Трансформація азоту в ґрунті і методи його регулювання

Ефективність азотних добрив значно підвищується за високої забеспеченості рослин фосфором і калієм.

Азотні добрива передусім  вносять під найцінніші культури: озимі зернові, кукурудзу, цукрові  буряки, льон, картоплю, соняшник, плодові  й овочеві культури. Норма азоту для різних культур залежить від способу внесення добрива, родючості та вологості грунту, величини запланованого врожаю, попередника. Чим вищий запланований врожай і нижча родючість грунту, тим більше азотних добрив треба вносити.

Як вже зазначалося, найпоширенішими серед азотних добрив є аміачна селітра і сечовина. Однак слід пам`ятати, що аміачна селітра – добриво фізіологічно кисле і половина азоту в ній міститься у нітратній формі, яка при основному внесенні за осіньо-зимовий період може втрачатися. Це добриво вогне- і вибухонебезпечне. Сечовина більш концентрована, з грунту не втрачається, має м`якшу фізіологічну реакцію, добре розчиняється у воді, не гігроскопічна, не злежується, добре розсівається. Позитивним є те, що азот із сечовини засвоюється поступово і не залишає в грунті побічних речовин. Це добриво всебічного використання.

Ефективним заходом  для зниження втрат азоту та усунення можливого забруднення продукції  рослинництва є застосування інгібіторів  нітрифікації.

Усі рідкі азотні добрива  треба вносити із наступним загортанням у грунт. Під час роботи з цими добривами слід дотримуватися правил техніки безпеки.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 3

Процеси надходження і витрат азоту в ґрунті та його вплив на навколишнє середовище

 

Господарський баланс враховує загальні непродуктивні витрати азоту добрив і не розкриває структури витрат та питомої маси їх у біомасі. Непродуктивні витрати азоту представлені в основному газоподібними і витратами від вимивання. Перші пов'язані з мікробіологічними процесами денітрифікації, амоніфікації та нітрифікації з виділенням NН3, N2, N2О, NО.

Непродуктивні витрати  азоту на чорноземних ґрунтах  становлять у середньому 15%, а на дерново-підзолистих — 20% від азоту, внесеного з мінеральними добривами. У конкретних умовах цей показник може бути інший. При складанні балансу азоту спочатку потрібно записати, скільки його надійшло в ґрунт з мінеральними добривами, а потім вирахувати відсоток витрат і записати у відповідну графу. Наприклад, під цукрові буряки внесено 150 кг/га азоту. При витратах 20% від внесеного азоту, вони становлять 30 кг азоту на 1 га. При розробці балансу фосфору і калію визначають лише винос їх урожаєм.

Статті надходження  поживних речовин у землеробстві господарства в основному представлені надходженням їх у ґрунт з органічними і мінеральними добривами, внесеними під окремі культури. При розрахунках кількості поживних речовин, які надійшли в ґрунт з органічними добривами, потрібно використовувати дані наукових установ. Для обліку кількості поживних речовин, що внесені в ґрунт з мінеральними добривами, використовується книга історії полів, звіти, агрономічний паспорт поля.

У балансових розрахунках  повинно враховуватися також  надходження в ґрунт поживних речовин із насінням. Коефіцієнт використання елементів живлення з насіння, як правило, вищий ніж із добрив і ґрунту. Вираховують цю статтю надходження на основі поняття норми висіву культури в господарстві або за даними довідника і відсоткового вмісту азоту, фосфору і калію в насінні за даними найближчої дослідної установи чи довідника.

 

Деяка кількість азоту  може надходити на сільськогосподарську площу з атмосферними опадами  переважно в аміачній формі. Звітрюється  він у повітря внаслідок мікробіологічних процесів, що відбуваються на поверхні ґрунту, та в меншій кількості — у нітратній формі, яка утворюється внаслідок грозових розрядів. Установлено, що в середньому з опадами щорічно надходить азоту на 1 га: в Поліссі — 5 кг, у Лісостепу — 10, у Степу — 4 кг. У районах з високою кількістю опадів і в промислових районах із збільшенням забруднення повітря і мінералізації атмосферних опадів надходження мінерального азоту може значно зростати. У масштабах країни з насінням і атмосферними опадами в середньому може надходити в ґрунт не менше 8 кг/га азоту щорічно.

Кількість азоту, яка надійшла у ґрунт з атмосфери за рахунок фіксації бульбочковими бактеріями в симбіозі з бобовими культурами, визначається рядом факторів. Різні бобові культури характеризуються неоднаковою азотфіксуючою здатністю. Чим вищий урожай, тим більша кількість азоту повітря фіксується бобовою культурою. Значний вплив на розміри фіксації азоту атмосфери спричинюють умови вирощування культури (вологість, температура, реакція ґрунтового розчину, вміст у ґрунті поживних речовин тощо). За даними І.М. Захарченка та ін. (1977), багаторічні трави (еспарцет, люцерна і конюшина) використовують атмосферного азоту 70-75%, горох — 40-50%, люпин, кормові боби — 60-65% від загального азоту в біомасі. Кількість азоту в біомасі бобових культур визначається врожаєм культур і величиною кореневої системи. За рік в урожаї багаторічних трав (конюшина, люцерна) нагромаджується 150-300 кг, люпину, сої — 100-200 кг, гороху, кормових бобів, вики, квасолі — 50-100 кг азоту на гектар.

