Формы азота в почве

Формы азота в почве

Азот — один из самых необходимых для растений химический элемент. Присутствует повсеместно в свободном или связанном состоянии. Азотные удобрения выпускаются в различных формах и применяются для основного и предпосевного внесения — как поверхностного, так и на подкормку. Только 1 % азота почвы находится в легко усваиваемых растениями минеральных формах, поэтому применение азотных удобрений — важное условие для сохранения и повышения плодородности сельскохозяйственных земель.

На долю органических соединений — белков, аминов, амидов, аминокислот и прочих — приходится 93-95 % почвенного азота. Однако органический азот практически недоступен растениям и становится усваиваемым ими только после минерализации.

Минеральный азот, входящий в состав нитратных и аммиачных форм, накапливается в почве в результате процессов аммонификации и нитрификации, которые осуществляют различные группы микроорганизмов.

Разложение азотистых органических соединений в различных типах почв проходит по единой схеме: белки > гуминовые вещества > аминокислоты > амиды > аммиак > нитриты > нитраты.

Скорость минерализации основного запасного фонда азота — органических веществ почвы — зависит от многих факторов: влажности почвы, температурного режима, кислотности, характера органического вещества. Поэтому количество образующихся минеральных форм азота постоянно пребывает в динамичном состоянии. Максимальное количество накапливается в весенний период, наиболее благоприятный по режиму температуры и влажности для нитрификации. Однако нитраты — подвижные соединения, и они могут вымываться из почвы или подвергаться биологической денитрификации (образованию газообразных форм). В результате почва теряет часть азота. Валовое содержание азота в почве сильно варьирует и зависит от типа почвы, гранулометрического состава, запасов органики, режима увлажнения и степени окультуренности почвы. Содержание общего азота тем больше, чем больше содержание гумуса. Кроме того, содержание доступного элемента значительно возрастает при окультуривании почвы.

Азотные удобрения подразделяют на шесть групп: нитратные (натриевая селитра и кальциевая селитра); аммонийные (сульфат аммония, хлористый аммоний); аммонийно-нитратные (аммиачная селитра); амидные (карбамид); аммиачные (безводный аммиак, аммиачная вода); карбамид-аммонийно-нитратные (карбамид-аммиачная селитра — КАС).

Азот поступает в почву из воздуха и при разложении органических остатков.

Молекулярный азот — один из самых инертных газов и при обычных условиях не образует никаких соединений с другими элементами. Но в соединениях с другими веществами азот является одним из самых активных элементов.

Поэтому реакция превращения молекулярного свободного азота в разные соединения вызывает особый интерес и известна под названием реакции фиксации или связывания свободного азота.

Большие количества атмосферного азота (общий запас азота в воздухе составляет более 4.000 млрд. тонн), связываются в толще почвы микробиологическим путем с помощью микроорганизмов — азотфиксаторов: аэробных и анаэробных бактерий. Азотфиксаторы усваивают азот из его растворимых в воде соединений.

Значительно большие количества минерального азота образуются при попадании в почву органических остатков и их дальнейшем разложении. В результате процессов аммонификации, происходит освобождение азота и его поступление в почву в виде аммиака и солей аммония.

Читайте также:  Технология заготовки и хранения сенажа

Общее содержание азота в почве от 0,03 до 3,5%. Практически весь азот в почвах находится в виде органических соединений (гумусовые вещества содержат ок 5% N), поэтому типы почв содержащие больше гумуса, содержат больше азота (0,25-0,5%), чем слабогумусированные (0,03-0,2%). Больше всего азота в органогенных почвах. Верховые торфа (0,7-1,5%), низинные (2,3-3,5%). Содержание гумуса в рамках одного типа почв изменяется в зависимости от их ГС и степени окультуренности. Регулярное удобрение навозом приводит к увеличению содержания гумуса, чем в их неокультуренных аналогах. Общий запас азота в пахотном слое на 1 га варьирует от 0,9 в легких дерново-подзолистых почвах до 15 тонн в черноземах. Азот в почвах содержится в органической и минеральной формах, преобладает органический азот, который составляет 97-99% общего содержания. Он не доступен для питания растений. Органический азот находится в составе гумуса, некоторая часть в м.о. негумусированных остатках живых организмов. По степени потенциального участия в питании растений органический азот подразделяется на 3 группы: Негидролизуемый, трудногидролизуемый, легкогидролизуемый. Легкогидролизуемый представлен низкомолекулярными соединениями аминокислотами и амидами, азот которых становится доступным после минерализации. Однако в почвах легкогидролизуемый азот составляет 5-10% от общего содержания, преобладает негидролизуемая фракция 70-85%. Содержание минерального азота может достигать 3%, но чаще всего не более 1%. Он образуется в результате микробиологического разложения (минерализации органического) вещества до аммонийной NH4 и нитратной NO3 форм. Аммонификация — процесс разложения азотсодержащих органических веществ с образованием аммиака, происходящий в результате жизнедеятельности широко распространенных аммонифицирующих микроорганизмов.Аммонийный азот образуется в результате процесса аммонификации, т.е. распада азот содержащих органических соединений до NH3.Схема аммонификации Гумус, белки аминокислоты, амиды NH3

