Форми азоту в ґрунті та і його роль у живленні рослин

Крім цього, амоній здатен фіксуватися ґрунтом у недоступному для рослин тамікроорганізмів стані. Така необмінна фіксація амонійного азоту обумовлена, перш за все, здатністю деяких глинистих мінералів (типу смектіту, гідрослюд, вермікуліту, іліту) поглинати та міцно утримувати катіони амонію у міжпрошарковому просторі кристалічних решіток, які мають можливість змінювати свої параметри. Крім того, можлива фіксація амонію в результаті утворення кристалічних сполук за рахунок складних іонів ґрунтового розчину або входження у кристалічну решітку первинних силікатних мінералів.

З поглиненого ґрунтовими колоїдами стану амонійний азот може бутипереведений у ґрунтовий розчин за рахунок обмінних реакцій з іншими катіонами.Крім того, в ґрунтовому розчині можливе його окислення в процесі нітрифікації .Нітрифікація – мікробіологічне перетворення амонійного азоту, яке проходев дві фази та здійснюється спеціалізованими мікроорганізмами, що маютьможливість розвиватися на неорганічних субстратах. У якості джерела вуглецю вони використовують вуглекислоту, відтворюючи цю сполуку до вуглецю за рахунок енергії, що звільнюється при окисленні амонію або нітритів. Для окислення амонійного азоту до нітритів, а потім до нітратів, процес нітрифікації потребує значну кількість кисню і тому не має місця в анаеробних умовах.

У відміну від процесу амоніфікації, який здійснюється незалежно від аерації ґрунту та у досить широкому інтервалі кислотності, нітрифікація потребує визначених параметрів ґрунтових умов. Температура ґрунту повинна бути 30-37градусів за Цельсієм, вологість – 40-80% від повної вологоємності, реакціясередовища у межах pH 4,5 – 9,6.

Таким чином, кінцевим продуктом мінералізації азотовмісної органічної речовини є нітратний азот, що знаходиться у ґрунтовому розчині як мобільний іон.

Якщо оцінювати процес мінералізації в цілому, то сучасні дослідження свідчать, що 4 регулятором його швидкості є амоніфікація, яка проходе досить повільно. Що ж стосується нітрифікації, тобто окислення амонію у нітрити, а потім нітрати, то ці реакції здійснюються при наявності сприятливих умов відносно швидко і залежать лише від наявності у ґрунті доступного амонійного азоту.

Слід відзначити, що одночасно з мінералізацією азотовмісної органічної речовини, у ґрунті спостерігається протилежний процес – іммобілізація, завдяки якому мінеральні форми азоту стають складовою частиною органічних сполук, що утворюються метаболічним шляхом. Це, перш за все, спостерігається за рахунок діяльності вищих рослин, які поглинають кореневою системою іонний азот та використовують його для синтезу таких важливих сполук як білки, нуклеїнові кислоти, хлорофіл та інші.

Порівняння швидкості та інтенсивності процесів мінералізації та іммобілізації є головним показником стану азотного режиму ґрунту та умов азотного живлення рослин в умовах конкретного ґрунту. Більшість ґрунтів, якізнаходяться у ріллі, містять загального (органічного та мінерального) азоту 0,02-0,4% від маси ґрунту. Що ж стосується тільки мінеральних форм азоту, тобто головним чином амонійних та нітратних сполук, то їх сумарна кількість складає лише 0,6-3,3% від загального вмісту цього елементу у ґрунті.

В умовах сучасного інтенсивного сільськогосподарського виробництва, яке передбачає значний винос азоту з ґрунту врожаями, виникає гостра необхідність покращення азотного живлення рослин як за рахунок посилення мобілізації ґрунтових ресурсів, так і за рахунок додаткових джерел цього елементу.

Для того, щоб створити у ґрунтовому розчині оптимальну концентраціюдоступних форм азоту, у сучасному сільському господарстві використовуєтьсявелика кількість різноманітних азотних добрив. Успіх їх застосування залежить від кількості у ґрунті таких сполук азоту, які спроможні забезпечити азотне живлення рослин протягом визначеного проміжку часу. Щоб визначити таку можливість,необхідно провести аналіз ґрунту на вміст доступних або потенційно доступнихсполук азоту у рухомій формі. По результатах аналізу можливо корегувати кількість азотних добрив для внесення в ґрунт з метою отримання запланованоговрожаю.

 

 

4.Шляхи втрат та надходження азоту в грунт. Колообіг азоту.

Втрати нітратного азоту з грунту можливі також унаслідок процесу денітрифікації, в основі якого лежить відновлення нітратів грунту до молекулярного азоту. Активно цей процес протікає за надмірного вмісту в грунті слабо мінералізованих рослинних решток і утворення після опадів грунтової поверхневої кірки. Є дані, що, внаслідок цього процесу, добові втрати азоту становлять 0,5 мг/кг грунту. Основним заходом для унеможливлення цього процесу є своєчасне загортання в грунт рослинних решток, внесення добре мінералізованих органічних добрив і розпушення грунтів після опадів.