При розрахунках балансу азоту враховують також його надходження із атмосфери внаслідок фіксації вільноживучими мікроорганізмами (бактерії, актиноміцети, дріжджові плісняві гриби). Розміри несимбіотичної фіксації азоту атмосфери залежать від наявності в ґрунті органічної речовини, реакції ґрунтового розчину, кількості внесених органічних і мінеральних добрив, зволоження тощо. При складанні господарського балансу можна використовувати такі розміри несимбіотичної фіксації азоту атмосфери: у ґрунтах Полісся — 5 кг, Лісостепу — 10, Степу — 8 кг на 1 га.

Визначають суму статей витрат та надходження елементів живлення для окремих культур на 1 га, потім — для всієї площі в ц і підраховують витрати і надходження елементів живлення на всю площу по господарству.

Показники балансу. Баланс елементів живлення в землеробстві господарства, сівозміні або у вирощуванні окремих культур характеризується такими показниками:

1. баланс , ц;

2. баланс , кг на 1 га;

3. баланс , % до виносу;

4. інтенсивність балансу, %.

 

1. Різниця між витратами  елемента живлення (ц) з площі  під культурою сівозміни або ріллі господарства і надходження цього ж елемента (ц) на відповідну площу дає баланс у ц.

2. Баланс кг на 1 га  по культурі, сівозміні або по  господарству в середньому одержують діленням балансу (ц) на відповідну площу.

3. Баланс елементів живлення у відсотках до виносу можна визначити для окремої культури або групи культур, сівозміни і господарства. Для вирахування балансу у відсотках щодо виносу використовують дані по виносу елементів живлення врожаєм та їх надходження в ґрунт у центнерах на всю площу або в кілограмах на 1 га. Баланс у відсотках до виносу (Б) вираховують за   формулою : Б КГ = П NPK - У NPK,

ІБ% = П NPK * 100 / У NPK

 де Б КГ - баланс елементів живлення, кг / га (± до виносу);

 ІБ% - інтенсивність  балансу елементів живлення,% (± до виносу);

 У NPK  - Винос елементів живлення з урожаєм, кг / га;

 П NPK - надійшло елементів живлення з добривами, кг / га д. в.;

 

При визначенні балансу  азоту можна використовувати  показник "витрати" його із ґрунту (винос + витрати азоту).

Баланс у відсотках  до виносу показує, на скільки відсотків  надходження елемента живлення в  ґрунт більше або менше виносу його врожаєм із ґрунту.

Показник інтенсивності  балансу може бути використаний на всіх рівнях хімізації. Аналіз показників дозволяє зробити висновок про стан використання добрив у господарстві; наскільки застосування добрив забезпечує винос поживних речовин урожаями сільськогосподарських культур у цілому по господарству або окремими культурами (цукровими буряками, озимою пшеницею, картоплею тощо); під які культури з добривами вноситься більше поживних речовин у ґрунт, ніж виноситься врожаями; які культури вирощуються при дефіцитному балансі головних елементів живлення.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РОЗДІЛ 4      

Процеси перетворення азоту в ґрунті

 

Біосфера складається  з двох сполучених «резервуарів»  з азотом — величезного (в ньому  знаходиться азот, що міститься в атмосфері і океанах) і зовсім маленького (в ньому знаходиться азот, що міститься в живих істотах). Між цими резервуарами є «вузький прохід», в якому азот тим чи іншим способом зв'язується (близько 100 млн тон щорічно). Азот у формі неорганічних сполук, таких як нітрати у ґрунті, абсорбується рослинами і перетворюється на органічні сполуки у тканинах рослин. Частина цього азоту, яким живляться травоїдні тварини, потрапляє до хижаків, які харчуються травоїдними. У нормальних умовах азот з навколишнього середовища потрапляє через цей прохід в біологічні системи і повертається в навколишнє середовище після загибелі біологічних систем до ґрунту у вигляді екскрементів чи мертвих організмів. Там він під впливом бактерій, переходить у неорганічну форму. Лише 4 млн тонн міститься в тканинах рослин і тварин — усе інше накопичується в розкладаючих мікроорганізмах і врешті-решт повертається в атмосферу. Деякі біктерії, азотфіксатори, здатні фіксувати атмосферний азот.

