как аммиак быстро испаряется. При более мелкой заделке также возможны значительные его потери, особенно на легких песчаных и супесчаных почвах. Из влажной почвы потери аммиака значительно меньше, чем из сухой.

При внесении жидких аммиачных удобрений ион аммония (безводный аммиак превращается в газ и связывается почвенной влагой с образованием гидроокиси аммония) обменно поглощается и поэтому слабо передвигается в почве. В первые дни после заделки удобрений почва подщелачивается, а затем по мере нитрификации аммиачного азота ее реакция сдвигается в сторону подкисления. При нитрификации азота удобрений возрастает его подвижность в почве. В зоне внесения безводного аммиака происходит временная стерилизация почвы и скорость нитрификации замедляется.

Жидкие азотные удобрения можно применять как основное (допосевное) удобрение под все культуры и вносить не только под предпосевную культивацию, но и осенью под зяблевую вспашку. Их можно применять и для подкормки пропашных культур. В этом случае во избежание ожогов растений удобрения заделывают в середину междурядий или на расстоянии не менее 10—12 см от растений.

При работе с жидкими азотными удобрениями следует соблюдать правила техники безопасности, так как пары аммиака вызывают раздражение слизистых оболочек глаз и дыхательных путей, удушье и кашель. При осмотре и ремонте емкостей из-под этих удобрений необходимы меры предосторожности, так как смесь аммиака с воздухом взрывоопасна.

Аммонийно-нитратные удобрения

Аммиачная селитра (азотно-кислый аммоний, нитрат аммония) — Nh5NO3 — основное азотное удобрение, содержит 34,0% азота. Получается нейтрализацией азотной кислоты аммиаком:

Аммиачную селитру выпускают в виде кристаллов белого цвета или гранул размером 1-3 мм, различной формы (сферической, в виде чешуек, пластинок). Негранулированная кристаллическая аммиачная селитра обладает высокой гигроскопичностью, при хранении слеживается, поэтому хранить ее следует в водонепроницаемых мешках в сухом помещении. Выпускаемая для сельского хозяйства гранулированная селитра менее гигроскопична, меньше слеживается, сохраняет хорошую рассеваемость, особенно если в процессе ее получения вводятся в небольших количествах специальные кондиционирующие (гидрофобные) добавки.

Аммиачная селитра — хорошо растворимое высококонцентрированное удобрение. Может применяться под любые культуры и на всех почвах перед посевом, при посеве в рядки или лунки и в подкормку.

В аммиачной селитре половина азота находится в нитратной и половина в аммонийной форме. Из раствора Nh5NO3 растения быстрее поглощают катион Nh5+, чем анион NO3— поэтому аммиачная селитра физиологически кислое удобрение, но подкисляет почву слабее, чем сульфат-аммоний.

При взаимодействии Nh5N03 с почвенным поглощающим комплексом катион Nh5+ поглощается почвой, а анион NO3— остается в почвенном растворе, сохраняя высокую подвижность:

На почвах, насыщенных основаниями (сероземы, черноземы), в растворе образуются азотнокислые соли кальция (или магния) и почвенный раствор не подкисляется даже при систематическом внесении высоких норм удобрения. Для этих почв аммиачная селитра — одна из лучших форм азотных удобрений.

На кислых дерново-подзолистых почвах, содержащих в поглощенном состоянии мало кальция и много ионов Н+ в почвенном растворе образуется HNO3, поэтому он подкисляется. Подкисление носит временный характер, так как исчезает по мере потребления нитратного азота растениями. В первое же время, особенно при внесении большой дозы селитры и неравномерном ее рассеве, в почве могут создаваться очаги с высокой кислотностью.

При длительном применении аммиачной селитры на малобуферных дерново-подзолистых почвах подкисление может быть довольно сильным, в результате эффективность этого удобрения, особенно при внесении под культуры, чувствительные к повышенной кислотности, заметно снижается.

Для повышения эффективности Nh5NO3 на кислых почвах большое значение имеет их известкование (или нейтрализация кислотности самого удобрения известью или доломитом при соотношении 1:1).

На кислых дерново-подзолистых почвах более высокий эффект, особенно при систематическом применении, дает нейтрализованная, или известковая, аммиачная селитра Nh5N03 + CaCO3. Она содержит 18-23% азота и получается сплавлением или смешением азотно-кислого аммония с эквивалентным количеством извести, мела или доломита.

Мочевина

Мочевина (карбамид) — CO(Nh3)2 — содержит не менее 46% азота. Получается синтезом из аммиака и углекислого газа при высоких давлениях и температуре. Белый мелкокристаллический продукт, хорошо растворимый в воде. Гигроскопичность при температуре до 20°С сравнительно небольшая. При хороших условиях хранения слеживается мало, сохраняет удовлетворительную рассеваемость. Особенно хорошими физическими свойствами обладает гранулированная мочевина.

Во время грануляции мочевины образуется биурет (CONh3)2NH , обладающий токсическим действием, однако содержание его в гранулированном удобрении не превышает 1% и практически безвредно для растений при обычных способах применения.

