Высшие растения усваивают азот из: Азот для растений — источники и формы органического азота

N Азот

Главная \ Полезная информация \ Роль в растении и функции питательных элементов \ N Азот

Азот — один из самых распространённых элементов на Земле и один из основных элементов, необходимых для растений. Он входит в состав всех белков (содержание его колеблется от 15 до 19%) нуклеиновых кислот, аминокислот, хлорофилла, ферментов, многих витаминов, липоидов и других органических соединений, образующихся в растениях. Общее содержание азота в растении составляет 0,2 — 5 % и более массы воздушно — сухого вещества.

В свободном состоянии азот является инертным газом, которого в атмосфере содержится 75,5 % ее массы. Однако в элементарной форме азот не может усваиваться растениями, за исключением бобовых, которые используют азотные соединения, вырабатываемые развивающимися на их корнях клубеньковыми бактериями, способными усваивать атмосферный азот и переводить его в доступную для высших растений форму.

Азот поглощается растениями только после соединения его с другими химическими элементами в форме аммония и нитратов — наиболее доступных форм азота в почве. Аммоний, являясь восстановленной формой азота, при поглощении растениями легко используется в синтезе аминокислот и белков. Синтез аминокислот и белков из восстановленных форм азота происходит быстрее и с меньшими затратами энергии, чем синтез из нитратов, для восстановления которых до аммиака растению необходимы затраты дополнительной энергии. Однако нитратная форма азота более безопасна для растений, чем аммиачная, так как высокие концентрации аммиака в тканях растений вызывают их отравление и гибель.

Аммиак накапливается в растении при нехватке углеводов, которые необходимы для синтеза аминокислот и белков. Дефицит углеводов в растениях наблюдается обычно в начальный период вегетации, когда ассимиляционная поверхность листьев не развилась еще настолько, чтобы удовлетворить потребность растений в углеводах. Поэтому аммиачный азот может быть токсичен для культур, семена которых бедны углеводами (сахарная свекла и др.). По мере развития ассимиляционной поверхности и синтеза углеводов эффективность аммиачного питания возрастает, и растения усваивают лучше аммиак, чем нитраты. В начальный период роста эти культуры должны обеспечиваться азотом в нитратной форме, а такие культуры, как картофель, клубни которого богаты углеводами, могут использовать азот в аммиачной форме.

Азот является питательным веществом, оказывающим наибольшее влияние на урожайность растения. Если Азот поступает в небольших количествах, это проявляется визуально: растение чахлое, окраска листьев бледнеет, начиная с более старых листьев. Урожайность может значительно понизится, если дефицит Азота длится в течение всего вегетационного периода. Разумеется, это сказывается и на качестве продукции, в особенности на нарушении белковых соединений при формировании зерен. Потребность в Азоте различная для различных сельскохозяйственных культур.

Растения потребляют Азот, растворенный в воде. Поэтому погодные условия играют важную роль в этом отношении. В сухих условиях растения не могут впитывать Азот, как и другие питательные вещества, даже если они находятся в почве. С другой стороны, обильные дожди и орошение могут привести к вымыванию Азота, особенно на легких почвах. Влияет и плотность почв на рост корней, поэтому растениям становится сложно впитывать Азот и другие питательные вещества на таких почвах.

При недостатке азота замедляется рост растений, ослабляется интенсивность кущения злаковых и цветения плодовых и ягодных культур, сокращается вегетационный период, уменьшается содержание белка и снижается урожай.

Пострадавшие растения характеризуются замедленным плохим ростом. Листья становятся однородными бледно-зелеными. Самые старые нижние листья желтеют и, начиная с кончика листа, развивается последующий некроз.

 Недостаток азота на плодовых деревьях ведет к измельчению листьев и обуславливает их бледно-зеленую окраску. Старые листья становятся оранжевыми или красными, преждевременно опадают. Плодовых почек и цветков мало, плоды формируются мелкие и приобретают сильную, нетипичную окраску. Кроме того, черешки листьев обычно растут под острым углом к побегам, которые становятся короткими и толстыми, красной и коричневой окраски.

Серьезный недостаток азота приводит к низкой урожайности, вызванной снижением количества побегов, а также уменьшением размера стебля, колосьев и семян.

Недостаток усугубляется на:

  • Почвах с низким или высоким уровнем рН
  • Песчаных или легких почвах (выщелачивание)
  • Почвах с низким содержанием органических веществ
  • В засушливых условиях
  • Дождливых районах (выщелачивание/вымывание) или районах с обильным орошением
  • При добавление больших количеств неразложившихся органических материалов/удобрений (например, соломы)
  • На скороспелых сельскохозяйственных культурах

Азот содержится в следующих удобрениях:

  • Карбамид
  • Аммиачная Селитра
  • Сульфат Аммония
  • Kristalon Специальный 18-18-18
  • Нитроаммофоска
  • YaraLivа Calcinit (Кальцинит) (N15,5; CaO 26,5)
  • Kristalon Огуречно-цветочный 14-11-31
  • Krista K Плюс (нитрат калия)
  • Kristalon Желтый 13-40-13
  • МАР аммофос
  • Супрефос
  • Kristalon Красный 12-12-36
  • Yara Mila Комплекс 12-11-18
  • Krista МАР (моно аммоний фосфат)
  • Krista MAG (нитрат магния)
  • Аммофос
  • Бортрак В150

ᐉ Значение процесса симбиотической азотфиксации в земледелии Украины

Повышение урожайности сельскохозяйственных культур во многих случаях зависит от обеспечения их элементами минерального питания. Большинство почв характеризуется нехваткой доступных для растений минеральных азотных соединений. Поэтому вопрос повышения плодородия почв в первую очередь связан с обеспечением их азотом.

