Трансформація азоту в ґрунті і методи його регулювання

Міністерство  освіти і науки, молоді та спорту України

Прикарпатський національний університет ім. Василя Стефаника

Інститут природничих  наук

Кафедра агрохімії  і грунтознавства

 

 

 

 

 

 

          

Курсова робота

на тему:

"Трансформація азоту в ґрунті і методи

його регулювання"

 

 

 

 

 

                                      

 

                                                                                  

 

                                                                                          Виконав:

                                                                                  студент ІІІ курсу

                                                                                     групи АХ-31

                                                                                

                                                                                     Перевірила:

                                                                                       Лис Н.М.

 

 

 

 

 

 

 

м.Івано-Франківськ

2011

 

Зміст

 

ВСТУП........................................................................................................................3

 

РОЗДІЛ 1. Проблема азоту в землеробстві та охорона навколишнього середовища.................................................................................................................5

 

РОЗДІЛ 2.  Вміст,запаси і форми азоту в ґрунті..........................................................................................................................15

 

РОЗДІЛ 3. Процеси надходження і витрат азоту в ґрунті та його вплив на навколишнє середовище................................................................................................................25

 

РОЗДІЛ 4. Процеси перетворення азоту в ґрунті..........................................................................................................................29

 

РОЗДІЛ 5. Азот,як основний елемент живлення...................................................................................................................33

 

ВИСНОВОК..............................................................................................................35

 

СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ.....................................................36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

 

Агрохі́мія— наука, завданням якої є вивчення кругообігу речовин у землеробстві і виявлення таких заходів впливу на хімічні й біологічні процеси, що відбуваються в ґрунті та рослині, які сприяють підвищенню врожайності сільськогосподарських культур і поліпшенню якості сільськогосподарської продукції.

Агрохімія — галузь науки, яка вивчає кругообіг речовин  у системі «ґрунт — рослина  — добрива», а також їх вплив  на якість сільськогосподарської продукції  та проблеми охорони довкілля в зоні ведення аграрного сектора. Агрохімічні дослідження стосуються питань відтворення родючості ґрунтів, високоефективного використання мінеральних, органічних добрив, мікроелементів на фоні інших засобів хімізації, вивчення агрохімічної, економічної, енергетичної й екологічної ефективності добрив, їх фізико-хімічних та агрохімічних властивостей, організації системи хімізації галузей АПК та управління агроценозами.

Основні розділи  агрохімії:

• живлення рослин, хімія ґрунту і добрив
• взаємодія добрив з ґрунтом та мікроорганізмами
• застосування добрив під окремі рослини
• система удобрення в сівозміні
• методика агрохімічних досліджень
• хімічні засоби боротьби з бур'янами, хворобами та шкідниками сільськогосподарських культур

Азот — газ без кольору, запаху, смаку; складається з двоатомних молекул N2. За нормальних умов 1 л азоту важить 1.25046 г, критична t° дорівнює —147,16°, малорозчинний у воді. При звичайних умовах азот хімічно малоактивний; при високих температурах і тиску, при наявності каталізаторів азот утворює сполуки з воднем, металами, киснем та ін. В природі азот існує як головна складова частина повітря (75.5% за вагою), у формі нітратів і солей амонію; входить до складу вугілля, нафти, алкалоїдів, білкових речовин. Азот повітря використовують у виробництві аміаку, азотної кислоти, добрив.

Загальний вміст азоту  в земній корі становить 1·10-2 % за масою. Основна його маса знаходиться в  повітрі, у вільному молекулярному  вигляді — N2. Сухе повітря містить в середньому 78,09% за об'ємом (або 75,6% за масою) вільного азоту. У відносно малих кількостях вільний азот знаходиться в розчиненому стані у водах океанів. В вигляді сполучень з іншими елементами (зв'язаний азот) входить в склад всіх рослинних і тваринних організмів.