В почве под влиянием уробактерий, выделяющих фермент уреазу, мочевина быстро (за 2—3 дня) аммонифицируется с образованием углекислого аммония: CO(Nh3)2+2Н2О = (Nh5)2СО3

В первые дни после внесения мочевины вследствие образования (Nh5)2СО3 (гидролитически щелочная соль) происходит временное местное подщелачивание почвы. Образующийся (Nh5)2СО3 поглощается почвой и постепенно нитрифицируется (причем нитрификация его протекает быстрее, чем (Nh5)2 SО4, и временное подщелачивание почвы сменяется некоторым подкислением.

На малобуферных легких почвах смещения реакции почвенного раствора могут быть особенно заметными, но после усвоения азота растениями в почве не будет ни щелочных, ни кислых остатков.

Мочевина — одно из лучших азотных удобрений и по эффективности равноценна аммиачной селитре, а на рисе — сульфату аммония.

Ее можно применять как основное удобрение или в п

ieassa.org

Глава 2. Динамика содержания азота в почвах. Азотные удобрения и их роль в повышении урожайности сельскохозяйственных культур на каштановых почвах

Похожие главы из других работ:

Агрохимическая характеристика почв хозяйства "Хомутинка" Нижнеомского района Омской области и мероприятия по повышению плодородия

2.6 Динамика содержания гумуса и фосфора и калия в почвах пашни по годам обследования

Хозяйственная деятельность человека оказывает существенное влияние на содержание гумуса и обеспеченность растений элементами питания. Целенаправленная работа по повышению плодородия почв в 80-е годы, привела к тому...

Анализ современного состояния производства и реализации молока в СПК "Колхоз им. Свердлова" Уренского района Нижегородской области

1.1 Анализ производства молока (динамика среднегодового производства коров, структура стада, динамика валового надоя, продуктивность)

Уренский район расположен в самом центре Ветлужского равнинного таежно-лесного края (Северное Заволжье) - лесной природной зоны Нижегородской области...

Взаимодействие радионуклидов с почвой

2 Поведение радионуклидов в почвах в зависимости от агрохимических показателей почв

Поглощение почвами. Поведение радионуклидов в почвах в процессах обменного поглощения подчиняется тем общим законам, которые были установлены классическим учением К. К. Гедройца о поглотительной способности почв. Однако процесс сорбции...

Возделывание рапса, многолетних злаковых трав и сахарной свеклы. Радионуклиды в почве

6. Поведение радионуклидов в почвах

Радиоактивное загрязнение почвы обусловлено тем, что искусственные радионуклиды поступают на поверхность суши из атмосферы в составе глобальных выпадений и выбросов предприятий ядерного топливного цикла...

Для чего используют пленкообразующие составы

2.Какие агротехнические мероприятия на торфяных почвах

На осушенных и освоенных болотных почвах должна применяться не только специальная система удобрения, но и особая агротехника. Например, в севооборотах, вводимых на вновь освоенных болотных почвах...

Изучение влияния соединений тяжёлых металлов на почву и растения (на примере соединений кадмия и свинца)

1.1 Механизмы поглощения и трансформации ионов тяжёлых металлов в почвах

В системе циклического массообмена металлов особое место занимает почва, в которой сходятся общие миграционные потоки. С одной стороны, в почве мобилизуются металлы, вовлекаемые затем в различные миграционные циклы...

Мероприятия по повышению плодородия дерново-бурой тяжелосуглинистой почвы и проектирование системы применения удобрений в семипольном полевом севообороте

2.4 Обеспечение бездефицитного баланса гумуса в почвах

Гумус почвы является основным показателем плодородия почвы, так как в нём сосредоточен весь запас азота, а также содержание фосфора (1/3 - 2/3). Содержание и динамика гумуса в почвах зависят от почвенно-климатических условий...

Почвенный раствор и плодородие почвы

4. Окислительно-восстановительные процессы в почвах

В почве широко развиты окислительно-восстановительные процессы...

Почвы СПК им. Кирова Сухиничского района Калужской области и мероприятия для их рационального использования

9.4 Баланс азота

+ 17,9 - 98 = -80...

Применение удобрений в севообороте хозяйства

5.1 Откорректированные нормы минеральных удобрений, прогноз изменения содержания фосфора и калия в почвах

В случае несоответствия расчетных норм удобрений оптимальным нормативам элементов питания, проводят корректировку норм до обеспечения оптимальной интенсивности баланса в севообороте. Таблица 5.1...

Разработка системы земледелия в условиях совхоза "Коллективизатор" Жиздринского района Калужской области

4.3 Расчет баланса органического вещества в почвах севооборота

Содержание гумуса в почве зависит от почвенно-климатических условий, структуры посевных площадей, интенсивности обработки почвы количества применяемых удобрений и мелиорантов...

Реконструкция озеленения частного участка

2.5 Заключение о почвах

Дерново-подзолистые почвы формируются под совместным или поочередным воздействием дернового и подзолистого процессов почвообразования...

Система применения удобрений в восьмипольном полевом севообороте

2.3 Обеспечение бездефицитного баланса гумуса в почвах

Гумус является показателем повышенного плодородия поэтому поддержание бездефицитного баланса гумуса - одна из основных задач в системе мероприятий по повышению плодородия почв...

Система применения удобрений в севооборотах хозяйства "Новый" Тужинского района

4. Гумус в почвах

...