Основными источниками азотного питания растений являются: минеральный азот соединений, образованных в почве в результате микробиологических процессов; азот вносимых минеральных удобрений; азот органических удобрений; азотные соединения, образующиеся при фиксации молекулярного азота микроорганизмов; азотные соединения, поступающие в грунт с атмосферными осадками, поливной водой и семенами. Эти источники позволяют составить баланс азота в почвах Украины и определить пути эффективного повышения производительности сельскохозяйственного производства.

Удовлетворение потребностей растений в азоте – задание более трудное, чем обеспечение каким-нибудь другим минеральным элементом. На протяжении всего периода жизни они проявляют относительно высокую потребность в азоте. Высшие растения не способны использовать в роли источника азотного питания молекулярный азот (исключение составляют бобовые и некоторые другие культуры), так как они не могут преодолеть силы сцепления атомов у молекулы азота. В результате вся огромная масса атмосферного азота растениям недоступна. Кроме того, большое количество азота помещается в горных породах – 95–97% от всего азота Земли (на атмосферный азот приходится лишь 3–5%). Тем не менее, по мнению многих исследователей, преобладающее количество связанного азота, который поглощается растениями из почвы в естественных условиях, было накоплено из атмосферы; это не азот первичных пород, а составляющая органических веществ.

В большинстве стран повышение продуктивности полей обеспечивается главным образом за счет широкого использования минеральных удобрений. Внедрение в практику сельского хозяйства интенсивных, высокоурожайных сортов растений призвано создать в корнеобитаемом слое почвы высокую концентрацию легкодоступных элементов питания, в частности, соединений азота. Однако вопрос дальнейшего увеличения выпуска азотных минеральных удобрений и их эффективного использования связан с решением широкого круга проблем, среди которых наиболее важными являются экологическая и энергетическая (экономическая). Д. М. Прянишников отмечал, что с ростом норм минеральных удобрений их относительная эффективность и экономическая рентабельность снижаются.

Экологическая проблема широкого использования все более высоких норм азотных удобрений обусловлена в первую очередь низким (не более 50%) коэффициентом использования их растениями и, как следствие, массовым сбросом легкорастворимых азотнокислых и аммонийных солей в водоемы, накоплением их в почве и растениях, поступлением газообразных соединений в атмосферу.

Экономическая проблема связана с тем, что энергозатраты на производство, транспортировку, хранение и внесение удобрений растут значительно быстрее по сравнению с увеличением урожаев, причем основная часть приходится на синтез азотных удобрений – 30% и больше от общего объема энергопотребления в сельском хозяйстве. Столь высокий уровень энергозатрат обусловлен большой энергоемкостью используемых в данное время промышленностью способов производства азотных удобрений и необходимостью многократно вносить их в почву в течение вегетационного периода. Ограниченные запасы углеводородных энергоносителей (нефть, газ, уголь), на использовании которых базируется почти 90% мирового производства энергии, и все возрастающие трудности с их добычей вызывают быстрый рост стоимости азотных удобрений. По подсчетам ученых, на планете осталось запасов нефти на 50 лет, природного газа – на 60 лет и угля – на 300 лет.

«Биологический» азот, который усваивается микроорганизмами, позволяет наиболее экономно решить проблему повышения плодородия почвы. Микробиологическая фиксация атмосферного азота – единственный экологически чистый путь снабжения растений связанным азотом, при котором невозможно загрязнение почвы, водоемов и атмосферы. Кроме того, симбиотическая азотфиксация осуществляется за счет энергии Солнца и позволяет предотвратить огромные расходы энергетического сырья. Некоторые ученые полагают, что полное освоение процесса микробиологической фиксации молекулярного азота позволит решить проблему питания в условиях быстрого роста населения планеты.

При наличии в почве клубеньковых бактерий уже спустя 7–10 дней после появления всходов на корнях сои начинают формироваться клубеньки, что обусловлено внедрением клубеньковых бактерий Bradyrhizobium japonicum через корневые волоски. В месте проникновения бактерий образуются клубеньки, в которых фиксируется азот. Каждый вид бобовых растений образует клубеньки при инокуляции определенным видом клубеньковых бактерий. Бактерии проникают в корневой волосок, где образуется инфекционная нить, стенки которой формируются растительной клеткой, а внутреннее содержимое представляет бактериальный полисахарид, в который погружены клетки ризобий. Находящиеся в инфекционной нити бактерии делятся и по мере роста нити продвигаются в зону меристемы корня. Затем они проникают из инфекционной нити в цитоплазму растительных клеток, перестают делиться и превращаются в бактероиды, где синтезируется нитрогеназа – фермент, восстанавливающий азот до аммиака. Процесс инокуляции подробно освещен в работах Е. Н. Мишустина и В. К. Шильниковой.

