Азот в грунтах, рослинах, добривах
Агрохімічні та фізіологічні основи застосування азотних добрив
Роль азоту в житті рослин.
Азот - один з основних і найважливіших елементів живлення рослин. Він входить до складу білків (16-18% їх маси), які є складовою частиною протоплазми рослинних клітин. Азот входить до складу нуклеїнових кислот (рибонуклеїнова кислота - РНК і дезоксирибонуклеиновая - ДНК), що грають важливу роль в обміні речовин в організмі і передачі спадкових функцій. Він входить до складу ферментів, що виконують роль каталізаторів у багатьох окисно-відновних процесах рослин. Азот є складовою частиною хлорофілу. Без азоту хлорофіл не утворюється. Він також входить деяких інших з'єднань як, наприклад, фосфатиди, алкалоїди.
Азот серед елементів мінерального живлення найбільш потужний регулятор росту, хоча це не гормональне веще- ство. Регулюванням рівня азотного живлення можна до- битися збільшення врожайності у зернових, кормових та овочевих культур за счѐт зростання асиміляційного листового апарату, у плодових - за счѐт збільшення розміру плодів, підвищення їх числа, посилення диференціації плодових бруньок і зменшення осипання плодів.
Винесення і динаміка споживання азоту рослинами.
У початковий період росту рослину споживає азот мало, але недолік його різко позначається на врожайності сільськогосподарських культур, це не можна виправити наступним внесенням азотних добрив. Цей період називається критичним. У зернових злаків вже в період розгортання перших 3-4 листочків починаються закладка і диференціація репродуктивних органів - колоса або волоті. Недолік азоту в цей час навіть при посиленому харчуванні в подальшому призводить до зменшення числа колосків у волоті або колосі і зниження врожаю. Для задоволення рослин в азоті в цей період рекомендується вносити азотні добрива при посіві 10-30 кг / га.
У плодових культур критичний період щодо азоту відзначається навесні. Рослини найбільш інтенсивно поглинають і засвоюють азот в період максимального зростання і освіти вегетативних органів (стебел і листя).
З періоду плодоношення у плодово-ягідних культур щорічно проходять два періоди інтенсивного споживання елементів: навесні при розпусканні нирок, цвітінні та освіті листя і після збору плодів восени при накопиченні запасних пластичних речовин, що накопичуються як в коренях, так і деревині, корі штамба і гілках і другої хвилі росту коренів. Весняний період майже в три рази інтенсивніше за всіма елементами, ніж осінній період.
Для культур з коротким періодом споживання необхідно забезпечити азотне живлення до посіву, а з довгим - є сенс використовувати підгодівлі.
Винос азоту врожаями сільськогосподарських культур.
Загальний винос азоту залежить від біологічних особливостей культур. сорту, врожайності, грунтово кліматичних умов, добрив. Ранні сорти характеризуються більш високим виносом на одиницю продукції. З овочевих культур високим виносом характеризуються кольорова капуста (9,5 кг на 1 т).
Винос азоту рослинами з грунту зростає зі збільшенням врожайності сільськогосподарських культур. Капуста, картопля, цукровий свѐкла, бавовник, соняшник, капуста, столові коренеплоди і силосні культури для створення високого врожаю споживають набагато більше азоту, ніж зернові та плодово-ягідні.
Врожайність основної продукції, т / га
У корені-і бульбоплодів, соняшнику в залежності від умов вирощування може сильно змінюватися структура врожаю. Це викликає різкі відмінності в розмірах споживання азоту. Наприклад, в лісостепових районах на кожні 10 т урожаю коренеплодів і відповідної кількості гички цукрова свѐкла споживає 50 кг азоту, в Нечорноземної зоні свѐкла формує більше бадилля, і на кожні 10 т коренеплодів їй потрібно 80-100 кг азоту.
Рівень азотного харчування визначає розміри та інтенсивність синтезу білка та інших азотистих органічних з- єднань в рослинах, ростові процеси. Недолік азоту особливо сильно позначається на зростанні вегетативних органів. Слабке формування фотосинтезуючого листового і стеблового апарату внаслідок дефіциту азоту, в свою чергу, обмежує утворення органів плодоношення і веде до зниження врожаю і зменшення кількості білка в продукції.
Основні джерела азотного живлення рослин. Основні джерела азотного живлення рослин. Основними джерелами азоту для рослин в природних умовах служать солі азотної кислоти і амонію, нітрити і органічні сполуки азоту, такі як сечовина і амінокислоти; поглинання йде у вигляді аніонів NO3- і катіонів NH4 +.
НNO3 - → НNO2 - → (НNO) 2 → NH2ОН → NH3 (при відновленні нітратів до нітритів рослинам необхідний Мо, до гіпонітріта і гідроксиламіну - Cu, Fe, Mg, до аміаку - Mg.
Аміак, що надійшов в рослину з грунту або утворився в самій рослині в результаті відновлення нітратів, бере участь в утворенні амінокислот.