Технология производства, переработки и хранения продукции животноводства на примере СХПК "Путь Ленина" Темниковского района Республики Мордовия

2.3 Система и способ содержания животных, особенности содержания и кормления в зимние и летние периоды, механизация технологических процессов, выращивание ремонтного молодняка

В СХПК «Путь Ленина» применяют привязное содержание коров. При этом способе скот содержат в стойлах на привязи. Стойла в коровниках расположены поперечными рядами...

agro.bobrodobro.ru

Трансформация азота в почве

Азотные соединения способны к различным микробиологическим превращениям и поэтому нередко теряются для растений.

Общий запас азота в почве довольно велик. В пахотном слое дерново-подзолистых почв он достигает 4 т, в черноземах — 6—15 т/га. Основная часть азотного фонда находится в составе гумуса. Небольшое количество азота входит в другие органические соединения почвенного слоя (аминокислоты, аминосахара, нуклеиновые кислоты и т. д.), а также в минеральные соединения — преимущественно аммония и азотной кислоты. До 50—60 кг азота на 1 га заключено в плазме микроорганизмов, населяющих пахотный слой почвы.

Указанных запасов могло бы хватить на многие десятки лет для получения очень высоких урожаев. Однако вследствие того, что основная часть азота почвы входит в состав гумусовых соединений, трудно разлагаемых микроорганизмами, сельскохозяйственные культуры обычно испытывают недостаток в этом элементе. Кроме того, допускать уменьшение содержания гумуса в почве нецелесообразно, так как это снижает плодородие почвы.

Потребности сельскохозяйственных культур в азоте приходится удовлетворять минеральными и органическими удобрениями. Минеральные соединения вносят в основном в форме аммонийных и нитратных соединений, а также мочевины.

Некоторое количество аммонийных удобрений, а также аммония, накапливающегося при минерализации органических соединений, закрепляется почвенными минералами (иллитом, монтмориллонитом, вермикулитом и др.). Ион аммония входит в кристаллическую решетку глинистых минералов. Частично аммонийные соединения закрепляются необратимо. Обычно в почвах необменно фиксированного аммонийного азота бывает в 2—4 раза больше, чем обменных и водорастворимых его форм.

Растения и гетеротрофные микроорганизмы могут использовать до половины поглощенного Nh5.

Аммонийный азот, как образующийся в процессе аммонификации, так и внесенный с удобрениями, не является в почве стабильным соединением. Под влиянием нитрифицирующих бактерий он окисляется до азотной кислоты. Часть аммиака (4—18%) при нитрификации превращается в закись азота (N2 О). В газообразном состоянии аммиак может теряться в значительных количествах лишь в щелочных почвах.

Процесс нитрификации особенно наглядно проявляется парующей почве, где летом накапливаются нитраты. Под посевами сельскохозяйственных культур соли азотной кислоты практически отсутствуют, или их количество бывает минимальным, так как они потребляются растениями и микроорганизмами ризосферы. Ранней весной и осенью нитратов мало даже в парующих почвах. Это связано с тем, что в холодную погоду соли азотной кислоты довольно энергично потребляются психрофильными микроорганизмами, а жизнедеятельность нитрифицирующих бактерий при температуре ниже 8—10°С проявляется очень слабо. Следовательно, весной в почве содержится мало минерального азота, и целесообразно использовать азотные подкормки.

Д. Н. Прянишников показал, что нитраты и аммиак — равноценные источники азотного питания растений. Однако превращение солей аммония в азотную кислоту приводит к ряду нежелательных последствий. Так, нитраты не поглощаются почвенными коллоидами и, могут вымываться из почвы. Этот процесс особенно сильно проявляется в зонах, где выпадает много осадков, и в орошаемых почвах. Нитраты и нитриты могут также восстанавливаться бактериями и в виде газообразных продуктов теряться из почвы.

В почве возможна и «косвенная» денитрификация, когда потери азота происходят в результате некоторых химических реакций. Так, в кислой среде HNО2, реагируя с аминокислотами или аммонием, образует молекулярный азот. Эти процессы могут быть представлены следующими схемами:

RCHNh3COOH + HN02 → RCh3COOH 4+Н2О+N2↑

Nh5 + N02 →2h30 4- N2↑

В кислой среде идет также саморазложение нитритов с образованием газообразных продуктов:

2HN02 →NO↑ + NO2 ↑ +Н20

3HN02 → 2N0 ↑ + HN03 + Н20

Возможно восстановление нитритов в почве при взаимодействии с органическими веществами, содержащими фенольные группы (в присутствии Fe+ или Мn2+), с образованием NО и N2О.

При разнообразных микробиологических процессах в почве образуются оксимы (соединения с группой — N—ОН). Они реагируют с нитритами, причем образуется N2О:

R2C = N — ОН + HNО2 →R2C = О + N2О + Н2О

Таким образом, при восстановительных процессах, а также при некоторых химических реакциях из нитратов и нитритов могут образоваться N2, N2О, NО и NО2. Некоторые из этих соединений, например NO2, весьма реактивны. Поэтому газообразные потери азота из почвы происходят преимущественно в форме N2 и N2О. В почвенном воздухе всегда присутствует N2О.

Из-за отмеченных потерь, а также частичного биологического закрепления азотные удобрения используются сельскохозяйственными растениями не более чем на 40—50%.