В аммонификации участвуют разные группы аэробных и анаэробных микроорганизмов. Аммонификация протекает в присутствии кислорода и без него, и при различной реакции среды. Резко снижается аммонификация только в анаэробных условиях сильнокислых или сильнощелочных почв. Скорость аммонификации зависит также от температуры и влажности почвы. Образующийся NH3 реагирует с органическими и минеральными кислотами почвенного раствора. При диссоциации солей NH4 поглощается ППК, и достаточно прочно закрепляется. аммонийный азот прочно закрепляется в ППК, но остается доступным для растений.

Нитратный азот образуется в результате процесса нитрификации. Окисляется NH3 до нитратов под действием специфических аэробных бактерий – нитрификаторов. Выделятся 2 стадии процесса:1) окисление аммиака до азотистой кислоты бактериями Nitrosamonas, Nitrosocystis и др 2NH3+3O2=2HNO2+2H2O 2) окисление азотистой кислоты до азотной бактериями рода Nitrobacter 2HNO2+O2=HNO3 Образующаяся азотная кислота нейтрализуется катионами Са, Mg и др. находящимися в почвенном растворе или ППК. 2HNO3+Ca(HCO3)2=Ca(NO3)2+2H2CO3 Ca 2H ППК)H + nHNO3=ППК)H + Ca(NO3)2 Mg Mg

Нитратный азот всегда находится в почвенном растворе обладая высокой подвижностью. При возделывании культур нитраты сразу поглощаются растениями. Оптимальные условия для нитрификации: хорошая аэрация, влажность 60-70%, t=25-32, близкая к нейтральной рН, такие условия являются оптимальными и для растений. Таким образом интенсивное накопление нитратов свидетельствует о повышенном накоплении его в почве.

Читайте также:  Что можно сделать из черной смородины

Продуктами аммонификации и нитрификации являются формы минерального азота, поэтому значение имеет регулирование темпов этих процессов. Количество органического вещества участвующего в аммонификации можно повысить внесением органических удобрений. Реакцию среды можно оптимизировать известкованием. Водно-воздушные свойства и температурный режим обработкой и структурой посевных площадей.

Денитрификация – это восстановление нитратного азота до газообразных соединений (N2O, NO, NO2) с участием анаэробных бактерий денитрификаторов Bact. Denitrificans. Наиболее интенсивно протекает денитрификация в анаэробных условиях переувлажненных или переуплотненных почв при щелочной реакции среды рН=6,5-7,5 и избытке органического вещества богатого углеводами. Вместе с тем идет и при оптимальных рН, влажности и аэрации, т.к. внутри почвенных микроагрегатов всегда существуют анаэробные микрозоны. Образующиеся газы основные из которых N2 и N2O улетучиваются из почвы обуславливая тем самым потерю азота. Поэтому необходимо стремиться к снижению интенсивности денитрификации использую агротехнические направленные на поддержание в почве оптимального водно-воздушного режима. На ряду с биологической выделяется и косвенная хемоденитрификация – это образование газообразных форм азота в результате протекающих в почве химических реакций. Существенные потери происходят при разложении HNO2 в кислой среде рН 20:1 т.к. начинается бурное развитие разлагающих их м.о. Среднее отношение углерода к азоту в плазме м.о. 10:1 поэтому для ее формирования нехватает азота имеющегося в составе органических веществ, как следствие поглощают минеральный азот ухудшая условия питания с/х культур. Таким образом при использовании органических удобрений с широким отношением С:N (солома или соломистый навоз) нужно принимать меры для улучшения азотного питания растений и прежде всего вносить азотсодержащие удобрения. В месте с тем иммобилизация это временное явление, после отмирания м.о. их плазма подвергается гумификации и аммонификации. Соответственно поглощенный ими азот закрепляется в виде гумуса или превращается в аммиак и снова становится доступным для растений. Снижение содержания минерального азота может также происходить в результате необменного поглощения (фиксации) катиона NH4 глинистыми минералами с 3х слойной кристаллической решеткой – вермикулит и др. Содержание фиксированного NH4 в пахотном слое колеблется от 130 до 350 кг/га и он практически не участвует в питании растений.