Интенсивное использование сельскохозяйственных угодий без внесения удобрений и без внедрения бобовых культур в севооборотах приводит к сильному истощению почвы, снижению естественного плодородия. Так, в опытах на полях Крымской государственной сельскохозяйственной опытной станции при бессменном выращивании кукурузы на протяжении 28 лет наблюдалось значительное уменьшение запасов азота и снижалась урожайность.

Пахотный слой большинства окультуренных почв содержит от 0,02 до 0,4% азота и испытывает количественные колебания в каждом годовом цикле, если опреде­ленная часть органического азота минерализуется, а минерального – иммобилизуется. Часть азота, поглощенного растениями, выносится с урожаем, часть возвращается в почву в виде растительных остатков, а незначительное количество поступает в атмосферу, а потом фиксируется из нее. Азот вносится и с минеральными удобрениями, а теряется также вследствие эрозии: вымывания, выдувания и т.  п. В то же время в мире количество фиксируемого азота в год достигло к концу ХХ века почти 200 млн т, в том числе 25 млн т – за счет увеличения симбиотической азотфиксации.

По данным Е. Н. Мишустина, в биологических системах ежегодно фиксируется 176 млн т атмосферного азота, что, например, в три раза превышает производство аммиака для получения удобрений в 1980 г.

Ориентация на промышленную (химическую) фиксацию азота в условиях нарастающего энергетического кризиса с опережающим ростом цен на минеральные удобрения и средства их внесения, по нашему убеждению, не позволяет полностью решить проблему обеспечения потребностей сельскохозяйственного производства.

В настоящее время достаточно изучены механизмы биологической фиксации азота, определены виды растений, накапливающих азот в почве, штаммы азотофиксирующих микроорганизмов и взаимодействие между выращиваемыми растениями и средой. Установлено, что если бы не существовало естественных процессов, позволяющих повысить содержимое связанного азота в почве за счет атмосферного азота, на многих почвах выращивание сельскохозяйственных культур было бы невозможным.

В практике земледелия известны 4 способа получения почвами связанного азота: симбиотическая фиксация, ассоциативная азотфиксация, поступление с осадками или поливной водой и внесение удобрений. Основной задачей научных исследований на данном этапе является изучение механизма этого естественного процесса, повышение его эффективности и разработка новых систем.

Украинскими и зарубежными учеными установлено, что бобовые культуры в симбиозе с клубеньковыми бактериями Rhizobium способны фиксировать большое количество азота: клевер – 180–670 кг/га, люцерна – 200–460 кг/га, бобы – 100–550 кг/га, соя – 90–240 кг/га, горох – 70–160 кг/га, люпин – 150–450 кг/га, пастбища с бобовыми – 100–260 кг/га. В Великобритании пастбища с клевером усваивают до 460 кг/га азота.

В настоящее время дефицит азота в большинстве почв Украины покрывается за счет внесения минеральных и органических удобрений. Но при использовании низких доз удобрений невозможно компенсировать снижение естественного плодородия почвы в посевах. Рассчитывать же на резкое увеличение объемов применения минерального азота нет оснований: с одной стороны, из-за дороговизны самих удобрений, а с другой – вследствие значительных затрат на их внесение.

Одним из реальных источников пополнения азота в данной ситуации может стать его биологическая фиксация из воздуха в результате симбиотической деятельности азотфиксирующих микроорганизмов. Микробиологическая фиксация атмосферного азота и фотосинтез относятся к важнейшим биохимическим процессам, обеспечивающим жизнь на Земле.

При нынешней структуре посевных площадей в Украине азотфиксирующие бактерии бобовых культур усваивают в посевах ориентировочно 320 тыс. т азота из воздуха, на естественных культурных покосных лугах и пастбищах – 290 тыс. т, при этом без больших материальных затрат. В настоящее время, в период энергетического кризиса, вызвавшего удорожание минеральных удобрений, эти вопросы привлекают все большее внимание земледельцев.

Как видим, бобово-ризобиальная система увеличивает азотный баланс почвы. Проведенные исследования дают основание утверждать, что одним из основных резервов повышения симбиотической азотфиксации является взаимодействие макро- и микроорганизмов. Именно за счет улучшения соответствия партнеров симбиоза можно надеяться на практическое использование биологического азота для повышения урожайности культурных растений. Таким образом, используя инокуляцию растений активными отвечающими виду и сорту растений штаммами азотфиксаторов, можно значительно компенсировать дефицит азота и повысить производительность бобовых культур.

По прогнозу Ф. Ф. Адаменя, к 2025 г. обеспечение растений азотом за счет биологических источников может стать основным и преобладать над химической фиксацией. Теоретически «прирастить» биологический азот можно на такое же количество, сколько его в настоящее время вырабатывает промышленность.

За годы исследований, которые проводили Ф. Ф. Адамень, Н. И. Нестерчук и Е. В. Ремесло, доказано, что урожайность сои с обработкой семян ризоторфином (штамм 646) постоянно была выше, чем без инокуляции, и в среднем годовой прирост за 25 лет исследований составил 5,5 ц/га, или 28,4%.