Как показали опыты Е. В. Руделева, Д. А. Филимонова, на плодородных почвах растения потребляют больше азота минеральных удобрений, чем па бедных. Биологически закрепляется азота также больше в высокоплодородных почвах, а газообразные потери здесь резко сокращаются

Азот, закрепленный в микробных клетках, после их отмирания минерализуется и используется растениями. В общем, убыль азота из почвы может быть весьма значительной. Так, в Англии на Ротамстедской опытной станции при ежегодном унавоживании (около 36 т/га) 1 га пахотной почвы в результате вымывания и денитрификации терял в условиях влажного климата в среднем около 60% внесенного с навозом азота.

Денитрификация, вызываемая микроорганизмами обусловливает большие потери азота, чем вымывание его соединений из почвы. Потери от этого процесса возрастают по мере увеличения в почве количества нитратов. Повышенная влажность почвы усиливает восстановительные процессы и потери азота из почвы. О том, что денитрификация связана с наличием в почве солей азотной кислоты четкое представление дает один из опытов П. М. Смирнова, в котором в пойменную почву вносили аммонийную (Nh5)2SО4 и нитратную Ca(NО3)2 соли. Одну партию почвы сохраняли в аэробных условиях, периодически аэрируя ее и поддерживая нормальный уровень О2 (19—22%). Другая партия почвы находилась в анаэробных условиях, что достигалось заполнением ее газовой фазы гелием. В аэрируемую почву вносили 27 мг азотных солей на 1 кг почвы, в анаэробно хранящуюся — 40 мг.

На состав выделяющихся газов влияет форма азотного удобрения. Так, при внесении в почву (Nh5)2SО4 и нитрификации этой соли выделяется больше N2О и меньше N2, чем при восстановлении Ca(NО3)2. В анаэробных условиях часть NО2 редуцируется до N2.

Для борьбы с потерями азота из удобрений может быть применен ряд приемов. Так, установлено, что потери существенно уменьшаются при использовании гранулированных и медленно растворяющихся удобрений. К ним относятся уреаформ (конденсат мочевины с формальдегидом), гранулированная мочевина с оболочкой из элементарной серы, уреа-зет (конденсат мочевины с ацетальдегидом), изобутилен-диуреа и т. д.

Гранулированные удобрения имеют меньший контакт с почвенной микрофлорой, деятельность которой подавляется дополнительно вносимыми с ними веществами (формальдегид, сера и т. д.). Но эти удобрения используются ограниченно из-за их высокой цены и замедленного действия на растения.

Хороших результатов можно достигнуть приближенным к посеву или дробным внесением удобрений и т. д.

Большое внимание сейчас уделяют применению веществ, задерживающих процесс нитрификации. Их использование особенно целесообразно при внесении в почву больших доз удобрений (аммонийных и мочевины). К подобным соединениям относятся ряд цианидов, нитро и галла-анилиды, производные фенолов, хинолинов, хлорпиридины, пиримидины и другие вещества. Применение небольших доз этих соединений селективно подавляет нитрификацию, а другие микробиологические процессы в почве не угнетает.

Ингибирующим действием на нитрификацию обладают препараты N-serve и AM. Всесторонняя проверка этих препаратов показала отсутствие у них фитонцидного и токсикологического эффекта. Активная часть соединения N-serve представляет собой 2-хлор-6 трихлорметил пиридин, AM 2-амино-4-хлор-6-метил - пиримидин.

Под общим названием N-serve в США выпускается несколько марок препаратов, предназначенных для применения с разными азотными удобрениями. Они близки по составу, их можно вносить в почву в смеси с твердыми удобрениями. Некоторые из ингибиторов применяют в виде растворов или эмульсий. В урожае зерна эти препараты не обнаруживаются, а в тканях растений отмечено небольшое количество 6-хлор-пиколиновой кислоты, которая постепенно гидролизуется.

Большинство сапрофитных микроорганизмов не угнетаются применяемыми дозами этих препаратов: N-serve— до 2,24 кг/га, AM — 0,3 —0,7% от азота, внесенного с удобрениями. Концентрация N-serve выше 0,15 кг/га тормозит первую фазу нитрификации, для второй фазы нужна дозировка в 5 раз более высокая. Нитрификаторы более чувствительны к отмеченным препаратам, чем сапрофитные микроорганизмы.

При использовании нормальных дозировок депрессия микробиологических процессов может быть лишь в отдельных зонах, куда попадают значительные количества препарата из-за их неравномерного распределения в почве.

Продолжительность действия препаратов зависит от почвенно-климатических условий и влажности почвы. В большинстве случаев их действие продолжается 6—8 недель, а при осеннем внесении значительно дольше. Опытные данные показывают, что азотные удобрения можно вносить совместно с ингибиторами нитрификации осенью, не опасаясь значительных потерь азота.

В 1975—1978 гг. в различных опытных учреждениях нашей страны было проведено широкое испытание препарата N-serve под руководством кафедры агрохимии ТСХА. Итоги этой работы дали положительные результаты. Урожаи разных сельскохозяйственных культур возрастали в большинстве случаев на 10—25%.

В США от применения ингибиторов нитрификации урожаи озимой пшеницы увеличивались на 16—20%, кукурузы — на 7,2—33, хлопчатника — на 10—12%. В Индии па 6—14% возрастал урожай риса.

Азотные соединения обычно в форме нитратов частично вымываются в грунтовые воды, которые используются для водоснабжения. В СНГ установлена предельно допустимая концентрация нитратов (ПДК) в питьевой воде, равная 10 мг/л. В странах Западной Европы и США эта норма значительно выше (45—50 мг/л).