Природные запасы азота в почве образованы большей частью в результате фиксации атмосферного азота симбиотическими и сво- бодноживущими микроорганизмами. Определенная часть содержащегося в почвах сельскохозяйственного назначения азота включает также азот внесенных ранее минеральных и органических удобрений. Неоднородность природных и агротехнических условий обусловливает существенные различия в интенсивности процессов азотона- копления и темпах трансформации разных форм азота в почвах.

Общее количество азота в почвах зависит в основном от содержания в них органического вещества и величины гумусового горизонта, так как практически весь азот почвы депонирован в гумусе. Наибольшее количество гумуса содержится в мощных черноземах, где гумусовый горизонт достигает 1,5—2,0 м, а его запасы составляют 600—900 т/га. В дерново-подзолистых почвах запасы гумуса редко превышают 120—140 т/га в связи с низким его содержанием в почвах и ограниченным гумусовым горизонтом. Подавляющая часть азота в дерново-подзолистых почвах сосредоточена в верхнем горизонте (0-25 см).

Читайте также:  На олеандре белый налет

Гумус в среднем содержит 4—5% азота, однако при длительном использовании почв без внесения органических удобрений его доля в составе гумусовых веществ может возрастать до 6—7 %. Примерно 98% азота пахотного слоя почв входит в состав органических соединений и 2% — в состав минеральных. Содержащийся в почвах аммоний в значительной мере связан необменно в межпакетном пространстве вторичных трехслойных глинистых минералов. В пахотном слое почв доля фиксированного N Н+ от общего азота почвы обычно невелика — 3—5%, в подпахотных горизонтах может достигать 40— 50%. Содержание обменного NH + в ППК редко превышает 0,1 — 0,3% от общего содержания азота. Доля нитратного азота (NO^) в почве сопоставима с долей обменного аммония.

Значительное варьирование содержания нитратов в почвах обусловлено постоянно протекающими процессами аммонификации, нитрификации, денитрификации, применением удобрений, интенсивностью потребления азота растениями и водным режимом. Минеральные соединения азота — нитраты и обменный аммоний характеризуют уровень азотного питания растений.

Скорость минерализации, а следовательно, и доступность растениям азотсодержащих органических соединений, находящихся в почвах, зависит от их химического состава, температуры и влажности. Среднегодовое количество минерализуемого за вегетационный период азота дерново-подзолистой почвы составляет под культурами сплошного сева (пшеницей, ячменем, овсом, травами и др.) примерно 1%, под пропашными культурами (картофелем, свеклой, капустой, кукурузой и др.) — 2%, в парующей почве — 3% от его содержания.

По данным агрохимической службы, в Московской области ежегодно минерализуется 40—60 кг азота с каждого гектара почвы. В южных областях, где преобладают черноземные почвы, ежегодная минерализация азота достигает 90—120 кг/га.

В нейтральных и слабощелочных почвах большая часть (75—95%) минерального азота представлена нитратами. В зависимости от окультуренности почвы содержание нитратного азота в пахотном слое почвы может варьировать в пределах 10-50 мг/кг, что составляет примерно 30—150 кг/га.

Заметное накопление минерального азота в почве, в том числе нитратов, можно наблюдать лишь до посева, в начальный период развития или после уборки растений. В период интенсивного роста растений NH + и N0“ поглощаются корневой системой по мере их образования, в результате чего содержание минерального азота в почве снижается до 5—8 кг/га и без внесения удобрений азот становится лимитирующим фактором.

При определении доз азота удобрений на планируемую урожайность следует иметь в виду, что в условиях хорошего увлажнения и применения агротехники дерново-подзолистые и серые лесные почвы для создания хорошего урожая способны обеспечить около 40—50% необходимого растениям азота, остальное недостающее количество азота должно быть внесено с удобрениями.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector