Азот грунту стратегія і тактика
Завантажити (77,3 Кб)
Азот грунту: стратегія і тактика
Доктор біологічних наук Д. С. Орлов, кандидат хімічних наук І. М. Лозановская
Хімія і Життя №3, 1982 року з. 27-30
Запаси азоту в природі рясні й досить різноманітні. У земній атмосфері його міститься 3,75 • 10 15 тонн, в осадових породах - 4,06 • 10 14 м, в Світовому океані - 2,02 • 10 13. в рослинності - 1,1 • 10 9. в тваринному світі - 6,1 • 10 7 тонн.
Грунт утримує в собі 15 • 10 10 тонн азоту. Навіть дерново-підзолистий, одна з найбідніших грунтів Європейської частини нашої країни, в 20-сантиметровому орному шарі містить 2-4 тонни азоту на кожному гектарі. А пшениця при середніх урожаїв забирає з гектара всього близько 70 кг азоту. Стало бути, його запасів в Нечорнозем'я могло б вистачити років на 50-60. Знаменитий український чорнозем накопичив на кожному гектарі 20-30 тонн азоту і більше; цих запасів вистачило б років на 300-400.
А людство проте витрачає величезні кошти на виробництво азотних добрив.
СЕЗАМ НЕ ПОСПІШАЄ відкриває
Азот присутній в грунті в самому широкому асортименті. Газоподібний азот становить приблизно таку ж частину грунтового повітря, як і повітря атмосферного. І так само, як від азоту атмосфери, рослинам від нього мало що дістається. Тільки бобові можуть ним скористатися, оскільки на їх коренях живуть азотфіксуючі бульбочкові бактерії. Гектар гороху або квасолі накопичує в грунті щорічно 70-80 кг азоту, гектар конюшини - 100- 150, люпину - 160-170, люцерни - 250-300 кг.
У грунті є ще і свободноживущие азотфиксирующие мікроорганізми, але їх вклад в азотну скарбничку невеликий - всього кілька кілограмів на гектарі.
Мінеральні сполуки азоту - нітрати калію і кальцію, різні солі амонію - легко розчиняються і цілком доступні рослинам, але як раз їх-то в грунті дуже небагато: від слідів присутності до десятків міліграмів в кілограмі. Від щирого азоту грунту це становить 1-5%.
Найбільше - до 90% азоту орних шарів - укладено в органічних сполуках. З цієї кількості близько 10% входить до складу амінокислот, амідів і аминосахаров. А оскільки ці речовини непогано розчиняються в слабокислою грунтової середовищі, азот з них теж дістається рослинам порівняно легко.
Куди більш міцно пов'язаний азот тих специфічних гумусових речовин, які накопичуються в грунті завдяки бактеріям і грибам. Грунтовно попрацювавши над останками рослин, тварин, мікроорганізмів, ці жителі грунту перетворюють їх в гумусові кислоти, гумати кальцію, заліза і алюмінію, а також в гумин і фульвокислоти, по-різному пов'язані з мінералами.
Найбільш рухливі з усього цього фульвокислоти. Вони містять 10-20% всього грунтового азоту, але дістається він рослинам лише після того, як фульвокислоти разложатся. І то з виділилися при цьому вільних амінокислот рослини можуть засвоїти лише частина. Зате аммонификация фульвокислот дає в підсумку аміак, а це вже законна і легка здобич рослин. Взагалі аммонификация - чи не основний шлях отримання азоту з гумусових речовин, а також з білків рослинних і тваринних залишків.
Складніше добути рослинам азот з гумінових кислот, а там його теж 10- 20% від загальної кількості цього елементу в грунті. До нього коріння можуть підступитися лише після довгої роботи ферментів.
І вже зовсім за сімома печатками знаходиться азот гуміну, оскільки ця частина гумусу розчиняється ні у воді, ні в лугах, ні в кислотах, ні в органічних розчинниках.
Гумин (так само, як і гумінові кислоти) складено із п'яти- і шестичленних ароматичних циклів, які не по зубах більшості ґрунтових мікроорганізмів. Меншість штурмує основу структури гуміну не без успіху, проте з великими труднощами, оскільки ароматичні "ядра" захищені складною системою бічних аліфатичних ланцюгів.
А адже саме на частку гуміну припадає більше половини всього азоту грунту. Ось і виходить, що багаті азотні комори землі далеко не так широко відкриті, як хотілося б.