За последние годы практика нитрагинизации обнаружила важное свойство в характеристике штаммов клубеньковых бактерий: специфичность взаимодействия разных штаммов клубеньковых бактерий с растениями выращиваемых сортов сои. Долгое время бобово-ризобиальный симбиоз рассматривали как проявление активности клубеньковых бактерий – их вирулентности, способности проникать в корни растений, создавать клубеньки и улучшать развитие растения-хозяина за счет симбиотической азотфиксации.

Однако на сегодняшний день доказано, что в процессе формирования и функционирования клубеньково-ризобиального симбиоза растение-хозяин играет не менее активную роль, чем клетки бактерий. Такие же данные были получены при изучении хозяйственной специфичности клубеньковых бактерий, то есть их зависимости от симбиотической активности вида или сорта растения. Итак, бобово-ризобиальный симбиоз следует рассматривать как результат соответствия генотипов макросимбионта и микросимбионта.

В симбиотических системах успех может быть достигнут в значительной степени при использовании свойств конкурентоспособности бактерий. Раньше предпосевную обработку семени нитрагином рекомендовали лишь под бобовые культуры при освоении новых земель или при севе новых для данного севооборота бобовых культур.

Тем не менее, результаты проведенных исследований дают право утверждать, что даже в том случае, если естественное заражение бобовой культуры клубеньковыми бактериями полностью обеспечено, нитрагинизация семян активной расой клубеньковых бактерий может быть оправданной. Дело в том, что нанесенные на семена высокоактивные клубеньковые бактерии раньше других проникают в корни растения-хозяина и тем самым препятствуют проникновению в корень менее активных бактерий, присутствующих в почве. В результате может быть значительно повышена активность усвоения атмосферного азота. Эффективность производственной инокуляции в конкретных случаях может различаться, если бобовая культура часто или бессменно выращивается на одном и том же поле. Единственный практический способ определения эффективности клубеньковых бактерий в почве – это выращивание в отдельности каждого сорта культуры и сравнение образования клубеньков, а также повышения фиксации азота с такими же показателями у других бобовых растений, семена которых обрабатывались штаммами клубеньковых бактерий, причем эффективность этих опытов была доказана. Непосредственное выделение клубеньковых бактерий из почвы и определение их эффективности, по мнению многих исследователей, – трудное и ненадежное дело.

Ф. Ф. Адамень и Н. И. Нестерчук исследовали влияние разных штаммов ризоторфина на полях, где в севообороте неоднократно выращивали бобовые культуры. Результаты исследований подтвердили, что на участках без инокуляции семян свободно живущие в почве бактерии обеспечивали инфекционный материал и вступали в симбиоз, однако количество и масса клубеньков на корнях одного растения были меньше на 35–40%. Практически все исследуемые штаммы клубеньковых бактерий, используемые для инокуляции семян, образовывали больше клубеньков. Растения имели большую площадь листовой поверхности в период вегетации. Вероятно, производственные штаммы клубеньковых бактерий, которыми обрабатывали семена, были более конкурентоспособными по сравнению с аборигенными ризобиями и активнее вступали в симбиоз. Таким образом, в симбиозе сои с клубеньковыми бактериями максимальной эффективности нитрагинизации можно достичь только при полном соответствии генотипов растений и клубеньковых бактерий.

Ряд приведенных примеров показывает одно из направлений обеспечения бобовых растений азотом, а именно: за счет симбиотической азотфиксации его из воздуха и подтверждает, что эта проблема решается уже на сегодняшний день. Дальнейшее развитие науки об азотфиксации предусматривает направленную селекцию высших растений и соответствующих им азотфиксирующих организмов.

Таким образом, можно сделать вывод, что в повышении уровня эффективности азотфиксирующей системы бобовых важную роль играет не только растение-хозяин, его сортовые особенности и физиологическое состояние, но и генотип микросимбионта и его вклад в общий эффект симбиотического соединения азота атмосферы. Пластичность отдельного сорта бобовых и генотипа бактерий дает основание для выявления оптимальной связи в симбиозе и открывает возможности для проведения генетико-селекционной работы по повышению симбиотической азотфиксации.

Е. Н. Турин, канд. с.-х. наук, ст. науч. сотр.

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2017

Найсвіжіші матеріали читайте в журналі «Агроном».
Слідкуйте за головними агрономічними новинами на нашій сторінці у Facebook та каналі в Telegram

Как растения получают азот из воздуха?

Категория: Химия      Опубликовано: 21 февраля 2014 г.

Растения получают азот из почвы, а не непосредственно из воздуха. Изображение общественного достояния, источник: Кристофер С. Бэрд.

Растения не получают азот непосредственно из воздуха. Хотя азот является наиболее распространенным элементом в воздухе, каждый атом азота в воздухе тройно связан с другим атомом азота, образуя молекулярный азот N9.0007 2 . Эта тройная связь очень прочная и ее очень трудно разорвать (для разрыва химических связей требуется энергия, тогда как энергия высвобождается только при образовании связей). В результате, хотя азот в воздухе очень распространен, растению энергетически невыгодно расщеплять молекулу азота, чтобы получить необработанные атомы, которые оно может использовать. Сильная тройная связь N 2 также затрудняет реакцию молекулярного азота с большинством других химических веществ. На самом деле это одна из причин, по которой в воздухе так много азота. Кроме того, стабильность и симметрия молекулы азота затрудняют связывание разных молекул азота друг с другом. Это свойство означает, что молекулярный азот можно охладить до очень низких температур, прежде чем он станет жидким, что делает жидкий азот очень эффективной криогенной жидкостью.

