НОВОСТИ

Азот как биогенный элемент

ТЕГИ:

Рэймонд С. Ворд, почвовед и основатель Лаборатории Ворда в Кирни, США

Атомы азота — неотъемлемая составляющая растительного белка, хлорофилла, дезоксинуклеиновой кислоты, ферментов и многих других важных для роста растений компонентов. Корни растений усваивают азот в нитрате (NO3) и аммонии (NН4+) в ионных формах.

Доминирующей молекулой является нитрат. На начальной стадии роста растений аммоний более предпочтителен, но с ускорением роста увеличивается спрос на азот, растения потребляют большее количество его в нитрате. Вносимый объем азотного удобрения зависит от способности растений потреблять азот. «Бассейн» доступного источника азота включает:

1)  источники органического азота, такие как органические удобрения животного происхождения, остатки сточных вод, а также компост и почвенные органические вещества (ОВ);

2)  азотфиксирующая бактерия (к примеру, Rhizobia), которая ассоциируется с бобовыми растениями;

3)  свободные азотфиксирующие микробы;

4)  азотные удобрения;

5)  фиксированный почвенный аммоний.

Все эти источники азота со временем превращаются в нитраты.

Эффективность азотных удобрений может быть высокой при использовании no-till

Поскольку азот, потребляемый растениями, чаще всего выступает в форме нитрата, измерение объема остатков нитрата в корневой зоне перед посевом некоторых небобовых культур является важным моментом при определении потребности в азоте. Проверки на наличие остатка нитрата — хороший способ определения доступности нитрата на большой территории, где вымывание нитрата минимально. Исключение составляют почвы, склонные в высолаживанию и денитрификации. Нитрат — это растворимое вещество, следовательно, он очень мобилен в почвенной воде. На территории, где осадков выпадает достаточное количество для того, чтобы вода просочилась глубже корневой зоны до или во время вегетационного сезона, проверка наличия остатков нитрата на содержание доступного азота может быть неточной. В почвах с плохим дренажом, которые какое-то время остаются влажными, нитрат может испариться в процессе денитрификации.

Объем азотного удобрения, который необходимо внести в почву, зависит от многих факторов. Во-первых, следует узнать характеристики той культуры, которую собираются высевать, а именно: какая потребность культуры в азоте на один сезон и какой потенциал урожайности? Минерализация почвенного органического азота — это важный фактор: высокая степень минерализации снизит потребность в азотных удобрениях. Минерализация почвенного органического азота обуславливается погодными условиями (влажностью, температурой) в равной степени, как и количеством и характеристиками почвенных органических веществ. Наличие бобовых культур в севообороте на время снизит уровень минерализации. Достаточное содержание азота в предыдущих небобовых культурах уменьшит соотношение С:N и ускорит процесс минерализации этих остатков. Как только потребности растений и минерализация будут определены, установленное количество почвенного нитрата можно вычесть из того объема азотного удобрения, который будет вноситься.

Атомы азота - неотъемлемая составляющая многих важных для роста растений компонентов

Источники азотных удобрений

При выборе источника азотного удобрения фермеру следует учесть испарение, иммобилизацию, а также доступность азотного удобрения. В большинстве исследований, уделяющих внимание вопросу, как избежать потерь азота, все источники азотного удобрения используются в одинаковых пропорциях на гектар и влияют на урожай в одинаковой мере. Тем не менее, существует много ситуаций, когда один из источников азота является более предпочтительным.

На протяжении многих лет использовались различные источники азотного удобрения: растворы мочевино-аммониевого нитрата (КАС) (28-0-0 и 32-0-0), мочевина (46-0-0), аммониевый нитрат (82-0-0) и сульфат аммония (21-00-24). Эти азотные удобрения образуются из безводного аммиака (NH3). В свою очередь, NH3 образуется путем объединения азота (из воздуха, 78% атмосферы — газообразный азот, N2 с природным газом под воздействием высокой температуры и давления. Требуется примерно 26,000 британских тепловых единиц энергии, чтобы сформировался 0,45 кг NH3, таким образом, стоимость азотных удобрений очень зависима от стоимости энергии. NH3 принимает жидкое состояние при температуре -28 °С и нормальном атмосферном давлении. Он будет оставаться в жидком виде при более высокой температуре, если давление будет повышенным. Для рентабельного хранения и эксплуатации (чтобы использовать в с/х целях) NH3 необходимо содержать в жидком состоянии и под давлением.