Природно виникає питання: чи не краще замість того, щоб постійно вносити добрива, навчитися робити доступними для рослин величезні природні запаси грунтового азоту? Адже мало того, що добрива треба зробити, витративши на це багато коштів, - з ними в грунт потрапляють різні домішки і баластні речовини, до яких рослини, та й сама грунт, далеко не завжди байдужі.
В принципі це справа цілком здійсненне. Агротехнічними прийомами можна регулювати вологість грунту, її температурний режим, насиченість киснем, кислотність. Значить, можна створити мікроорганізмам всі умови для того, щоб вони працювали швидше і розкладали гумус прискорено. Тоді, зрозуміло, рослини отримають набагато більше доступного азоту.
Тільки що за цим піде?
Не кваплячись ЙОГО ЖИТИ
У природному розподілі азоту по "групам доступності" є свій глибокий сенс. Важкорозчинні сполуки - це резерви харчування, в них - родючість полів майбутнього. Дуже повільно розкладаючись, вони видають рослинам азот поступово, зате надійно.
Штучно квапити ці процеси дуже небезпечно. Адже в складному господарстві грунту все взаємопов'язане. Найважливіша його частина - гумус - не просто джерело живлення рослин. Це ще і "цемент", склеює окремі частки і робить грунт пухкої, грудкуватої, доступною для води, повітря, тепла, зручною для роботи мікроорганізмів. Швидке розкладання гумусу лише ненадовго поліпшить живлення рослин. А потім почнеться невідворотне: руйнування структури, інтенсивне висихання, вивітрювання ґрунтових мінералів, і - на тілі Землі з'явиться ще одна пляма штучної пустелі, залишене невмілим господарюванням.
Правда, іноді, якщо важкодоступним азотом грунт дуже вже багата (так буває, наприклад, на деяких чорноземах, лугових або заплавних землях), в розумних межах все ж можна використовувати частину цих стратегічних запасів. І найкращим способом мобілізації надлишків є, як це не парадоксально, внесення в грунт мінеральних добрив.
Повною мірою це було виявлено порівняно недавно, коли в агрохімії стали застосовувати метод мічених атомів. До тих пір вважалося, що азот мінеральних добрив рослини засвоюють на 80% - це вираховували просто по різниці змісту його в урожаї, знятому з удобрених і неудобренних ділянок. Ізотоп 15N, доданий до добрив, показав щось зовсім інше: тільки 30-60% азоту в урожаї було міченим, решті було взято рослинами безпосередньо з грунту.
І найцікавіше: рослини, які отримали штучну підгодівлю, витягували з грунту більше природного азоту, ніж неподкормленние. Це зрозуміло: на удобреному поле у них розвиваються потужні корені, проникаючі за поживними речовинами далі - і вшир, і вглиб. Краще працює і мікрофлора, що розкладає гумусові речовини, а значить, вивільняється більше амонійного і нітратного азоту.
Але витяг азоту з основних природних запасів у великих масштабах - шлях не основний. Основним же є регулярне внесення добрив, і тим у великих дозах, чим бідніша грунту.
НА ВІТЕР, В ВОДУ, за гратами
На жаль, азотні добрива діють в грунті дуже недовго: вже на наступний рік їх вплив на врожай не перевищує 20% початкового. І все тому, що внесений азот дуже погано утримується грунтом.
Колись вважалося, що грунт втрачає азот лише тому, що він вимивається, вилуговується у вигляді нітратів. Було відомо, що невелику частину внесеної селітри руйнують анаеробні бактерії, виділяючи молекулярний азот в повітря, але передбачалося, що ці втрати незначні.
Мічені атоми показали інше. З'ясувалося, що вилуговування - не основний шлях втрат: воно небезпечно на легких ґрунтах при високій вологості, і то лише тоді, коли поля не зайнятих рослинами. Зате бактерії руйнують внесену селітру набагато частіше, ніж передбачалося: не тільки в анаеробних умовах і не тільки в лужному середовищі. Бактерії-денітріфікатори дуже інтенсивно відновлюють нітрати до різних окислів і молекулярного азоту, і цим шляхом - буквально на повітря - з полів втрачається щорічно в середньому по країні 1,5 млн. Т азоту.
