Круговорот и баланс азота в земледелии.

Соединения минерального азота в почве очень подвижны и динамичны. Их содержание и трансформация являются результатом многочисленных физических, физико-химических и биологических процессов круговорота азота. В естественных биоценозах происходит замкнутый цикл круговорота. Он включает приходные статьи: поступление азота с растительным опадом, остатками корней, экскрементами и останками животных; биологическую фиксацию атмосферного азота микроорганизмами, поступление NO₃ и NH₄ с атмосферными осадками, и, соответственно, расходные: использование растениями, инфильтрация и денитрификации, потери в результате водной и ветровой эрозии.

Соотношение приходных и расходных величин в круговороте азота составляет баланс этого элемента. Если расход превышает накопление, баланс будет отрицательным, в противоположном случае – положительным, если же обе величины равны – баланс нулевой (уравновешенный), он характерен для природных биоценозов. В процессе освоения земельных участков уравновешенный баланс нарушается: потери значительно превышают поступление, и почва обедняется данным элементом. В такой ситуации внесение азотных удобрений и навоза может ликвидировать дефицит в азотном балансе почвы и создать условия для сохранения и повышения её плодородия. Это одно из важнейших условий интенсивного земледелия

(Б.А. Ягодин, 2004).

Трансформация азота удобрений в почвах и его использование растениями.

Почти все азотные удобрения хорошо растворимы в воде. Нитратные формы передвигаются в почве вместе с почвенной влагой и никаким видом поглощения, кроме биологического не связываются. Аммиачные и аммонийные формы при внесении в почву поглощаются её ППК и переходят в обменно-поглощённое состояние, в дальнейшем при благоприятных для процессов нитрификации условиях они трансформируются в нитраты и приобретают все их свойства. Таким образом, почти все азотные удобрения изначально, или в процессе нитрификации накапливаются в почве в форме нитратов, которые, в свою очередь подвергаются процессам денитрификации. Они протекают почти во всех почвах, и основные потери азота, составляющие 20 – 30% от внесённого, связаны именно с ними. Являясь причиной наиболее значительных потерь азота из почвы, с агрономической точки зрения процессы денитрификации могут быть оценены как негативные, однако с экологической точки зрения они могут играть и позитивную роль, т.к. «освобождают» почву от неиспользованных растениями нитратов и ограничивают их поступление в водоёмы и дренажные воды. В процессе жизнедеятельности микроорганизмов часть азота удобрений в почве трансформируется в органические неусвояемые для растений формы. Установлено, что в результате процесса иммобилизации около 10 – 12% азота нитратных и 30 – 40% аммонийных, аммиачных и амидных удобрений закрепляется в почве в органической форме

(Д.А. Сабинин, 1955).

Ранее полагали, что растение использует в год внесения азотных удобрений 60 – 70% содержащегося в них азота, в последствии же выяснилось, что весь внесённый в почву азот удобрений расходуется за один вегетационный период: часть используется растениями, часть иммобилизуется, и часть безвозвратно теряется (Б.А. Ягодин, 2004).

Эффективность азотных удобрений и способы снижения потерь.

Сбалансированное применение азотных удобрений существенно повышает содержание витаминов в растениях, увеличивает содержание аскорбиновой кислоты, каротина, тиамина, рибофлавина и миозина. Нитратная форма в большей степени способствует накоплению аскорбиновой кислоты, чем аммонийная

(Д.А. Филимонов, 1978).

 Повышение эффективности азотных удобрений связано с увеличением продуктивного использования азота растениями и снижения его безвозвратных потерь. Решается это за счёт совершенствования агротехнических и мелиоративных мероприятий и за счёт оптимизации условий питания растений:

Применение оптимальных доз и форм удобрений с учётом биологических особенностей растений, свойств самих удобрений и почвенно-климатических условий.

Приближение сроков внесения удобрений к периоду интенсивного потребления азота растениями с учётом их биологических и сортовых особенностей.

Использование ингибиторов нитрификации – препаратов, угнетающих жизнедеятельность нитрифицирующих бактерий и обеспечивающих сохранение азота в аммонийной форме.

Внедрение новых форм медленнодействующих азотных удобрений с контролируемой скоростью высвобождения азота

(Б.А. Ягодин, 2004).