Из NH3 также могут образовываться и другие удобрения. Безводный аммиак обрабатывается платиновым катализатором для того, чтобы он перешел в азотную кислоту (HNO3). Для образования нитрата аммония (NH4NO3)  к азотной кислоте добавляется NH3. Мочевина (СО(NН3)2) появляется в результате взаимодействия NH3 и углекислого газа (СО2). Как результат реакции NH3 и серной кислоты образовывается сульфат аммония. Взаимодействие NH3 и фосфорной кислоты приводит к образованию различных фосфат-аммониевых удобрений.

До 1970-х годов в США наиболее используемым источником азотных удобрений был безводный аммиак. За последние десятилетия увеличилось использование растворов КАС и мочевины. Безводный аммиак следует вносить в почву достаточно глубоко, чтобы избежать потери паров (давление на NH3 уменьшается, и он переходит из жидкого состояния в газообразное), борозда для внесения удобрений не должна быть шире сошника, чтобы предотвратить потери. Внесение NH3 может привести к еще большему разрушению структуры почвы, чем ожидают фермеры, применяющие технологию no-till. Если NH3 используется в качестве источника азотного удобрения в технологии no-till, сошники необходимо использовать только с тем ножом, который будет минимально повреждать почву. В настоящее время фермеры, применяющие технологию no-till, в основном прибегают к другим источникам азотных удобрений, чтобы избежать повреждения почвы.

Потребность азота максимальна во время интенсивного роста

Своевременность применения 

Оптимальное время внесения азотных удобрений зависит от: 1) характеристик впитывания азота культурами, 2) структуры почвы, 3) климата, а также 4) требующегося объема азота. Управление азотом проходит сложнее у растений с поверхностной корневой системой, выросших на песчаных почвах, чем у растений с глубокой корневой системой на суглинковых почвах. Потребление азота максимально во время интенсивного роста. Пшеница, к примеру, растет наиболее интенсивно и потребляет наибольшее количество азота в фазе выхода в трубку. Большее количество или же весь объем азотного удобрения необходимо вносить как можно раньше, чтобы микроорганизмы успели создать из азотного удобрения нитрат до пика роста. Из-за низкой температуры почвы замедляется переходный процесс, поэтому азотное удобрение лучше всего вносить приблизительно за три недели до начала стеблевания пшеницы или даже раньше.

Максимальное потребление азота происходит у кукурузы от V — 8 до кисточки, и, следовательно, наибольшее количество азота должно вноситься, по меньшей мере, за две недели до вышеуказанной фазы, чтобы обеспечить растения достаточным количеством селитры. При орошении определенное количество азота может вноситься через дождевальную установку, время каждого внесения должно быть рассчитано таким образом , чтобы это было за две недели до того, как культуре потребуется азот.

No-till сокращает опасность вымывания

Испарение

Многие фермеры, применяющие технологию no-till, обычно используют сухую мочевину азотного удобрения (46-0-0). Мочевина, внесенная в почву или на пожнивные остатки, при взаимодействии с водой и ферментной мочевиной быстро переходит в аммиак. Этот процесс известен как гидролиз мочевины. Если же аммоний (NH4) остается на пожнивных сухих остатках, он часто переходит в NH3. Поскольку NH3 — газ, он испаряется в атмосферу. Если же молекулы NH4 достигают почвенных частиц, газ остается в почве и не испаряется. Дождевых осадков или орошения достаточно для того, чтобы мочевина впиталась в почву.

Поскольку переход мочевины в аммоний является ферментной реакцией, уровень перехода постепенно увеличивается с повышением темпе-вносить на поверхность почвы, на которой применяется технология no-till, это хорошо делать во время холодных сезонов, когда вероятность выпадения осадков высока. Чем дольше мочевина остается на поверхности, тем больше шансов, что аммоний испарится, особенно в жарких условиях. Лучше вносить мочевину на сухие пожнивные остатки, так как активность действия уреазы замедляется, если воды недостаточно (смысл заключается в том, чтобы отсрочить переход мочевины в аммоний до того, как молекулы мочевины начнут соприкасаться с почвой, т. е. до выпадения осадков).