Акт разделения двух атомов в молекуле азота называется «фиксацией азота». Растения получают необходимый им азот из почвы, где он уже зафиксирован бактериями и археями. Бактерии и археи в почве и в корнях некоторых растений обладают способностью преобразовывать молекулярный азот воздуха (N 2 ) в аммиак (NH 3 ), тем самым разрывая жесткую тройную связь молекулярного азота. Такие организмы называются «диазотрофами». Отсюда различные микроорганизмы превращают аммиак в другие соединения азота, более удобные для растений. Таким образом, растения получают азот косвенно из воздуха через микроорганизмы в почве и в некоторых корнях растений. Обратите внимание, что молния и высокоэнергетическое солнечное излучение также могут расщепить молекулу азота и, следовательно, также зафиксировать азот в воздухе. Однако количество азота, фиксируемого молнией и солнечной радиацией, незначительно по сравнению с количеством, фиксируемым диазотрофами в почве и корнях. В своей книге «Азотфиксация» Джон Постгейт утверждает:

.

Фиксация азота — преобразование атмосферного азота в форму, которую могут использовать растения, — это процесс, лежащий в основе мирового сельского хозяйства. Возникает в результате стихийной, антропогенной и биологической деятельности. Существование и важность биологического компонента были признаны более века назад, но научные достижения за последние несколько десятилетий радикально изменили наше понимание его природы и механизмов.

Биологический круговорот азота в решающей степени зависит от населяющих почву и корни бактерий и архей, которые расщепляют молекулы азота из воздуха. Изображение общественного достояния, источник: EPA.

Темы:
воздух, аммиак, атмосфера, диазотроф, азот, азотфиксация, растения

Азот — управление питательными веществами | Mosaic Crop Nutrition

Азот является важным питательным веществом для роста, развития и размножения растений. Несмотря на то, что азот является одним из самых распространенных элементов на земле, дефицит азота, вероятно, является наиболее распространенной проблемой питания, затрагивающей растения во всем мире, поскольку азот из атмосферы и земной коры не доступен растениям напрямую.

Азот в растениях

Здоровые растения часто содержат от 3 до 4 процентов азота в своих надземных тканях. Это гораздо более высокая концентрация по сравнению с другими питательными веществами. Углерод, водород и кислород, питательные вещества, которые не играют значительной роли в большинстве программ управления плодородием почвы, являются единственными другими питательными веществами, присутствующими в более высоких концентрациях.

Азот так важен, потому что он является основным компонентом хлорофилла, соединения, с помощью которого растения используют энергию солнечного света для производства сахаров из воды и углекислого газа (т. е. для фотосинтеза). Он также является основным компонентом аминокислот, строительных блоков белков. Без белков растения увядают и погибают. Некоторые белки действуют как структурные единицы в растительных клетках, в то время как другие действуют как ферменты, делая возможными многие биохимические реакции, на которых основана жизнь. Азот является компонентом соединений, передающих энергию, таких как АТФ (аденозинтрифосфат). АТФ позволяет клеткам сохранять и использовать энергию, высвобождаемую в процессе метаболизма. Наконец, азот является важным компонентом нуклеиновых кислот, таких как ДНК, генетического материала, который позволяет клеткам (и, в конечном итоге, целым растениям) расти и воспроизводиться. Без азота не было бы жизни, какой мы ее знаем.

Структура аминокислоты

Азот необходим сельскохозяйственным культурам для получения оптимального урожая. Критический компонент аминокислот в белке, он также напрямую увеличивает содержание белка в растениях.

Азот почвы

Азот почвы существует в трех основных формах: органические соединения азота, ионы аммония (NH₄⁺) и ионы нитрата (NO₃⁻).

В любое время от 95 до 99 процентов потенциально доступного азота в почве находится в органических формах, либо в растительных и животных остатках, либо в относительно стабильном органическом веществе почвы, либо в живых почвенных организмах, в основном микробах, таких как бактерии . Этот азот не доступен растениям напрямую, но часть его может быть преобразована в доступные формы микроорганизмами. Очень небольшое количество органического азота может присутствовать в растворимых органических соединениях, таких как мочевина, которые могут быть немного доступными для растений.

Большая часть доступного для растений азота находится в неорганических формах NH₄⁺ и NO₃⁻ (иногда называемых минеральным азотом). Ионы аммония связываются с отрицательно заряженным катионообменным комплексом почвы (CEC) и ведут себя так же, как другие катионы в почве. Нитрат-ионы не связываются с твердыми веществами почвы, потому что они несут отрицательный заряд, но существуют в растворенном виде в почвенной воде или выпадают в виде растворимых солей в засушливых условиях.