Синтез органічних азотистих сполук до білка включно відбувається через аміак, освітою аміаку завершується і їх розпад. Аміак, за образним висловом Д. Н. Прянишникова, є альфа і омега в обміні азотистих речовин в рослинах.
Для самих рослин нітрати нешкідливі і можуть накап- Лівану в їх тканинах в значних концентраціях. Нітрати і нітрити в підвищених кількостях небезпечні для теплокровних, викликають захворювання метгемоглобінемією (замість гемоглобіну в крові утворюється метгемоглобін, порушується постачання тканин киснем, розвивається синюшність) і можуть бути попередниками канцерогенних сполук - нітрозамінів.
Д.Н. Прянишников довів рівноцінність нітратного і аміачного харчування. При сприятливих умовах кращою формою є NH3, так як не потрібна додаткова енергія на відновлення нітратів. Переважне використання рослинами амонійного або нітратного азоту залежить від ряду факторів, найважливіші з яких: біологічні особливості культури, забезпеченість еѐ вуглеводами, реакція середовища, наявність кальцію, калію та інших елементів живлення, в тому числі мікроелементів.
При нестачі вуглеводів і, отже, органічних кетокислот (особливо при проростанні насіння, що мають малий запас вуглеводів) надлишкове надходження амонійного азоту в рослини може чинити негативний вплив. В цьому випадку амонійний азот не встигає використовуватися на синтез амінокислот і накопичується в тканинах, викликаючи «аміачне отруєння» рослин. Ті рослини, в посівному матеріалі яких міститься багато вуглеводів (наприклад, крохмалю у картоплі), швидко засвоюють надходить амонійний азот і добре відгукуються на внесення амонійних добрив.
Роботами Ф.М. Турчина встановлено, що аміачне отруєння рослин можна запобігти внесенням калійних добрив. При аммиачном харчуванні відбувається посилене поглинання хлору, при нітратних - кальцію. Молоді рослини чутливі до аміачним отруєння, тому краще при посіві вносити нітратну форму азоту.
Основна маса (до 99%) грунтового азоту знаходиться у вигляді органічних сполук (білкових і гумусових речовин), недоступних для живлення рослин. Швидкість мінералізації органічних сполук азоту грунтовими мікроорганізмами до засвоюваних рослинами мінеральних сполук (амонію і нітратів) залежить від умов аерації, вологості, температури і реакції грунту. Тому кількість мінеральних сполук азоту в грунтах сильно коливається - від слідів до 2-3% загального його вмісту.
На кислих підзолистих грунтах в умовах поганої аерації, надмірної вологості та низької температури процеси мінералізації протікають слабо і припиняються на стадії освіти амонію. Нітрифікація через несприятливі умов для діяльності нитрифицирующих бактерій буває пригнічена, нітратів утворюється мало.
На окультурених, добре оброблених грунтах процеси аммонификации і нітрифікації проходять більш інтенсивно, більше утворюється мінеральних сполук азоту, головним чином нітратів. Вапнування кислих ґрунтів, систематичне внесення органічних і мінеральних добрив, посилюючи мікробіологічну діяльність в грунті, різко підвищують інтенсивність мінералізації органічної речовини і освіти засвоюваних мінеральних сполук азоту. Останні не накопичуються в грунті у великих кількостях, так як споживаються рослинами і мікроорганізмами і частково знову перетворюються в органічну форму.
Крім того, нітратний азот втрачається з ґрунту в результаті денітрифікації і вимивання його з кореневого шару опадами і поливними водами. Втрати нітратів за счѐт вимивання з грунтів важкого гранулометричного складу під рослинами зазвичай незначні (на суглинних 5 6 кг / га). Однак на легких, особливо парующіх, грунтах в зволожених районах, а також в умовах зрошуваного землеробства такі втрати можуть бути значними і досягати 25-30 кг / га. До негативних наслідків вимивання нітратів відноситься також забруднення ними водних джерел, в тому числі питних ресурсів.
Біологічну денітрифікацію здійснює група денитрифицирующих бактерій. Особливо інтенсивно цей процес йде в анаеробних умовах, при лужної реакції грунту (рН 7,0-8,2) і в присутності доступного мікроорганізмам органічної речовини багатого вуглеводами. Біологічна денітрифікація протікає і в звичайних умовах аерації, реакції середовища і зволоження, оскільки в грунтах навіть при загальних аеробних умовах неминуче наявність анаеробних микрозон, а діапазон сприятливої реакції середовища для розвитку денітрифікатори досить широкий.
Баланс азоту в грунтах. У видатковій частині балансу вчи- ють винос елементів живлення з урожаєм основної та побічної продукції, винос з рослинними залишками, вимивання нітратів, ерозію ґрунту і денітрифікацію. Як показали проведені дослідження, з внесѐнних добрив 30-60% азоту використовується рослинами, 15-30 - акумулюється в грунті, 10-30 втрачається в результаті денітрифікації 1 5% вимивається у вигляді нітратів.