Для поверхностного применения сухую мочевину можно вносить в полосы или ленты, чтобы сократить соприкосновение с уреазой. Ленты должны быть 38 см для мелких зерновых и достаточно широкими для яровых культур. Мочевину также можно применять как стартовое удобрение, внося ее на 5-8 см в сторону от семени. Объем азота может варьироваться от 67-100 кг/га. Расстояние между удобрением и семенем должно быть обязательно, так как свободные NH3 и NH4, образованные из мочевины и других азотных удобрений, очень токсичны для семени и волокон сеянцев на определенных этапах.

Многие фермеры, применяющие технологию no-till, предпочитают один из растворов азота (жидких форм, существующих при нормальном давлении). Азотные растворы образуются путем перехода смеси из мочевины и нитрата аммония в жидкое состояние, которые содержат приблизительно половину мочевины и половину нитрата аммония (в результате образуется КАС). Значение выпадения NH3 из КАС такое же, как и для сухой мочевины, не учитывая того случая, если половина источника — мочевина (пропорция испарению). И снова растворы КАС могут вытекать, замедляя активность уреазы. Расстояние между потоками должно быть таким же, как для полос сухой мочевины. КАС, который разбрасывают, менее эффективен, чем КАС, который вливают или разбрасываемой мочевины, из-за того, что у разбрасываемых веществ контакт с уреазой и пожнивными остатками лучше. При соприкосновении азотного удобрения с пожнивными остатками может наблюдаться иммобилизация, которая, в основном, происходит из-за микробов, которые питаются на пожнивных остатках, получивших азот до того, как он попал в почву. До полного исчезновения азота культура не может получить доступ к этому азоту, пока не произойдет последующее разложение пожнивных остатков. Поверхностные остатки, такие как пшеничная солома или стерня кукурузы, могут иммобилизовать большое количество азота, поступающего от разбрасывания КАС.

Кукуруза начинает интенсивный рост, когда потребляет большое количество азота. Это поле получило необходимое количество азота, вносимого сошником 3x0; плюс очень маленькое количество азота и фосфора вносилось в семенную борозду (по технологии внесения удобрений вместе с семенами). Это необходимо для обеспечения растений питательными веществами. Применение технологии no-till придало большой вес методу внесения удобрения вместе с семенами. Глубина внесения не имеет большого значения. Она должна быть достаточно глубокой, следовательно, сошник работает хорошо. Внесение можно проводить во время посева или в любое другое время.

Приблизительно от 0 до100% мочевины азот теряет в результате испарения (у других азотных удобрений нет значительных проблем с испарением NH3), часто потери минимальны. Но все же нельзя избежать потерь, если на протяжении длительного периода после внесения погодные условия неблагоприятны. Потери от испарения будут еще больше, если уровень рН поверхности почвы высокий. Другие факторы могут быть более значительными, чем испарение.

Потеря азота из-за вымывания

Кроме Nth испарения, потери азота могут происходить и по другим причинам:

1)  вымывание;

2)  денитрификация.

Вымывание — это опускание растворимого нитрата (NO3) в результате просачивания воды. Объем вымывания зависит от влагоудерживающей способности почвы и того количества воды, которое проходит сквозь почву5. Почва с высокой влагоудерживающей способностью может аккумулировать значительное количество воды до того, как вымытые нитраты окажутся ниже корневой зоны.

Внесение азотного удобрения должно быть своевременным, чтобы избежать потенциального вымывания нитратов ниже корневой зоны. В почвы с мелкой и средней текстурой, у которых высокая влагоудерживающая способность, азотные удобрения можно вносить в любое время до, вовремя или после посева, т.е. когда культуры испытывают потребность в удобрениях. На большей части территории Украины осадки выпадают как раз во время вегетационных периодов. Таким образом, вымывание минимально. Но там, где осадков выпадает больше, время внесения удобрений имеет большое значение для предупреждения вымывания.

В песчаных почвах риск опускания нитратов из-за просачивания воды ниже корневой зоны выше. Следовательно, время внесения азота должно быть согласовано с потребностью в нем растений. Небольшое количество азота может быть внесено с предпосевной программой и/или со стартовым удобрением. Оставшееся количество следует вносить перед тем, как культуры будут испытывать наибольшую потребность в азоте.  Улучшенная почвенная структура вследствие применения технологии no-till снижает риск вымывания нитрата благодаря поддержанию макропор. Под своей тяжестью вода может проникать в почву, быстро продвигаясь вниз по макропорам, а затем горизонтально выходить на поверхность. Вымывание наблюдается, в основном, когда вода движется под капиллярным воздействием и несет растворимые нитраты вниз. В результате горизонтального насыщения грунтовыми водами из макропор меньшее количество почвенного нитрата опускается вниз с просачивающейся водой. Применение технологии no-till также снижает риск вымывания путем улучшения влагоудерживающей способности почвы и более медленного увеличения уровня органических веществ.