Естественные источники почвенного азота

Азот в почве, который в конечном итоге может быть использован растениями, имеет два источника: азотсодержащие минералы и огромные запасы азота в атмосфере. Азот в почвенных минералах высвобождается по мере разложения минерала. Этот процесс, как правило, довольно медленный и лишь незначительно способствует азотному питанию на большинстве почв. Однако на почвах, содержащих большое количество богатых NH₄⁺ глин (либо встречающихся в природе, либо образовавшихся путем фиксации NH₄⁺ , добавленного в качестве удобрения), азот, поставляемый минеральной фракцией, может быть значительным в некоторые годы.

Атмосферный азот является основным источником азота в почвах. В атмосфере он существует в очень инертной форме N₂ и должен быть преобразован, прежде чем он станет полезным в почве. Количество азота, добавляемого в почву таким образом, напрямую связано с грозовой активностью, но большинство районов, вероятно, получают из этого источника не более 20 фунтов азота на акр в год.

Бактерии, такие как Rhizobia, которые заражают (образуют клубеньки) корни бобовых растений и получают от них много пищевой энергии, могут фиксировать гораздо больше азота в год (некоторые значительно более 100 фунтов азота/акр). Когда количество азота, зафиксированного Rhizobia, превышает количество азота, необходимого самим микробам, он высвобождается для использования бобовым растением-хозяином. Вот почему хорошо клубеньковые бобовые часто не реагируют на внесение азотных удобрений. Они уже получают достаточно от бактерий.

Круговорот азота

Азот может претерпевать множество превращений в почве. Эти превращения часто группируются в систему, называемую азотным циклом, которая может быть представлена ​​в разной степени сложности. Круговорот азота подходит для понимания управления питательными веществами и удобрениями. Поскольку за большинство этих процессов ответственны микроорганизмы, они происходят очень медленно, если вообще происходят, когда температура почвы ниже 50 ° F, но их скорость быстро увеличивается по мере нагревания почвы.

В основе азотного цикла лежит превращение неорганического азота в органический и наоборот. По мере роста микроорганизмы удаляют H₄⁺ и NO₃⁻ из доступного неорганического азота почвы, превращая его в органический азот в процессе, называемом иммобилизацией. Когда эти организмы умирают и разлагаются другими, избыток NH₄⁺ может быть высвобожден обратно в неорганический пул в процессе, называемом минерализацией. Азот также может минерализоваться, когда микроорганизмы разлагают материал, содержащий больше азота, чем они могут использовать за один раз, такие материалы, как остатки бобовых культур или навоз. Иммобилизация и минерализация осуществляются большинством микроорганизмов и наиболее быстро протекают в теплых и влажных, но не насыщенных водой почвах. Количество неорганического азота, доступного для использования сельскохозяйственными культурами, часто зависит от количества происходящей минерализации и баланса между минерализацией и иммобилизацией.

Ионы аммония (NH₄⁺), которые не иммобилизуются или быстро не поглощаются высшими растениями, обычно быстро превращаются в ионы NO₃⁻ в процессе, называемом нитрификацией. Это двухэтапный процесс, во время которого бактерии под названием Nitrosomonas превращают NH₄⁺ в нитрит (NO₂⁻), а затем другие бактерии, Nitrobacter, превращают NO₂⁻ в NO₃⁻. Этот процесс требует хорошо аэрируемой почвы и происходит достаточно быстро, так что в течение вегетационного периода в почвах обычно обнаруживается в основном NO₃⁻ , а не NH₄⁺ .

Круговорот азота включает несколько путей, по которым доступный растениям азот может быть потерян из почвы. Нитратный азот обычно более подвержен потерям, чем азот аммонийный. Значительные механизмы потерь включают выщелачивание, денитрификацию, улетучивание и удаление урожая.

Нитратная форма азота настолько растворима, что легко выщелачивается при просачивании через почву избытка воды. Это может быть основным механизмом потерь в крупнозернистых почвах, где вода свободно просачивается, но это не проблема в мелкозернистых, более непроницаемых почвах, где просачивание происходит очень медленно.

Эти последние почвы имеют тенденцию легко насыщаться, и когда микроорганизмы истощают запасы свободного кислорода во влажной почве, некоторые получают его, разлагая NO₃⁻. В этом процессе, называемом денитрификацией, NO₃⁻ превращается в газообразные оксиды азота или в газообразный N₂ , недоступные для растений. Денитрификация может привести к большим потерям азота, когда почвы теплые и остаются насыщенными более нескольких дней.

Потери NH₄⁺ азота менее распространены и происходят в основном в результате улетучивания. Ионы аммония в основном представляют собой молекулы безводного аммиака (NH₃) с присоединенным дополнительным ионом водорода (H⁺). Когда этот дополнительный H⁺ удаляется из иона NH4 другим ионом, таким как гидроксил (OH⁻), образующаяся молекула NH3 может испаряться или улетучиваться из почвы. Этот механизм наиболее важен в почвах с высоким значением pH и pH , которые содержат большое количество ионов OH⁻ .

Удаление урожая представляет собой потерю, поскольку азот в собранных частях урожая полностью удаляется с поля. Азот в растительных остатках возвращается обратно в систему, и его лучше рассматривать как иммобилизованный, а не удаленный. Многое в конечном итоге минерализуется и может быть повторно использовано сельскохозяйственными культурами.