Природне надходження азоту здійснюється в результаті біологічної фіксації, з атмосферними опадами і насінням. В атмосфері над кожним гектаром грунту знаходиться близько 80 тис. Т азоту, але молекулярний азот повітря недоступний більшості рослин (крім бобових). Тільки невелика кількість пов'язаного азоту (до 3-5 кг / га) утворюється в самій атмосфері під дією грозових розрядів і з опадами у вигляді аміаку, азотної та азотної кислот надходить в грунт.
Єдиний природний джерело відновлення ґрунтових запасів цього елементу - процес біологічної фіксації молекулярного азоту атмосфери. Набагато більше значення для поповнення грунту азотом і живлення рослин має зв'язування (фіксація) молекулярного азоту повітря азотфиксирующими мікроорганізмами, свободноживущими в грунті (азотобактер, клостридиум і ін.), Бульбочкових бактерій, що живуть в симбіозі з бобовими рослинами (симбиотическая азотфіксація), а також азотфиксирующими мікроорганізмами в ризосфері небобових рослин (асоціативна азотфіксація).
Свободноживущие і асоціативні азотфіксатори в тропічній зоні, південних і помірних широтах асимілюють до 20-30 кг азоту на 1 га, а в північних широтах при нестачі тепла, малому вмісті органічної речовини в грунтах і несприятливої для азотфиксаторов кислій реакції - всього 5-10 кг / га.
Роль бобових культур в балансі азоту Розміри сим- біотичної азотфиксации значно більше і залежать від виду і врожайності бобових рослин. Так, конюшина при гарному врожаї може накопичувати 150-160 кг / га азоту, люпин - 100-170, люцерна - 250-300 кг / га. Приблизно ⅓ пов'язаного бобовими травами азоту зберігається в післяукісних і кореневих залишках і після їх мінералізації може використовуватися культурами, що йдуть в сівозміні слідом за бобовими. В середньому в 1 т сіна бобових трав є 25-30 кг азоту, а в кореневих і післяукісних залишках міститься і надходить в грунт 10-15 кг азоту. Внесок біологічного азоту в азотний баланс визначається площею, займаної багаторічними бобовими травами і їх урожаєм, від якого залежить кількість азоту, що залишається в грунті в кореневих і післяукісних рештках. Якщо площа, зайнята бобовими травами, становить 10% загальної посівної площі, а урожай сіна дорівнює 4 т / га, то щорічне надходження азоту в ґрунт на 1 га посівів бобових складе 40- 60 кг, а в середньому на 1 га всієї посівної площі - 4-6 кг. Зернобобові культури залишають після себе в пожнивно-кореневих залишках стільки ж азоту, скільки використовують для формування врожаю з грунту, тобто вони не збіднюють грунт азотом і є хорошим попередником для інших культур.
Сумарне надходження азоту за счѐт зазначених джерел далеко не компенсує виносу його врожаями сільськогосподарських культур і втрат з грунту в результаті вимивання, ерозії і денітрифікації. Щоб не допустити збіднення ґрунту азотом і отримувати високі, стійкі врожаї сільськогосподарських культур, необхідно постійно поповнювати його запаси в грунті шляхом внесення органічних і мінеральних добрив. Тому для підвищення врожаїв всіх культур і поліпшення їх якості величезне значення має внесення в грунт містять азот органічних і мінеральних добрив, одержуваних шляхом штучного синтезу з азоту повітря на хімічних заводах. Звичайно, при цьому повинна максимально використовуватися можливість залучення в кругообіг поживних речовин фіксованого з атмосфери біологічного азоту шляхом розширення посіву бобових, особливо багаторічних трав, і створення найбільш сприятливих умов для їх вирощування і функціонування вільноживучих азотфиксаторов.
Діагностика азотного харчування. Ознаки нестачі і надлишку азоту в рослинах. Характерні ознаки азотного голодування: гальмування росту вегетативних органів рослин і поява блідо-зелѐной або жовто-зелѐной забарвлення листя через порушення утворення хлорофілу. Азот повторно використовується (реутілізіруется) в рослинах, і ознаки його нестачі проявляються спочатку у нижніх листків. Пожовтіння починається з жилок листа, потім поширюється до країв листової пластинки. При гострому тривалому азотному голодуванні блідо-зелѐная забарвлення листя рослин переходить (залежно від виду рослин) в різні тони жовтого, оранжевого і червоного кольорів, уражені листя висихають і передчасно відмирають. У овочевих культур при нестачі азоту зростання уповільнений, стебла тонкі, волокнисті і твѐрдие. У плодових культур черешки листя і їх жилки набувають червонуватого відтінку. Кут нахилу черешка до втечі стає гострим, різко зменшується число квіток і плодів, пагони червоно-коричневі, короткі, тонкі, плоди дрібні, яскраво забарвлені. При нормальному постачанні азотом листя темно-зелѐние, рослини добре кущаться, формують потужний асиміляційні стеблелістовой апарат і повноцінні репродуктивні органи.