Вынос и потребность азота

Денитрификация

Денитрификация наблюдается, когда определенная анаэробная почвенная бактерия потребляет в нитрате (NO3) кислород для поддержания собственной жизненной силы вместо того, чтобы получать кислород из воздуха (помните, в почве находится множество пор, наполненных воздухом и водой). Таким образом, эта бактерия поглощает кислород (О2) из молекул нитрата, сам нитрат переходит в различные формы азота, который может раствориться в атмосфере.

Переход следующий: 2N03-2N02-2NO-N20-N2.

Сошник для внесения удобрений с минимальным воздействием на почву монтируется на сеялку, чтобы вносить большее количество азота, серы. Однако он не может проникать в семенную борозду аккуратно. Внесение удобрений во время посева предпочтительнее с агрономической точки зрения, но это не единственный способ усовершенствования no-till.

Различные почвенные ферменты присутствуют на каждой стадии перехода. Почвенная бактерия формирует ферменты. Денитрификация наблюдается, когда в почве недостаточно кислорода, но содержание углерода и нитрата достаточное. Газообразные формы азота: NO, NO и N2. Потеря газообразного азота из почвы (денитрификация) в основном происходит в мелкотекстурных, плохо дренируемых почвах или почвах с высокими сезонными водными столбами. Денитрификация протекает медленнее в почвах с уровнем рН ниже 6.

Потери вследствие денитрификации могут быть достаточно большими, если условия бескислородности длятся долгое время, и все почвенные нитраты находятся под риском вымывания независимо от способа происхождения молекул нитрата.

В почвах, склонных к денитрификации, фермеры могут снизить уровень потерь азота путем синхронизации внесения азота с потребностью в нем растений. Также можно вносить азотные удобрения после того, как культура выросла; если культура потребляет большое количество воды и снижается степень затопления поверхности, риск денитрификации становится меньше. Если азотные удобрения необходимо внести до того, как растениям потребуется азот, дополнительный ингибитор нитрификации замедлит переход КН4 в нитрат, следовательно, снизится риск денитрификации.

Потребности культуры в азоте и вынос азота

Когда культура растет, питательные вещества потребляются и распределяются по листьям, стеблям, зерну и т.д. Необходимое количество азота для оптимального роста зависит от вида культуры и условий роста. Значительная часть азота, потребляемого растениями, может переместиться с полей во время сбора урожая в зависимости от объема урожая и концентрации азота в определенной доле урожая. К примеру, озимая пшеница, собранная на семена, содержит от 0,34 до 0,54 кг азота в каждых 60 кг, в зависимости от уровня протеина. Собранные 1 т/га пшеницы переносит 120-150 кг/га азота. Оставшаяся часть азота, потребляемого пшеницей, может содержаться в соломе, листьях, соломенной сечке и корнях. Приблизительное содержание азота в соломе составляет от 0,56 до 0,84 кг азота на га. 1 т соломы может содержать от 20 кг азота на га.

Таким образом, 1 т пшеницы содержит в зерне и соломе от 50 до 85 кг азота на гектар.

Рекомендации по применению азотых удобрений

Потребность в азоте (потребление) — это общее количество азота, которое необходимо культуре для роста листьев, стеблей, корней и зерна. Эти потребности в азоте можно удовлетворить различными способами, которые описываются в начале статьи. Учитывая измеренное количество почвенных нитратов, запасов азота в бобовых и навозе, всегда рекомендуется восполнять любой дефицит азотным удобрением для небобовой культуры. Почвоведы выдвигают несколько предложений относительно эффективности удобрений и других благоприятных влиянии азота на состояние почв, но калибрование и полевые опыты поддерживают рекомендации относительно азотных удобрении, которые приблизительно соответствуют потребностям в азоте, когда определенное количество почвенных нитратов и других форм азота было вычтено.