Потребность растений в азоте и его поглощение

Растения поглощают азот из почвы в виде ионов NH₄⁺ и NO₃⁻ , но поскольку нитрификация широко распространена в сельскохозяйственных почвах, большая часть азота поглощается в виде нитратов. Нитраты свободно перемещаются к корням растений по мере того, как они поглощают воду. Попав внутрь растения, NO₃⁻ восстанавливается до формы NH₂ и ассимилируется с образованием более сложных соединений. Поскольку растениям требуется очень большое количество азота, обширная корневая система необходима для неограниченного поглощения азота. Растения с корнями, ограниченными уплотнением, могут проявлять признаки дефицита азота, даже если в почве присутствует достаточное количество азота.

Источник: TFI

Большинство растений непрерывно потребляют азот из почвы на протяжении всей своей жизни, и потребность в азоте обычно увеличивается по мере увеличения размера растения. Растение, снабженное достаточным количеством азота, быстро растет и дает большое количество сочной зеленой листвы. Предоставление достаточного количества азота позволяет однолетней культуре, такой как кукуруза, вырасти до полной зрелости, а не задерживать ее. Растение с дефицитом азота, как правило, маленькое и развивается медленно, потому что ему не хватает азота, необходимого для производства адекватных структурных и генетических материалов. Обычно он бледно-зеленый или желтоватый, потому что ему не хватает хлорофилла. Старые листья часто некротизируются и отмирают, поскольку растение перемещает азот из менее важных старых тканей в более важные молодые.

С другой стороны, некоторые растения могут расти настолько быстро при избыточном снабжении азотом, что у них развивается протоплазма быстрее, чем они могут построить достаточно поддерживающего материала в клеточных стенках. Такие растения часто довольно слабы и могут быть подвержены механическим повреждениям. Примером такого эффекта является образование слабой соломы и полегание мелких зерен.

Управление удобрениями

Азотный цикл

Нормы азотных удобрений определяются выращиваемой культурой, целевым уровнем урожайности и количеством азота, которое может быть обеспечено почвой. Нормы, необходимые для достижения разных урожаев разных культур, различаются в зависимости от региона, и такие решения обычно основаны на местных рекомендациях и опыте.

Факторы, определяющие количество азота, поступившего из почвы

  • Количество азота, выделившегося из органического вещества почвы

  • Количество азота, выделившегося при разложении остатков предыдущей культуры

    • 7 Любой азот полученный в результате предыдущих применений органических отходов

  • Любой азот, перенесенный из предыдущих применений удобрений.

Такие вклады можно определить, взяв кредиты азота (выраженные в фунтах на акр) для этих переменных. Например, кукуруза после люцерны обычно требует меньше дополнительного азота, чем кукуруза после кукурузы, и требуется меньше азотных удобрений для достижения заданной цели по урожайности при внесении навоза. Как и в случае со ставками, кредиты обычно основаны на местных условиях.

Тестирование почвы все чаще предлагается в качестве альтернативы азотным кредитам. Тестирование почвы на содержание азота было полезной практикой в ​​более засушливых регионах Великих равнин в течение многих лет, и в этом регионе нормы удобрений часто корректируются с учетом содержания NO₃⁻ , обнаруженного в почве перед посадкой. В последние годы появился некоторый интерес к тестированию кукурузных полей на NO₃⁻ в более влажных регионах на востоке США и Канады с использованием образцов, взятых поздней весной, после появления всходов, а не перед посадкой. Эта стратегия, испытание почвы перед внесением азота (PSNT), получила широкую огласку и, по-видимому, дает некоторое представление о том, требуется ли дополнительное внесение азота в боковую подкормку.

Внесение удобрений

Решения о внесении удобрений должны максимизировать доступность азота для сельскохозяйственных культур и минимизировать возможные потери. Корни растения обычно не прорастают через корневую зону другого растения, поэтому азот необходимо размещать там, где все растения имеют к нему прямой доступ. Широковещательные приложения выполняют эту задачу. Координация также имеет место, когда все ряды культур находятся непосредственно рядом с полосой. Для кукурузы внесение безводного аммиака или карбамидо-аммиачной селитры (КАС) в чередующиеся средние ряды обычно так же эффективно, как и внесение в каждую середину, потому что все ряды имеют доступ к удобрению.

Влажная почва необходима для усвоения питательных веществ. Размещение ниже поверхности почвы может увеличить доступность азота в засушливых условиях, потому что корни с большей вероятностью найдут азот во влажной почве при таком размещении. Внесение КАС с боковой подкормкой может давать более высокие урожаи кукурузы, чем поверхностное внесение в годы, когда после внесения боковой подкормки следует сухая погода. В годы, когда дожди выпадают вскоре после нанесения, подпочвенное размещение не так критично.

Подземное размещение обычно используется для контроля потерь азота. Безводный аммиак должен быть помещен и герметизирован под поверхностью, чтобы исключить прямые потери газообразного аммиака от испарения. Испарение из растворов мочевины и КАС можно контролировать путем введения или введения. Внесение материалов мочевины (механически или с помощью дождя вскоре после внесения) особенно важно при нулевой обработке почвы, когда испарение усугубляется большим количеством органического материала на поверхности почвы. Однако применение небольших количеств «стартового» азота в качестве КАС в гербицидных спреях обычно не вызывает особых опасений.