Ось так і йде даремно цей важливий елемент, і - що особливо прикро - найбільше навесні, незабаром після того, як його внесли. Рослини не встигають ним скористатися, оскільки в цей час немає ще навіть сходів.
Є ще один шлях втрат азоту: катіони амонію з грунтовим розчином потрапляють всередину кристалічної решітки глинистих мінералів, що набухають від вологи, а коли мінерал висихає, решітка "затискає" амоній. Найчастіше фіксують азот таким чином вермикуліту і монтморіллоніти, а каолініти зовсім не володіють такою здатністю. Стало бути, корисно знати мінералогічний склад грунту, перш ніж вносити в неї азотні добрива. Простий прийом - заорювання добрив плугом в глиб грунту - допомагає вберегти азот від фіксації, оскільки в глибині грунт менше сохне.
Гумінових кислот (ймовірне будова фрагмента якої показано на малюнку) - одне з найбільш стійких органічних сполук у грунті: її вік, певний радіовуглецевим методом, досягає в підзоли і чорноземах сотень і тисяч років. В ядрі гуминовой кислоти атоми азоту входять в гетероцикли або прямо пов'язані з бензольними кільцями
Амоній, який потрапив в решітку мінералів з добрив, рослини все-таки можуть потроху витягувати. Але там же знаходиться природний амоній, затиснутий куди міцніше і рослинам майже не доступний. Справа в тому, що глинисті мінерали поглинають ще й інші катіони - калію, кальцію, магнію, і найбільш міцний зв'язок утворюється при взаємодії перших порцій катіонів, оскільки вони взаємодіють з найактивнішими адсорбційними центрами. Амоній ж з добрив мінерали поглинають тоді, коли більша частина адсорбційних центрів вже зайнята, а тому він не може проникнути далеко вглиб кристалічної решітки і зв'язується слабкіше.
Фіксованого амонію в грунті багато, і це вже ніяк не відноситься до стратегічних запасів. Тому агрохіміки шукають шляхи залучення його в активний азотний баланс, оскільки властивостей грунту це ніяк не погіршить.
Щоб боротися з втратами азоту, що міститься в добривах, часто досить простих прийомів. Наприклад, раз випаровується і вилуговується цей елемент в основному тоді, коли на полі немає рослин, його поглинаючих, значить, не варто вносити добрива занадто завчасно. І вже зовсім нерозумно робити це в кінці зими, коли грунт насичена вологою.
Є й інші, в тому числі чисто хімічні прийоми. Так, останнім часом разом з аміачними добривами в грунт стали вносити інгібітори нітрифікації - речовини, що пригнічують цей процес на певний термін. За кордоном широко застосовуються два інгібітори: 2-хлор-6-трихлорметил-піридин, що випускається в США під назвою "N-serve", і 2-аміно-4-хлор-6-метилпіридин, що випускається в Японії під назвою "AM". Під впливом цих речовин в грунті накопичується більше амонійного азоту, який рослини повніше засвоюють.
Інгібітори нітрифікації випробувані і у нас в країні, але в виробництво поки не впроваджені. Проведено, наприклад, чотирирічні випробування диціан-ДИАМИДА, дібромацетаніліда і суміші піридинів на дерново-підзолистих грунтах. Ці три інгібітора помітно скорочували газоподібні втрати азоту і підвищували ефективність азотних добрив.
СТРАТЕГІЯ І ТАКТИКА
Грунт - живий організм. І, як все в природі, вона розвивається в основному так, що стає краще, плодороднее. Основа такого розвитку - біологічний круговорот, в якому організм і середовище проживання - єдине ціле.
Розумне сільське господарство слід прагнути до того ж результату: орні грунти повинні не втрачати родючість, а збільшувати його. Запаси грунтового азоту - найважливіше з умов родючості. І у природи, і у людини стратегія тут єдина: створення великого довгострокового резервного фонду. Але фонд - аж ніяк не "заморожений капітал": якась частина його повинна безперервно і поступово надходити до рослин, і настільки ж безперервно він повинен поповнюватися за рахунок яких природних процесів, або добрив.
Звідси - тактичні завдання: прискорення обороту азоту в системі грунт - рослина без порушення основного резерву; попередження втрат азоту; поповнення його запасів за рахунок добрив. Така тактика забезпечить бездефіцитний баланс азоту в землеробстві - і сьогодні, і в майбутньому.