Загалом, кругообіг азоту  складається з хімічних реакцій  у повітрі (окислення є домінуючим) і з хімічних реакцій в біосфері: в рослинах та мікроорганізмах в  ґрунті (окислення або відновлення). Для росту рослинам необхідні сполуки азоту. У природі азот може бути у формах, засвоюваних рослинами (таких як нітрати або з'єднання амонію) або такими, що не засвоюються (таких як молекулярний азот або оксид азоту (N2O)). Протягом фіксації азоту або його денітрифікації відбувається обмін між обома формами.

Фіксація азоту

Фіксація азоту —  процес засвоєння рослинами сполук азоту з повітря (головним чином  з молекулярного азоту, N2). Фіксація азоту можлива багатьма бактеріями і ціанобактеріями. Вони живуть або в ґрунті, або в симбіозі з рослинами, або з декількома різновидами тварин. Наприклад, родина бобових рослин (Fabaceae) містить такі бактерії на своїх коріннях. Продукти фіксації азоту — аміак (NH3), нітрити або нітрати. Фіксація азоту є процесом, протилежним денітрифікації.

Нітрифікація

Нітрифікація є другим кроком фіксації азоту. Якщо аміак —  первинний продукт фіксації азоту, то перехід аміаку в нітрити і  нітрати (нітрифікуючими бактеріями) —  нітрифікація.

Денітрифікація

Денітрифікація є процесом розкладання нітрату з отриманням азоту. Ця ланка перетворень азоту в біоценозі виконується денітрифікуючими мікроорганізмами (паличкоподібна бактерія (Pasterellaceae), псевдомонас (Pseudomonas) й інші), які при засвоєнні переходять від кисню до нітрату, особливо в недостатньо провітрюваних ґрунтах. Процес денітрифікації може призвести до кількох проміжних продуктів. Найбільш важливий — закис азоту (N2O), довгоживучий парниковий газ. Гази повертають азот в атмосферу.

Асиміляція

Засвоювані сполуки  азоту можуть накопичуватися в ґрунті в неорганічної формі (нітрат) або можуть бути включені в живий організм як органічний азот. Асиміляція і мінералізація визначає поглинання сполук азоту з ґрунту, об'єднання їх у біомолекули рослин й конверсію в неорганічний азот після відмирання рослин, відповідно. Асиміляція — перехід неорганічного азоту (типу нітрату) в органічну форму азоту як, наприклад, амінокислоти. Нітрат переходить за допомогою ферментів спочатку в нітрит (редуктаза нітрату), потім у аміак (редуктаза нітриту). Аміак входить до складу амінокислот.

Мінералізація

Мінералізація (амоніфікація) це процес, протягом якого редуценти, такі як земляні хробаки, терміти, слимаки, равлики, бактерії і гриби перетворюють органічний азот відмерлих рослин в  неорганічні форми. Перший крок це формування аміаку і його солей. Асиміляція і мінералізація є протилежними процесами.

 

        У результаті природних процесів зв'язується від 100 до 150 млн тон азоту на рік. Найважливіші шляхи природного виробництва оксидів азоту — це окислювальні процеси при високих температурах, якими можуть бути:

Високі температури  лісових пожеж.

         Окислення молекулярного азоту (інертного в нормальних умовах) при виверженнях вулканів.

         Спалахи блискавок, які відбуваються близько ста разів на планеті кожну секунду. Електричний розряд нагріває атмосферу навколо себе, азот з'єднується з киснем (відбувається реакція горіння) з утворенням різних оксидів азоту. Ця досить видовищна форма зв'язування охоплює лише 10 млн тонн азоту на рік.

Головними продуктами таких процесів є оксид азоту (NO) і діоксид азоту (NO2), а після подальших реакцій — азотна кислота (HNO3). Певні концентрації оксидів азоту призводять до формування озону за допомогою сонячного світла і емісії вуглеводнів.

Щоб поліпшувати умови вирощування зернових та інших сільськогосподарських культур, в ґрунт вносяться азотовмісні добрива. Недолік азоту часто стримує ріст рослин, і фермери для підвищення врожайності купують штучно зв'язаний азот у вигляді мінеральних добрив. Це можна назвати технічної фіксацією азоту, що базується, наприклад, на синтезі аміаку в процесі Габера-Боша. Технологією зв'язування азоту в промислових масштабах ми зобов'язані військовим. У Німеччині перед Першою світовою війною був розроблений спосіб отримання аміаку для потреб військової промисловості. Виробництво азотовмісних добрив дуже збільшилося за останні десятиліття. Тепер для сільського господарства кожен рік виробляється трохи більше 80 млн тонн зв'язаного азоту (зауважимо, що він вживається не тільки для вирощування харчових культур, а також для удобрення приміських галявини і садів). Подальше збільшення фракції закису азоту (звеселяючий газ) в повітрі, перш за все, наслідок вживання азотних добрив.