Вміст і запаси нітратного азоту в грунті поповнюються завдяки внесенню добрив та процесам нітрифікації, тобто мікробіологічного окислення аміаку до нітратів. Цей процес можливий за певних умов, а саме: оптимальної (22...25°С) температури грунту, близької до нейтральної реакції грунтового розчину, наявності кисню й вологи, спеціальних мікроорганізмів нітрифікаторів. Фактично процес нітрифікації триває з кінця весни до середини осені. За даними професора Лебедянцева, в процесі нітрифікації може утворюватися майже 300 кг/га нітратного азоту. З агрономічного погляду, інтенсивність процесів нітрифікації є показником окультуреності грунту.

У повітряній фазі грунту міститься газоподібна аміачна (NH3+) форма азоту, яка теж бере участь у живленні рослин.

У процесі росту й розвитку рослина споживає всі форми мінерального азоту, проте інтенсивність їхнього поглинання залежить від грунтово-кліматичних умов. Так, встановлено, що на грунтах із легким гранулометричним складом і кислою та слабокислою реакцією грунтового розчину краще використовується нітратна форма, а на грунтах із середнім та важким гранулометричним складом і нейтральною реакцією - амонійна форма азоту.

Амонійний азот, що надходить у рослину внаслідок реакції амінування й переамінування, вступає в білковий синтез. Нітратна форма азоту в рослині піддається ферментативному перетворенню в аміачну, що, з одного боку, активує синтез білка, а з другого - знижує концентрацію нітратів, які в надмірній кількості можуть бути токсичними й знижують екологічну цінність продукції.

Для оцінки забезпеченості рослин азотом в агрономічній практиці існує поняття про сполуки азоту, що легко гідролізуються. Вчені Тюрін і Кононова до них зараховують мінеральні сполуки азоту та частину азоту простих органічних речовин, які входять до складу амінокислот і амідів, унаслідок мінералізації яких може утворюватися амонійний та нітратний азот.

Існує також поняття про лужногідролізований азот. Цей азот характеризує ступінь окультуреності грунтів, а також ступінь забезпеченості азотом, оскільки його вміст показує тісну кореляційну залежність між азотом, який вилучається, вмістом гумусу, загальним вмістом азоту та нітрифікаційною здатністю. Вчений Корнфілд до цих сполук додає азот обмінного амонію, вільного й увібраного аміаку, амідів, частково амінокислот і аміноцукрів. Методом визначення лужногідролізованого азоту, за Корнфілдом, користуються державні технологічні центри охорони родючості грунтів, за його даними визначають рівень забезпеченості рослин азотом .

Основним джерелом надходження азоту в ґрунт є атмосфера.

З опадами звичайно надходить невелика кількість азоту у вигляді оксидів NO і NO2. Оксиди азоту утворюються при електричних розрядах у високих шарах атмосфери. Аміак поглинається також водою, туманом, росою й інеєм із повітря, куди він надходить із продуктами згорання палива і під час лісових та степових пожеж. З атмосферними опадами за рік у ґрунт надходить дуже мала кількість азоту (від 3 до 17 кг/га). При такій кількості азоту не можна одержати високого врожаю сільськогосподарських культур. Крім того, кількість азоту, що надходить з опадами, змінюється в залежності від різних умов. Недалеко від великих міст і заводів, звичайно, підвищується кількість аміаку, а в деяких субтропіках і тропіках – окисів азоту.

Кудрін наводить такі кількості азоту, який надходить з опадами в кг на 1 га за рік: у Німеччині – 15,7 кг/га, в тому числі аміачного – 77 %, нітратного – 23 %; в Англії – 4,3 кг/га, в т.ч. аміачного – 70 %, нітратного – 30 %; у Середній Азії – 4,5 кг/га, з них аміачного – 68 %, нітратного – 32 %.

Отже, загальний кругообіг азоту в природі являє собою зворотний перехід його вільної газоподібної форми з атмосфери у фіксовану форму в ґрунті або біологічній системі.

 

Цикл азоту в грунті

Азотфіксація найліпше проходить за таких умов:

а) рівень зволоження – 60-70 % від повної вологоєм-ності ґрунту;

б) оптимальна температура – +25-27 oС;

в) вільне надходження кисню;

г) реакція середовища – слабокисла або близька до нейтральної;

д) присутність кальцію.

Органічний азот перетворюється у ґрунті в мінеральні форми. Спочатку білкові форми азоту перетворюються в амінокислоти, які дають аміак. Потім останній окиснюється й утворюються азотиста та азотна кислоти.