Следует отметить опасность накопления нитратов в пище и кормах. В зерне нитраты, как правило, не аккумулируются, за исключением зерна ячменя, в котором, по некоторым данным, они накапливаются. В овощах и фруктах, как и в зеленых кормах, концентрация нитратов иногда бывает весьма высокой. Пища и корма с высоким содержанием нитратов могут вызвать отравления. Для пищевой продукции Министерством здравоохранения СНГ утверждены временные нормы содержания в ней нитратов. С учетом указанного требует решения вопрос о нормировании доз азотных удобрений для разной продукции сельского хозяйства.

agroinf.com

Азотные удобрения | справочник Пестициды.ru

Азотные удобрения – азотосодержащие вещества, которые используются для повышения содержания азота в почве. В зависимости от формы азотного соединения, однокомпонентные азотные удобрения подразделяются на шесть групп. Используются в основной прием как припосевные удобрения и в качестве подкормок. Производство основано на получении синтетического аммиака из молекулярного водорода и азота.[1]

Группы азотных удобрений

В зависимости от содержащегося азотного соединения, однокомпонентные азотные удобрения подразделяются на шесть групп:

Нитратные удобрения

Нитратные удобрения содержат азот в нитратной форме (NO3-). К этой группе относятся натриевая селитра NaNO3 и кальциевая селитра Ca(NO3)2.

Нитратные удобрения являются физиологически щелочными и сдвигают реакцию почвы от кислой к нейтральной. В связи с этим свойством их использование очень эффективно на кислых дерново-подзолистых почвах. Не рекомендуется использование натриевой селитры на засоленных почвах.[1]

Азотные удобрения (по формам азота)

Натриевую селитру долгое время добывали в природе. Самые большие залежи расположены в Чили (чилийская селитра). В настоящее время разработаны способы получения натриевой селитры путем взаимодействия различных азото- и натрийсодержащих соединений.

Кальциевую селитру получают при производстве азотной кислоты или при разложении фосфатного сырья.[1]

Аммонийные удобрения

Аммонийные удобрения – вещества, содержащие азот в форме катиона аммония Nh5+.

К ним относятся сульфат аммония (Nh5)2SO4, сульфат аммония-натрия (Nh5)2SO+Na2SO4 или Na(Nh5)SO4*2h3O), хлористый аммоний NН4Сl.[1]

Производство аммонийных удобрений проще и дешевле, чем нитратных, поскольку окисление аммиака в азотную кислоту не требуется.

Виды азотных удобрений

содержит значительное количество хлора – 67 %, азота 24–26 %. Применять под чувствительные к хлору культуры (картофель, табак, виноград, лук, капусту, лен, коноплю) в качестве припосевного удобрения или подкормок не рекомендуется. Вносить хлорид аммония под хлорофобные культуры можно только осенью и в зонах достаточного увлажнения. В таком случае ионы хлора будут вымыты из корнеобитаемого слоя атмосферными осадками.

Хлорид аммония – мелкокристаллический порошок желтоватого или белого цвета. При 20°C в 100 м3воды растворяется 37,2 г вещества. Обладает хорошими физическими свойствами, при хранении не слеживается, малогигроскопичен.

Хлорид аммония получают как побочный продукт при производстве соды.[4]

Аммонийно-нитратные удобрения (Аммиачно-нитратные)

Аммонийно-нитратные удобрения содержат азот в аммонийной (Nh5+) и нитратной форме (NO3-). К этой группе причисляют аммиачную селитру (Nh5NO3), сульфо-нитрат аммония ((Nh5)2SO4*2Nh5NO3+(Nh5)SO4), известково-аммонийную селитру (Nh5NO3*CaCO3).[4]

Физико-химические свойства удобрения позволяют успешно использовать его в различных почвенно-климатических условиях. Обладает потенциальной кислотностью.[4]

Амидные удобрения

Амидные удобрения содержат азот в амидной форме (Nh3-). К этой группе относится мочевина CO(Nh3)2. Азот в мочевине присутствует в органической форме в виде амида карбаминовой кислоты. Это наиболее распространенное твердое азотное удобрение. Применяется во все приемы внесения, но наиболее эффективно для некорневых подкормок.[4]

Жидкие аммиачные удобрения

Жидкие аммиачные удобрения – жидкие формы азотных удобрений. К этой группе относятся жидкий (безводный аммиак) Nh4, аммиачная вода (водный аммиак), аммиакаты. Производство жидких аммиачных удобрений значительно дешевле, чем твердых солей.

При транспортировке емкости заполняют не полностью. Вещество нейтрально к чугуну, железу и стали, но сильно коррозирует цинк, медь и их сплавы.[2]

Аммиакаты отличаются по концентрации общего азота, по соотношению его форм и разнообразны по физико-химическим свойствам.

Аммиакаты вызывают коррозию медных сплавов. Аммиакаты с аммиачной селитрой окисляют, кроме того, и черные металлы. Хранение и транспортировка аммиакатов возможны в емкостях из алюминия, его сплавов, нержавеющей стали или в обычных стальных цистернах с антикоррозийным покрытием эпоксидными смолами. Возможно применение емкостей из полимерных материалов.[2]

Поведение в почве

Все однокомпонентные азотные удобрения хорошо растворимы в воде.

