Материал подготовлен на основании авторской статьи, размещённой на сайте «ГлавАгроном».
Азот в качестве элемента питания играет первостепенную роль в росте, развитии и плодоношении растений, принимая разные химические формы. С одной стороны, азот — это благо, а с другой — угроза, поскольку опасны многочисленные изменения, которые с ним происходят в окружающей среде при внесении азотных и органических удобрений. Растениям для развития нужно строго определенное количество азота, а его избыток или недостаток вызывают неблагоприятные последствия.
Меняющийся климат, распространение болезней и вредителей, повторяющиеся засухи, высокие затраты в аграрной сфере и неопределенная ситуация на рынках показывают, что небольшая ошибка в обращении с азотом может дорого обойтись земледельцу и окружающей среде. Поэтому проводимую в аграрном секторе деятельность следует ориентировать на моделирование высококачественного производства при сохранении оптимальных затрат и заботе об экологии.
Откуда взялся азот и в чем его польза?
Наша атмосфера на 78% состоит из азота, который не горит, в отличие от кислорода. Он был открыт в конце XVIII века, а в начале XIX столетия наука установила необходимость азота в качестве элемента питания для растений, без которого они не могут существовать, тратя много энергии на его поглощение. На протяжении последующих 100 лет ученые пытались «извлечь» азот из воздуха для создания азотного удобрения. В начале ХХ века у немецких химиков Габера и Боша это получилось. Была разработана реакция синтеза аммиака из воздуха в промышленных масштабах, названная «выпечкой хлеба из воздуха».
Наиболее важны функции азота в процессах структурообразования у растений — в качестве основного строительного компонента, регулирования усвоения других макро- и микроэлементов, протекания в растении биохимических реакций. В качестве компонента генетической информации азот участвует в репродуктивной функции, а как переносчик энергии молекул — обеспечивает энергетическую функцию. В итоге азот оказывает огромное влияние на продуктивность и качество урожая сельскохозяйственных культур.
Чтобы быть эффективным для культур, азоту нужно постоянное присутствие других макро- и микроэлементов (калия, фосфора, кальция, магния, серы, железа, бора, меди, марганца, цинка, молибдена, кобальта, кремния и др.), необходимых для правильного функционирования растений. Недостаток каждого из них также вызывает нарушения в развитии растений (табл. 1).
Формы азота в почве подвержены преобразованиям
В наших минеральных почвах общее содержание азота составляет в среднем 0,06-0,3%, а органические почвы могут содержать до 3,5% азота. Из всего общего количества азота только 1-5% приходится на долю минеральных соединений, которые потребляют растения в форме иона аммония NH₄+ и нитрат иона NO₃-. Остальное количество азота в почве (95%) составляют органические соединения Nорг, для разложения и перевода которых в доступную для растений минеральную форму требуется время и условия.
К легкоразлагаемому в почве органическому азоту относятся корневые и надземные послеуборочные остатки, виды органических удобрений, солома и зеленые удобрения.
Формы азота в питании растений
Состояние питания растений определяется формами азота, которые поглощает растение: NH₄+ и нитрат иона NO₃-. В природе также существует несколько десятков видов микроорганизмов, которые способны связывать атмосферный азот N₂. Многие растения из семейства бобовых, благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями, способны фиксировать атмосферный азот.
Почвенный поглощающий комплекс имеет отрицательный заряд, поэтому способен притягивать и удерживать положительно заряженные элементы питания и отталкивать отрицательно заряженные. Если поглощающий комплекс почвы притягивает определенные формы азота, то они не выщелачиваются, что полезно для плодородия. Некоторые формы азота могут отталкиваться частицами почвы, что вызывает большие потери элемента.
Катион аммония NH₄+ имеет положительный электрический заряд, благодаря которому хорошо удерживается почвой. А вот нитратная форма NO₃- является анионом с отрицательным зарядом, поэтому слабо удерживается почвой и легко вымывается (табл. 2).
Что наиболее выгодно с точки зрения питания растений, экологической безопасности и экономики? Это взаимодействие нитратной и аммонийной формы.
Потери азота
Какой коэффициент использования азота растениями из минеральных удобрений? Обычно не более 70%, и это хороший результат. Исследования показывают, что в отдельных случаях азот из минеральных удобрений может использоваться всего на 20%, что свидетельствует о впустую затраченных средствах.