Потужні родовища азоту  у вигляді так званої чилійської селітри відомі лише в Чилі (Південна Америка). Крім того, невеликі кількості  азоту містяться в ґрунті, головним чином у вигляді органічних сполук і солей нітратної кислоти.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 1

Проблема азоту  в землеробстві та охорона навколишнього середовища

 

Азот - надзвичайний елемент  природи. Своєрідні та досить суперечливі  властивості цього елемента сформували його назву. Відомий хімік Антуан Лоран Лавуаз'є сказав якось, що слово "азот" означає "нежиттєвий", тобто такий, що не підтримує горіння та дихання. Відомо, що азот інертний, тобто важко вступає в реакцію з іншими елементами і навіть із киснем. З одного боку, ця властивість азоту дорого обходиться людству, оскільки потребує значних затрат для створення життєво необхідних сполук. З другого, - інертність азоту запобігає його взаємодії з киснем в атмосфері, де його вміст становить 75,6%, що рятує флору й фауну планети від кислотних дощів. Співвітчизник вченого Лавуаз'є, хімік Шапталь лукаво запропонував назвати азот латино-грецькою назвою "нітрогеніум", що значить "селітру народжуючий". Слід зазначити, що відтоді, як академік Д. М. Прянишніков відкрив теорію азотного живлення, азот атмосфери і водень природного газу стали основою синтезу аміаку, із якого виробляють азотну кислоту, а в подальшому з цих двох речовин - усі селітри та інші азотні добрива.

Азот має надзвичайно  велике значення в промисловості, медицині, сільському господарстві, навіть у  мистецтві. Та вирішальну фізіологічну роль цей макроелемент відіграє в житті рослин. Він є основою синтезу білка, а білки - це основа життя. Життєдіяльність рослин і будь-якого іншого живого організму неможлива без таких білкових речовин, як ферменти, вітаміни, пігменти, в синтезі яких бере участь азот.

В агрономічній практиці азот називають елементом росту. І це справді так, оскільки всі  ростові процеси, фотосинтез, обмін  речовин були б неможливі без  участі цього елемента, бо він формує врожай і його якість. Зовнішні ознаки нестачі азоту проявляються в зниженні темпів росту: листки дрібні, світло-зелені, швидко жовтіють, стебло тонке, слабо розгалужене.

Рослина споживає азот переважно  з грунту. Вміст азоту в грунті коливається від 0,05 до 0,50%, а запаси орного шару - 1,5-15 т/га. Як вміст, так і запас азоту залежать від типу грунту й, зокрема, вмісту гумусу (вміст азоту в гумусі становить близько 5%). Якщо вважати, що винесення азоту основними сільськогосподарськими культурами перебуває в межах 60-200 кг/га, то можна припустити, що запасів азоту в грунті вистачить на сотні років. Однак це далеко не так. Основна (98-99%) частина азоту грунту представлена органічними сполуками, з яких рослина безпосередньо його споживати не може. Для його мінералізації й переходу в простіші доступні для рослин форми потрібні час і певні умови. І тільки 1-2% загального азоту грунту міститься в мінеральних формах, доступних для живлення рослин.

Мінеральний азот грунту представлено обмінним амонієм, який поглинутий грунтовими колоїдами. Ця форма азоту нерухома в грунті й не піддається промиванню в грунтовому профілі. Основні джерела надходження цієї форми азоту в грунт - внесення добрив і процес амоніфікації (мінералізація рослинних решток, відмерлих живих організмів, що населяють грунт, органічних добрив).

Для мінерального азоту використовують нітратну й нітритну форми, які перебувають у вигляді розчинних солей у грунтовому розчині. Агрономам-технологам слід пам'ятати, що ця форма азоту дуже динамічна й може легко промиватися горизонтально та вертикально в грунті. Така дія нітратів сприяє втратам азоту із шару грунту, в якому міститься активна зона кореневої системи, а також забрудненню грунтових вод. Особливо активно відбувається промивання нітратів на грунтах із легким гранулометричним складом і тих, що не зайняті рослинністю. На легких грунтах внесення всіх азотних добрив із основного періоду слід переносити на весну.

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 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.

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.