В теплое время года в почвах преобладают восходящие потоки влаги. А растения и микроорганизмы активно поглощают нитратный азот.

Дальнейшие процессы нитрификации способствуют трансформации азота в нитратные формы и биологическому поглощению его растениями и микроорганизмами почвы.

Солома и стерня злаков

Солома и стерня злаков сохраняет азот в почве.

Использовано изображение:[5]

Таким образом, азотные удобрения изначально или в процессе нитрификации скапливаются в почве в нитратной форме, которая впоследствии подвергается денитрификации. Эти процессы протекают практически во всех типах почв, и именно с ними связаны основные потери азота.

С агрономической точки зрения, денитрификация является негативным процессом. Но с экологической стороны она играет позитивную роль, поскольку освобождает почву от не использованных растениями нитратов и уменьшает их поступление в сточные воды и водоемы.

Часть азота удобрений в процессе жизнедеятельности микроорганизмов превращается в органические формы, не усвояемые растениями, то есть, идет процесс иммобилизации. Установлено, что в результате этого процесса около 10–12 % азота нитратных и 30–40 % аммонийных, амидных и аммиачных удобрений оказываются закрепленными в почве в органической форме. Интенсивность иммобилизации возрастает при внесении органических веществ, бедных азотом, но богатых клетчаткой. К ним относятся солома и стерня злаков, соломистый навоз. (фото)

Азот внесенных в почву удобрений расходуется за один вегетационный период. Расход распределяется между поглощением растениями, процессами иммобилизации и потерями при денитрификации, вымывании и эрозии почв.

Последействие у азотных удобрений практически не наблюдается.[4]

Применение на различных типах почв

Эффективность внесения азотных удобрений зависит от почвенно-климатических условий региона. Наибольшая эффективность азотных удобрений наблюдается в районах достаточного увлажнения.

Способы внесения

Азотные удобрения вносятся в основное внесение, припосевное внесение и в качестве подкормок. Способ зависит от формы содержания азота и почвенно-климатических условий местности.[2]

Полегание пшеницы

Полегание пшеницы – возможный симптом избытка азотных удобрений.

Использовано изображение:[6]

Влияние на сельскохозяйственные культуры

Азотным удобрениям принадлежит ведущая роль в повышении урожайности различных сельскохозяйственных культур. Это связано с ролью азота как важного биологического элемента, играющего исключительную роль в жизни растений.

Достаточное снабжение азотом усиливает синтез органических азотистых веществ. У растений образуются мощные листья и стебли, интенсивность зеленой окраски усиливается. Растения хорошо растут и кустятся, улучшается формирование и развитие органов плодоношения. Эти процессы способствуют повышению урожайности и содержанию белка.

Однако необходимо учитывать, что односторонний избыток азота может задерживать созревание растений, способствуя развитию вегетативной массы при уменьшении развития зерна, корнеплодов или клубней. У льна, зерновых и некоторых других культур избыток азота вызывает полегание (фото) и ухудшение качества растениеводческой продукции.

Так, в клубнях картофеля может снизиться содержание крахмала. В корнеплодах сахарной свеклы снижается сахаристость и возрастает содержание небелкового азота.

При избытке азотных удобрений в кормах и овощах накапливаются потенциально опасные для здоровья человека и животных нитраты.[1]

Получение азотных удобрений

Производство азотных удобрений основывается на получении синтетического аммиака из молекулярного азота и водорода.

Азот образуется при прохождении воздуха через генератор с горящим коксом.

Источники водорода – природный газ, нефтяные или коксовые газы.

Из смеси азота и водорода (соотношение 1: 3) при высокой температуре и давлении и в присутствии катализатора образуется аммиак:

N2 + 3h3 → 2Nh3

Синтетический аммиак идет на производство аммонийных азотных удобрений и азотной кислоты, которая используется для получения аммонийно-нитратных и нитратных удобрений.[1]

Статья составлена с использованием следующих материалов:

Литературные источники:

Вильдфлуш И.Р., Кукреш С.П., Ионас В.А. Агрохимия: Учебник – 2-е изд., доп. И перераб. – Мн.: Ураджай, 2001 – 488 с., ил.

Минеев В.Г. Агрохимия: Учебник.– 2-е издание, переработанное и дополненное.– М.: Издательство МГУ, Издательство «КолосС», 2004.– 720 с., [16] л. ил.: ил. – (Классический университетский учебник).

Муравин Э.А. Агрохимия. – М. КолосС, 2003.– 384 с.: ил. – (Учебники и учебные пособия для студентов средних учебных заведений).

Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия / Под редакцией Б.А. Ягодина.– М.: Колос, 2002.– 584 с.: ил (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений).

Изображения (переработаны):

lodging, by  Mary Burrows, Montana State University, Bugwood.org, по лицензии CC BY

www.pesticidy.ru

Повышение плодородия почв

Использование биологического азота

Выдающуюся роль в обогащении почвы питательными веществами играют низшие растения (бактерии, водоросли, грибы). 

Микроорганизмы создают плодородие почвы. В 1 г плодородного чернозема насчитывается до нескольких миллиардов бактерий. Слой культивированной почвы в несколько сантиметров содержит десятки килограммов живых микроорганизмов на 1 га. Без них не могли бы нормально развиваться и жить большинство культурных растений.