Глава 2.

Характеристика азотных удобрений.

В зависимости от формы соединения азота все азотные удобрения можно разделить на виды:

Аммиачные – азот в форме свободного аммиака;

Аммонийные – азот в виде иона аммония, связанного с какой-либо кислотой;

Нитратные - азот в окисленной форме, в виде солей азотной кислоты;

Аммонийно-нитратные – азот присутствует одновременно в аммонийной и в нитратной формах;

Амидные – азот находится в органической форме в виде амидов.

Аммиачные удобрения.

В качестве жидких аммиачных удобрений применяют жидкий (безводный) и водный (аммиачная вода) аммиак. Жидкий аммиак – самое концентрированное безбалластное удобрение, он содержит 82,3% азота. Водный аммиак – раствор аммиака в воде, содержащий 20 – 25% аммиака, выпускают 2 сорта: первый содержит 20,5% азота (25% аммиак), второй – 16,4% (20% аммиак).

Жидкие аммиачные удобрения имеют ряд преимуществ перед твёрдыми: производство проще и дешевле, все процессы, связанные с погрузкой, выгрузкой и применением полностью механизированы, они более равномерно распределяются в почве, не обладают такими отрицательными свойствами твёрдых, как слёживаемость и расслоение.

    Азот таких удобрений находится в основном в форме свободного аммиака, и только незначительная часть в виде катиона NH₄⁺. Это определяет их отличие от твёрдых нитратных и аммонийных удобрений не только по физическим, но и по агрохимическим свойствам. Внесённый в почву жидкий аммиак превращается в газ, который адсорбируется почвенными коллоидами и поглощается почвенной влагой, образуя гидроксид аммония. Он взаимодействует с анионами почвенного раствора и даёт разные соли и, вступая во взаимодействие с почвенными коллоидами, поглощается твёрдой фазой почвы. Удержание аммиака зависит от общей ёмкости поглощения, механического состава, влажности, структуры почвы, содержания и состава гумуса, реакции среды, а так же от глубины и способа заделки. На тяжёлых, богатых органическим веществом почвах нормального увлажнения аммиак поглощается лучше, чем на лёгких, бедных гумусом (Б.А. Ягодин, 2004).

Жидкие азотные удобрения применяются в качестве основного удобрения под все культуры. Вносить их можно как весной, под посев яровых и в подкормку пропашных, так и осенью, под посев озимых хлебов, однако при этом следует учитывать гранулометрический состав т.к. на лёгких почвах это сопряжено с возможной потерей аммиака, т.к. часть его не будет адсорбироваться ППК. Учитывая локальность размещения аммиака, применять их следует при расстановке подкормочных сошников под полевые культуры сплошного сева на 25 см, а на лугах и пастбищах – 35 см. По мере нитрификации образующиеся нитраты передвигаются с почвенной влагой в зону, доступную для корней. Её интенсивность зависит от свойств почвы – в чернозёмах и окультуренных дерново-подзолистых она происходит быстрее, чем в кислых подзолах. По агрономической эффективности жидкие азотные удобрения не уступают твёрдым. В некоторых случаях жидкий аммиак может быть более эффективен, в частности, на лёгких почвах в условиях орошения или в увлажнённых районах (Д.А. Кореньков, 1958).

 Растворы азотосодержащих солей в концентрированном водном аммиаке называются аммиакатами. В качестве компонентов чаще всего используют мочевину, аммиачную и кальциевую селитру, к ним также относятся углеаммиакаты, получившие большое распространение в нашей стране – водные растворы карбоната, бикарбоната аммония и мочевины, содержащие 4 – 7% свободного аммиака и 18 – 35% общего азота. Все аммиакаты очень разнообразны как по общему содержанию азота, так и по соотношению его различных форм, и, в связи с этим, разнообразны по физическим свойствам, удельному весу, температуре, кристаллизации и т.д. По степени упругости паров их разделяют на 2 группы: с умеренной упругостью (0,2 – 0,7 атм) содержат 35 – 40% азота и с повышенной (0,7 – 3,6 атм) – 40 – 50% азота.