Внесение азота вместе с фосфором часто увеличивает поглощение фосфора, особенно когда азот находится в форме NH₄⁺ и культура растет на щелочной почве. Причины этого эффекта не совсем ясны, но могут быть связаны с азотом, повышающим корневую активность и способность к поглощению фосфора, а также с нитрификацией NH₄⁺, обеспечивающей кислотность, которая повышает растворимость фосфора.

Время внесения питательных веществ

Время оказывает большое влияние на эффективность систем управления азотом. Азот следует вносить, чтобы избежать периодов значительных потерь и обеспечить достаточное количество азота, когда культура больше всего в нем нуждается. Пшеница поглощает большую часть своего азота весной и в начале лета, а кукуруза поглощает большую часть азота в середине лета, поэтому достаточное количество азота в это время имеет решающее значение. Если ожидается, что потери будут минимальными или их можно эффективно контролировать, применение до или сразу после посева эффективно для обеих культур. Если ожидаются значительные потери, особенно из-за денитрификации или выщелачивания, для снижения потерь может быть эффективным дробное внесение азота, при котором большая часть азота вносится после появления всходов. Осенние обработки кукурузы можно использовать на хорошо дренированных почвах, особенно если азот вносится в виде безводного аммиака с добавлением N-Serve 9.0131 ® ; однако следует избегать осеннего внесения на плохо дренированные почвы из-за почти неизбежной возможности значительных потерь на денитрификацию. Когда большая часть запаса азота будет внесена после значительного роста культуры или расположена вдали от посевного ряда (безводный аммиак или КАС, расположенные в середине ряда), внесение некоторого количества азота, легко доступного для рассады при посадке, гарантирует, что культура не превратится в азот. в дефиците до получения доступа к основному источнику азота.

Минимизация потерь удобрений

Основными механизмами потерь азотных удобрений являются денитрификация, выщелачивание и улетучивание. Денитрификация и выщелачивание происходят в очень влажных почвенных условиях, в то время как улетучивание наиболее распространено, когда почвы только влажные и высыхают.

Методы предотвращения потерь азотных удобрений

Использование источника азота NH4⁺ подкисляет почву, поскольку ионы водорода (H⁺), высвобождаемые во время нитрификации NH4⁺, являются основной причиной кислотности почв. Со временем подкисление и понижение почвы рН может стать значительным.

Азотные удобрения, содержащие NO₃⁻ , но не содержащие NH₄⁺ , со временем делают почву немного менее кислой, но обычно используются в гораздо меньших количествах, чем другие. Подкисление из-за азота NH₄⁻ является важным фактором подкисления сельскохозяйственных полей, но его легко контролировать с помощью обычных методов известкования.

*Знак минус указывает количество фунтов эквивалента карбоната кальция, необходимое для нейтрализации кислоты, образующейся при добавлении в почву 1 тонны материала. (Обратите внимание, что при использовании агроизвести потребуется примерно в два раза больше этого количества.) Знак «плюс» указывает на то, что материал является основным по своей природе.

Удобрение бобовых азотом

Поскольку бактерии Rhizobia, поражающие корни бобовых, обычно снабжают растение-хозяин достаточным количеством азота, хорошо клубеньковые бобовые редко реагируют на добавление азотных удобрений. Однако иногда соевые бобы могут реагировать на внесение азота в конце сезона, предположительно из-за того, что фиксация азота в клубеньках значительно снизилась. Однако такая реакция довольно неустойчива, и внесение азота в конце сезона для соевых бобов обычно не рекомендуется. Количество атмосферного азота, фиксируемого несимбиотическими почвенными организмами, зависит от типа почвы, присутствующего органического вещества и почвы 9.0073 рН .

Адаптировано из книги Фоллетта, Мерфи и Донахью «Удобрения и изменения в почве».

Добавки для азотных удобрений

N-Serve

N-Serve (нитрапирин) — проверенный материал, который избирательно ингибирует одну из бактерий, ответственных за нитрификацию. При добавлении к азотному материалу NH₄⁺ он задерживает его превращение в азот NO3⁻ на несколько недель. Наиболее эффективен при смешивании с безводным аммиаком. Эта отсроченная нитрификация защищает удобрение от потерь из-за денитрификации и выщелачивания в сезоны, когда в период ингибирования выпадает избыточное количество осадков. Использование N-Serve чем-то похоже на покупку страхового полиса, который окупается за годы, когда возникают проблемы.

N-Serve является зарегистрированным товарным знаком Dow AgroScience.

AGROTAIN

®

AGROTAIN ® (NBPT) представляет собой продукт, который ингибирует превращение мочевины в карбонат аммония, тем самым снижая вероятность улетучивания аммиака из мочевинных материалов, включая растворы КАС. Как и N-Serve ® , его можно рассматривать как страховой полис, который снизит потенциальные потери азота в сезоны, когда культивация или дождь не поглощают мочевину в почве вскоре после внесения. AGROTAIN наиболее полезен, когда мочевина или КАС вносятся без внесения на поверхность полей с высоким уровнем пожнивных остатков, например, при нулевой обработке почвы, или на полях с высоким Уровни pH на поверхности.