NH4 + + 1,5 O2= 2H + + H2O + NO2 - + 66 ккал  – перша фаза 

NO2 - + 1,5 O2= NO3 + 17 ккал  – друга фаза

 

Процес нітрифікації іде в декілька етапів:

а) аміак – гідроксиламін;

б) гідроксиламін – гіпонітрити;

в) гіпонітрити – нітрити;

г) нітрити – нітрати.

 

5.Шляхи поповнення вмісту і запасів азоту в ґрунті.

Слід зазначити, що більшість грунтів України мають дуже низьку, низьку й незначна їхня частина - середню забезпеченість азотом, що пов'язано з високим насиченням структури посівних площ культур, з високим рівнем винесення азоту та недостатнім використанням добрив. Низька забезпеченість азотом тісно пов'язана з втратами гумусу, які в середньому щороку становлять: на Поліссі - 0,76, в Лісостепу - 0,48 та в Степу - 0,81 т з гектара.

Поповнення запасів азоту в грунті здійснюється кількома способами. Відомо, що атмосфера - це невичерпне джерело азоту. Адже над площею 1 га в її кілометровій товщі міститься близько 70 тис. т азоту. Незначна (5-10 кг/га) частина цього елемента надходить у грунт з опадами. В основному, це азот у нітратній формі, який утворюється внаслідок громових розрядів. Важливим способом поповнення вмісту азоту в грунті є діяльність мікроорганізмів. Зокрема, внаслідок несимбіотичної фіксації азоту атмосфери вільноживучими мікроорганізмами в грунти Полісся за рік надходить 5 кг цього елемента, Лісостепу - 10, Степу - 8 кг. Помітно більше значення для надходження атмосферного азоту в грунт мають бульбочкові бактерії, які живуть у симбіозі з кореневою системою бобових культур. Розмір такої фіксації залежить від виду бобової рослини та грунтово-кліматичних умов.

У господарствах, які, крім рослинництва, мають іще й розвинене тваринництво, безперечно, важливим джерелом поліпшення азотного режиму грунтів є використання різних видів органічних добрив. В умовах нестачі останніх із агрономічного, екологічного й економічного поглядів ефективним є висівання швидкорослих бобово-злакових та хрестоцвітих культур на зелене добриво. Це один із способів поповнення елементів живлення в грунтах і поліпшешення їхніх фізико-хімічних, агрохімічних, біологічних та екологічних властивостей.

Безумовно, найвагомішим джерелом поповнення вмісту й запасів азоту в грунті є використання мінеральних добрив. Їхній асортимент досить широкий, але, вносячи їх, слід враховувати їхні властивості, дію в грунті й використовувати раціональні норми, строки та способи внесення.

В основу класифікації азотних добрив покладено фізичні властивості (тверді, рідкі, порошкоподібні, гранульовані) та форму наявного в них азоту. За останньою ознакою азотні добрива поділяють на амонійні, аміачні, нітратні, амонійно-нітратні та амідні.

Сульфат амонію [(NH4)2SО4] містить 20,5-21,0% азоту і 24% сірки. Це кристалічна сіль білого або сірого кольору, добре розчинна у воді, має незначну гігроскопічність, майже не злежується, добре розсівається. Добриво фізіологічно кисле. Після внесення в грунт амоній поглинається грунтом, що обмежує його втрати:

Сульфат амонію найкраще застосовувати для основного удобрення й загортати на глибину розміщення коренів на нейтральних і лужних грунтах. Вносять його під усі культури, особливо з родини хрестоцвітих бобових та під рис, які добре реагують на сірку.

Хлористий амоній (NH4Cl) - побічний продукт під час виробництва соди. Це добриво містить 24-25% азоту й близько 67% хлору. Дрібнокристалічна, малогігроскопічна, розчинна у воді сіль білого або жовтуватого кольору. Добриво фізіологічно кисле, взаємодіє з грунтом аналогічно сульфату амонію. Враховуючи високий вміст хлору, це добриво краще вносити восени, щоб хлор за осінньо-зимовий період вимився у глибші шари грунту. Хлористий амоній не рекомендується застосовувати під картоплю, льон, тютюн, виноград, овочеві та плодові культури, чутливі до хлору.

До нітратних добрив належать  натрієва й кальцієва селітри, які містять азот у формі NО3-, однак їх випускають у незначних кількостях.

Натрієва селітра (NaNО3) містить 15-16% азоту. Це біла чи бурувато-жовта дрібнокристалічна сіль, добре розчинна у воді. Має високу гігроскопічність, тому може злежуватися. Добриво фізіологічно лужне. Після внесення в грунт нітратний азот залишається в грунтовому розчині, а натрій поглинається грунтовим вбирним комплексом.