По действию на урожай они равноценны твёрдым азотным удобрениям. При их внесении необходимо соблюдать глубину заделки в почвах разного гранулометрического состава. Также следует учитывать, что диффузия аммиака в почве не превышает 8 – 10 см, поэтому расстояние между сошниками следует устанавливать не более 20 – 25 см, а при подкормке пропашных расстояние между ними устанавливается по ширине междурядий (Ф.В. Турчин, 1957).

Аммонийные удобрения.

К аммонийным удобрениям относят углекислые соли аммония его сульфат (20,5% азота) и хлорид (24 – 25 %).

     Внесённые в почву аммонийные удобрения быстро растворяется и ион NH₄ входит в ППК, а в раствор переходит эквивалентное количество вытесненных катионов. Переходя в обменно-поглощённое состояние, ион аммония теряет подвижность, поэтому, в условиях промывного водного режима он не вымывается из почв и хорошо усваивается растениями. В дальнейшем из-за нитрификации аммонийный азот переходит в нитратную форму, (скорость перехода зависит от наличия необходимых для этого процесса условий (температура, влажность, аэрация, реакция почвы, степень окультуренности почвы)), в почве образуется азотная кислота, освобождается соляная или серная. В почве они нейтрализуются. Нейтрализация сопровождается использованием бикарбонатов почвенного раствора и вытеснением оснований из ППК водородом, это повышает кислотность почвы. Однократное внесение аммонийных удобрений может не повлиять на кислотность, однако, их постоянное применение сопровождается заметным подкислением. Изменение реакции почвы от внесения сульфата аммония вызывается и его физиологической кислотностью. Из сернокислого аммония растения быстрее поглощают катионы, а в почве накапливаются кислотные остатки, которые подкисляют её. Особо заметно подкисление наблюдается на дерново-подзолистых почвах при систематическом внесении удобрений (А.В. Владимироров, 1934).

Эффективность использования аммонийных удобрений зависит, в первую очередь от степени кислотности, буферности почв и биологических особенностей сельскохозяйственных культур: растения менее чувствительные к кислой реакции слабее реагируют на подкисление почвы. Их вносят преимущественно до посева в качестве основных, причём вносить можно весной и осенью, не опасаясь вымывания азота. Вносить следует под культуры, менее чувствительные к кислой реакции почвы, т.к. они слабее реагируют на подкисляющее действие, в отличие от чувствительных культур, которые будут страдать при многократном применении аммонийных удобрений (П.А. Баранов, 1961).

Нитратные удобрения.

К этой группе относят удобрения, содержащие азот в нитратной форме – натриевая и кальциевая селитры – NaNO₃ (16 – 16,5% азота), Ca(NO₃)₂. Их можно повсеместно применять на разных почвах и под все культуры. При внесении в почву селитры быстро растворяются, катионы Na⁺ и Ca⁺ вступают в обменные реакции с ППК и переходят в обменно-поглощённое состояние. Анион NO₃ образует с вытесненными из ППК катионами растворимые соли или азотную кислоту. Он может связываться в почве только путём биологического поглощения, что наблюдается в тёплое время года, поэтому нитратные формы удобрений не следует вносить осенью, особенно в районах с промывным водным режимом, кроме того, нитраты долго сохраняют высокую подвижность в почве и в условиях влажного климата могут легко вымываться. Это следует учитывать при использовании нитратных форм удобрений, поэтому их предпочтительно применять весной под предпосевную культивацию и в подкормки растений во время вегетации. Натриевую селитру можно вносить и в рядки с семенами, особенно благоприятно она действует на корнеплоды и, в частности, на сахарную свёклу, а кальциевая хорошо подходит для подкормки озимых. Данные удобрения являются физиологически щелочными, т.к. часть катионов Na и Ca остаются в почве и подщелачивают её. Длительное применение селитр на кислых дерново-подзолистых почвах оказывает нейтрализующее действие, систематическое внесение на лёгких почвах заметно снижает их кислотность. Поэтому на дерново-подзолистых почвах они более эффективны, чем физиологически кислые аммиачные удобрения. Но на чернозёмах они теряют своё преимущество, также не рекомендуется вносить натриевую селитру на солонцах и засолённых почвах (Д.А. Филимонов, 1976).