В почве остается от 45 до 80% растительных остатков (корни, частично стебли растений и т. д.). Они легко разлагаются почвенными бактериями. Высвобождающийся в виде различных соединений углерод участвует в создании плодородия почвы, а углекислый газ используется растениями для фотосинтеза. Ученые уделяют большое внимание созданию бактериальных препаратов, способных ускорить разложение корневых остатков в почве. В Австрии, например, выпускается бактериальный препарат эокомит, под воздействием которого травянистые остатки полностью перегнивают за 8 ... 12, а древесные отходы - за 12 ... 16 недель.

Микроорганизмы участвуют в образовании гумуса - основного показателя плодородия всякой почвы. В определенных условиях часть органической массы не разлагается полностью, а превращается с помощью микроорганизмов в почвенный перегной или гумус -  сложное органическое вещество, содержащее азот. Накопление его на протяжении тысячелетий привело к созданию таких уникальных по естественному плодородию почв, как прославленные русские черноземы. Их гумус - своеобразное хранилище питательных элементов, которые постепенно усваиваются растениями в результате минерализующей деятельности бактерий.

В связи с интенсификацией земледелия во всех странах для восстановления почвенного плодородия широко применяют минеральные удобрения, особенно азотные, в мире ежегодно их производится более 50 млн т (на что уходит треть всех энергозатрат сельского хозяйства). Азот - один из наиболее важных элементов: является компонентом многих соединений живой клетки, входит в состав аминокислот, белков, нуклеиновых кислот, хлорофилла, алкалоидов и т. д. Он определяет размер урожая, неудивительно поэтому, что азотному питанию растений уделяется огромное внимание. Но надо иметь в виду, что минеральные азотные удобрения очень дороги. Из внесенного азота растениями усваивается не более 50 ... 60 %. Значительная часть азотсодержащих соединений вымывается и поступает в водоемы. Поэтому крупномасштабное применение удобрений связано с загрязнением окружающей среды. Повышенные дозы азотных удобрений могут неблагоприятно воздействовать на человека и животных. Потребление пищи, особенно зеленых частей растений, обогащенных нитратами, приводит к функциональным расстройствам и даже может вызвать возникновение рака. Статистические данные США показывают, что рак желудка чаще обнаруживается в районах, где применяются высокие дозы азотных удобрений. Опасно и использование воды, обогащенной нитратами в результате вымывания из почвы азотных удобрений и поступления их в источники водоснабжения. Имеются также данные о том, что внесение минерального азота может отрицательно влиять на почвенный поглощающий комплекс: снижается сумма поглощенных оснований, повышается подвижность тяжелых металлов.

Избыток азотных удобрений снижает содержание крахмала в клубнях картофеля, ухудшает вкусовые качества. Такие клубни и другие овощи поражаются различными болезнями, плохо хранятся (становятся нележкими). Внесение больших доз азотных удобрений под зерновые культуры способствует поражению посевов корневыми гнилями, особенно в годы с неблагоприятными погодными условиями в период вегетации.

Наиболее экономичным путем формирования потенциального плодородия почв, снижения расходования азотных удобрений является использование биологического азота. Являясь продуктом ассимиляции молекулярного азота почвенными микроорганизмами, он составляет основу плодородия почв. Поступление его в почву в основном осуществляется благодаря жизнедеятельности азотфиксирующих микроорганизмов (симбиотических, свободноживущих, ассоциативных бактерий и синезеленых водорослей). Биологический азот намного дешевле минерального. Одна тонна белка, полученного за счет фиксированного азота воздуха клубеньковыми бактериями и бобовыми растениями, приблизительно в 8 раз дешевле, чем за счет использования минерального азота. Земледельцы издавна знают, что при посеве бобовых культур (бобы, соя, фасоль, горох, вика, люцерна, клевер), помимо сбора богатого белком урожая, почва обогащается азотом. Это происходит благодаря симбиозу растения с живущими на его корнях клубеньковыми бактериями - именно они и усваивают атмосферный азот. В результате поле меньше нуждается в азотных удобрениях и урожайность на нем выше.

О положительном влиянии бобовых культур на повышение плодородия почвы было известно еще в древнем Египте. Однако до XIX века оно не имело научного обоснования. И только в 1838 году французский ученый Буссенго при выращивании на одной и той же почве клевера, гороха и пшеницы отметил, что бобовые растения лучше росли и больше накапливали азота за вегетационный период, чем пшеница. Содержание азота в бобовых растениях значительно превышало то количество, которое они могли получить из почвы и воды. Буссенго отметил их способность фиксировать азот из воздуха и использовать его для питания. Он считал, что этот процесс осуществляется зелеными листьями растения, и никакого предположения об участии в нем бактерий не высказал.

Особенности азотного питания бобовых растений открыл в 1866 году русский ученый М. С. Воронин. Его внимание привлекли особые наросты на корнях - клубеньки. Рассмотрев их под микроскопом, он обнаружил большое количество бактерий, которые как выяснилось, и обеспечивают бобовые растения азотом за счет усвоения его из воздуха. В атмосферном воздухе содержится около 78% азота (по объему), молекулы его крайне инертны, для их активизации требуются большие энергетические затраты. Так, в заводских условиях для получения аммиака из азота атмосферы необходимы температура 400 ... 500°С, давление до 1000 атм и специальные катализаторы (вот почему азотные удобрения так дороги). Бактерии же обладают специальным ферментом нитрогеназой, поэтому им для связывания азота не нужны ни высокие температуры, ни давление.