Какие процессы оказывают влияние на размеры потерь азота? Выщелачивание и улетучивание NO₃-, а также вызываемая бактериями Alcaligenes, Pseudomonas, Flavobacterium, Bacillus денитрификация, которая с химической точки зрения выглядит следующим образом:
C₆H₁₂O₆ + 4NO₃- → 6CO₂ + ↑2N₂ + 6H₂O + энергия
Газообразные потери N₂ представляют собой экологическую проблему, поскольку восстановление нитратов до N₂ — это естественный процесс. К сожалению, образующиеся закись NO и окись N₂O азота являются парниковыми веществами, разрушающими озон.
Вымыванию больше подвержена нитратная форма азота NO₃-. Нитрат-ионы мигрируют с дождевой водой, перемещаются в почвенном профиле с капиллярной водой. Это еще один источник потерь. Избыток нитратов на песчаных почвах осенью — это практически 100% вымывание из почвы. В глинистых почвах риск вымывания снижается до 50%.
На вымывание нитратов из почвы влияет погода, затяжная осень, мягкая зима, сильные снегопады, быстрые оттепели ранней весной, проливные дожди.
На потери азота от вымывания влияет стратегия внесения азотного удобрения:
- большое количество минерального азота в почве с осени;
- высокие дозы минерального азота ранней весной;
- трансформация минерального азота в почве;
- вид азотного удобрения;
- срок внесения и доза удобрения.
Сдерживает потери азота в холодное время растительный покров и правильная агротехника: севооборот, структура почвы, уклон и фактура участка.
Газообразные потери азота в виде аммиака — «деньги на ветер». Наиболее популярным видом азотного удобрения в мире является мочевина — самое концентрированное азотное удобрение (до 46% азота). С точки зрения затрат на транспортировку и хранение мочевина имеет преимущество перед остальными азотными удобрениями. Содержащаяся в мочевине амидная форма азота после процесса разложения (гидролиза), превращается в аммонийную форму, которая легко усваивается растениями. Скорость гидролиза зависит от активности фермента уреазы.
уреаза
H₂N - CO – N-H₂ + 2H₂O → (NH₄)₂CO₃
Гидролиз мочевины обычно приводит к газообразным потерям азота в виде аммиака NH₃. Это происходит вскоре после поверхностного внесения мочевины без заделки в почву и при длительном отсутствии осадков. Процесс потерь аммиака ускоряется при высокой температуре, недостаточном уровне рН и на легких почвах. По оценкам разных ученых, потери азота из мочевины в разных условиях (луга, культуры) могут достигать 20-90%. Почему они такие высокие?
После поверхностного внесения мочевины без заделки в почву и при длительном отсутствии осадков происходят газообразные потери азота в виде аммиака!
Чем дольше мочевина лежит на почве или в почве в нерастворенном виде, тем больше потери азота в виде аммиака и не только. Аммиак повреждает растения, снижает всхожесть, а попадая в атмосферу, возвращается в окружающую среду с дождем, способствуя подкислению почвы и эвтрофикации водоемов.
Однако у мочевины много преимуществ. Прежде всего, низкая стоимость, низкая взрывоопасность производства, транспортировки и хранения. Благодаря высокому содержанию азота она удобна для внесения на поля.
О глобальной задаче современного сельского хозяйства о и том, как «перехитрить» азот расскажем в нашем материале на сайте «ГлавАгроном».
В статье использована информация из брошюры «Azot: wszystko, co powinieneś wiedzieć. AGRII praktycznie», cz. 1.
Подготовлено по материалам, опубликованным в журнале «Наше сельское хозяйство» (2021 г., № 15).
ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ:
Утверждены квоты на экспорт азотных удобрений
Используем азотные удобрения эффективно
О преимуществах минеральных удобрений при изменениях климата
Наши уважаемые читатели, не забывайте ставить лайки. Таким образом, мы будем видеть, что материалы, которые публикуются нашим порталом, интересны для вас!
#главагроном #сельское хозяйство #минеральные удобрения #удобрения #азот #макроэлементы #азотные удобрения #внесение удобрений #подкормка