Вынос азота показывает количество азота, которое потеряло поле при сборе урожая. Часть (азота), оставшаяся после сбора урожая, содержит остаток азота. Этот органическии азот со временем медленно будет высвобождаться. Тем не менее, в самом начале применения системы no-till потребуется большее количество азотного удобрения, так как использование азота из остатков будет невозможно, пока они (остатки) не перегниют. Гниение происходит гораздо медленнее, если остатки лежат на поверхности. После 3-4 лет применения системы no-till будет наблюдаться относительно длинныи период потребления нитратов из разложившихся остатков. Потом уровни азотного удобрения могут снизиться, если урожаи культур не повысятся.

Включенные в севооборот бобовые культуры будут предоставлять собственный азот и собирать азот из перегнивших остатков бобовых для последующих небобовых культур.

Запасы азота для прошлогодних бобовых культур

Оставшиеся запасы бобовых необходимо вычесть из потребности азота. Определенное количество кг/га остаточных почвенных нитратов от 0-20 см и 20-60 см глубины нужно вычесть из потребности в азоте. Определенное количество азота, полученного из навоза, компоста, отходов консервных заводов или орошения, вычитается из потребности в азоте. Когда с этим будет покончено, приступайте к рекомендации по азоту для следующей культуры.

Новшества в азотном удобрении

Некоторые культуры выращиваются специально для увеличения эффективности азотных удобрении. Такие азотные удобрения стоят дороже, но являются более эффективными. Для фермеров, работающих на почве, испытывающей проблемы с удерживанием азота или на которой растут культуры, очень чувствительны к своевременности внесения азотного удобрения, подобный продукт может быть крайне полезным. Появляются новые «товары», таким образом, вы можете подобрать именно то, что необходимо.

Мочевина с полимерным покрытием специально предназначена для контроля высвобождения мочевины из покрытых гранул. Если повышается температура, то увеличивается проницаемость полимеров, высвобождающих большое количество мочевины. С повышением температуры рост культуры становится интенсивнее. Таким образом, высвобождение мочевины совпадает с ростом культуры. Вышеупомянутая технология максимально подходит для песчаных почв, склонных к вымыванию, и/или для почв, которые становятся влажными в начале вегетационного периода.

N-Serve — это нитрификационный замедлитель реакций, который необходимо использовать продолжительное время вместе с безводным аммиаком для замедления реакции перехода аммиака в нитрат. Аммиак — это катион (позитивно заряженный ион), который удерживается в катионообменном комплексе. Аммиак не вымывается, но вымывается нитрат. Задерживая азотное удобрение более длительное время в аммонийной форме, можно снизить уровень вымывания нитратов. Следовательно, нитрификационный замедлитель реакций повышает эффективность азотного удобрения и снижает потенциал движения нитрата к почвенной воде.

Подведение итогов

Я рассматривал азот как удобрение и как питательное растительное вещество. Азот необходим для здорового, качественного, высокоурожайного роста культур. Количество вносимого азота зависит от ряда факторов, включая остаточные почвенные нитраты, прошлогодние/настоящие бобовые культуры, потребности азота на объем урожая, потенциал урожая, иммобилизацию азотного удобрения пожнивными остатками, уровень минерализации нитрата пожнивных остатков и почвенные органические вещества, качество зерна, содержание протеина и другие факторы качества культуры.

Эффективность азотных удобрений может быть высокой при использовании технологии no-till, если правильно выбрать источник азота. Существует множество способов внесения азотного удобрения в зависимости от времени, оборудования и т. п. Эффективнее, чем другие, действует метод впрыскивания азота в почву, хотя во многих случаях все методы внесения также эффективны. Я рассмотрел основные способы избежания значительных потерь азота вследствие вымывания, денитрификации и/или испарения.

При переходе на технологию no-till, вероятно, объем внесения азотного удобрения увеличивается по двум причинам:

1)  повышения урожайности и/или более интенсивного роста культур,

2)  замедленного высвобождения азота из пожнивных остатков, оставшихся на поверхности почвы.

Оставляя пожнивные остатки на поверхности, вы остановите снижение уровня органических веществ. Для этого требуется азот. Кроме того, оставленные на поверхности пожнивные остатки сохраняют большее количество воды, необходимой для повышения урожайности. Нуждаетесь ли вы в повышении урожайности, решать вам.

ВИДЕО
СОБЫТИЯ