В 1893 году К. А. Тимирязев писал: "Едва ли в истории найдется много таких открытий, которые были бы таким благодеянием для человечества, как включение клевера и вообще бобовых в севооборот, так поразительно увеличивающих производительность труда земледельца".

Биологический азот утилизируется растениями практически на 100%. Его использование исключает загрязнение окружающей среды. Производственные расчеты убедительно показывают, что значимость биологического азота в нашем хозяйстве необходимо повысить. Следует расширить площади под посевами бобовых растений, а также ассортимент используемых в культуре бобовых. В нашей стране их произрастает около 1800 видов. Введение в культуру лучших из них - важная народнохозяйственная задача.

agroden.ru

Использование элементов питания растениями из почвы и удобрений

Для растений не имеет значение, что является источником минерального питания — природные запасы почвы или вносимые удобрения. Важно, что бы они были в нужном количестве и соотношении.

Степень усвоения элементов питания содержащихся в почве в подвижной форме и из удобрений принято выражать коэффициентами (в долях или %). Без применения соответствующих изотопов азота N, фосфора Р, Р и калия К определить реальный размер использования указанных и других элементов питания из почвы и удобрения не представляется возможным. Поэтому в практике доступность растениям элементов питания из удобрений определяют разностным методом — по разнице выноса растениями элемента в удобренном и не удобренном вариантах.

При наличии в почвенном растворе одинаковых по форме элементов питания почвы и внесенных удобрений растения потребляют их в равной степени независимо от источника. При этом их долевое участие в питании растений пропорционально соотношению питательных веществ почвы и удобрений. Отсюда следует, что по мере увеличения содержания элементов питания в почве использование их из удобрений снижается, и, напротив, с повышением доз удобрений снижается потребление растениями питательных веществ из почвы. В то же время улучшение обеспеченности растений одним или несколькими элементами при внесении удобрений повышает использование из почвы других элементов питания.

Определение коэффициентов использования растениями элементов питания из почвы и удобрений является одной из важнейших задач агрохимии. Знание зависимости коэффициентов использования питательных веществ сельскохозяйственными культурами от плодородия почвы и доз удобрений позволяет оптимизировать условия минерального питания растений. В то же время широкое варьирование почвенно-климатических и агротехнических условий возделывания культур, а также их биологических особенностей вызывает значительные колебания использования питательных веществ растениями. Это существенно затрудняет, но не исключает возможности использования для балансовых расчётов усреднённых результатов обобщения большого числа экспериментальных данных о размере хозяйственного выноса элементов питания культурами и величины коэффициентов использования. В этой связи при балансовых методах расчета доз удобрений необходимо использовать обобщенные результаты многолетних плевых опытов близлежащих научных учреждений. Данные о хозяйственном выносе и коэффициентах использования растениям элементов питания из почвы и удобрений, полученные в других почвенно-климатических зонах ненадежны и не могут быть использованы для расчета доз удобрений.

При разработке системы удобрения в севообороте важно учитывать не только удобренность предшественников, но и потребление отдельных элементов питания последующими культурами севооборота.

Наиболее доступны растениям элементы питания из минеральных и органических удобрений в год их внесения. При этом, чем продолжительнее период вегетации растений, тем больше они потребляют элементов питания из удобрений. Первой культурой из минеральных удобрений используется примерно 50-70% азота и калия, потребление фосфора, как правило, в 2-3 раза ниже. Последействие азота удобрений в Нечерноземной зоне незначительно — 24%, в степных районах, в зависимости от дозы и погодных условий может достигать 10%. Последействие фосфора и калия удобрений в зависимости от дозы, погодных условий и биологических особенностей культуры составляет 10-20%. Азот и фосфор из органических удобрений обладает длительным последействием, калий используется также, как и из минеральных удобрений. Несмотря на существенные различия использования растениями элементов питания по годам, в целом за ротацию севооборота размер потребления питательных веществ сельскохозяйственными культурами из минеральных и органических удобрений примерно одинаков.

Наряду с использованием растениями, часть азота удобрений (20-25%) теряется в результате денитрификации или вымывания нитратов и значительная его часть (1530%) закрепляется в почве в органической форме. Фосфор и калий закрепляются в почве в результате химических и физико-химических процессов и практически не теряются за исключением эрозии почв.

Потери элементов питания из почвы и удобрений приносит не только значительный экономический ущерб хозяйству, но и вызывает загрязнение окружающей среды, поэтому снижение потерь элементов питания из почвы является важнейшей задачей агрономической химии.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

www.activestudy.info

• 
  Какое растение называли на руси царем всех трав
• 
  Сравни систематические единицы двух царств растений и животных
• 
  Почему человек должен бережно относиться к дикорастущим растениям
• 
  К цветковым растениям относятся водоросли сосна мхи шиповник
• 
  Признаком грибов сближающим их с царством растений является
• 
  Растения в океане живут на глубине не более
• 
  Животные и растения красная книга ульяновской области животные
• 
  Растения против зомби 2 как получить платные растения
• 
  В основе создания селекционерами чистых линий культурных растений
• 
  В таблице представлен рекомендуемый для комнатного растения юкка
• 
  Ботаника с основами фитоценологии анатомия и морфология растений