Роль азота в питании растений. Стр 1 из 4Следующая ⇒ Лекция 3. АЗОТНЫЕ УДОБРЕНИЯ   Роль азота в питании растений. Содержание азота в почвах и динамика его соединений. Виды и формы азотных удобрений. Применение азотных удобрений под отдельные культуры. Роль азота в питании растений Азот – химический элемент, инертный газ без цвета и запаха, открыт французским химиком Лавуазье во второй половине XVIII в., является основным компонентом атмосферного воздуха (78, 08). Название означает «нежизненный», так как не поддерживающий горение и дыхание. Однако, дальнейшие исследования показали огромную роль азота в жизни растений и всего органического мира. Азот входит в состав: § белков, пептидов и аминокислот, которые являются составной частью протоплазмы и ядра растительных клеток; § нуклеиновых кислот (ДНК и РНК) – носителей наследственных свойств живых организмов и участвующих в обмене веществ; § молекул хлорофилла; § ферментов; § фосфатидов; § гормонов; § большинство витаминов. Азотное питание растений Все ферменты – белковые вещества, поэтому при недостаточном снабжении растений азотом синтез ферментов замедляется, что приводит к нарушениям в процессах биосинтеза, обмена веществ, в итоге, к снижению урожая. Регулирование азотного питания растений, можно влиять на урожайность сельскохозяйственных культур с учетом других факторов жизни. Максимальный урожай достигается при достаточном обеспечении растений всеми условиями их роста. Академик Д.Н. Прянишников писал, что вся история земледелия в Западной Европе говорит о том, что главным условием, определяющим среднюю высоту урожаев в разные эпохи, была степень обеспеченности сельскохозяйственных растений азотом. Оптимальное азотное питание способствует синтезу белковых веществ, растения образуют мощные стебли и листья с интенсивной зеленой окраской. Мощный ассимиляционный аппарат позволяет накапливать большее количество продуктов фотосинтеза, повышая урожайность и, как правило, его качество. Одностороннее избыточное питание азотом, особенно во второй половине вегетационного периода, приводит к задержке созревания растений; образуется большая вегетативная масса, урожай репродуктивных органов но не успевает сформироваться. Недостаток азота приводит к сильному замедлению роста растений. Прежде всего сказывается на развитии вегетативной массы: листья становятся мелкими, светло-зелеными, раньше желтеют, стебли тонкие, слабо ветвятся. Снижается формирование репродуктивных органов, урожай резко снижается. Азотное голодание у злаковых культур приводит к ослаблению кущения, уменьшается количество зерен в колосе, снижается белковость зерна. Содержание азота в растениях По химическому составу, на долю азота в растениях приходится 0, 5-5, 0 % воздушно-сухой массы, основное количество приходится на семенах. Содержание белка четко коррелирует с количеством азота в растениях. В вегетативных органах содержание азота ниже: в соломе бобовых 1, 0-1, 4 %, в соломе злаковых 0, 45-0, 65 %. Еще меньше азота накапливается в корне-, клубнеплодах и овощных культурах: картофель (клубни) 0, 32 %, сахарная свекла (корни) 0, 24 %, капуста 0, 33 % сырого вещества. Содержание азота в растениях зависит от возраста, почвенно-климатических условий, питательного режима, в частности обеспеченности питательными элементами. Таблица 1 Содержание белка и азота в семенах различных культур, % Культура Белок Азот Соя 29 5.8 Горох 20 4.5 Пшеница 14 3.5 Рис 7 1.2 Содержание азота в молодых вегетативных органах выше. По мере старения азотистые вещества мигрируют в появляющиеся листья и побеги. Таблица 2 Содержание азота в вегетативной массе зерновых культур по фазам развития, % на воздушно-сухое вещество Культура	Фаза развития
кущение	трубкование	колошение	цветение
Озимая пшеница	5.0-5.4	3.0-4.5	2.1-2.5	2.0-2.4
Яровая пшеница	4.5-5.5	3.0-4.4	2.5-3.0	1.8-2.5
Овес	5.5-5.9	2.9-3.9	2.2	1.3-1.7

Поступление и трансформация азота в белковые вещества

Темпы накопления органических веществ растениями опережают поступление азота и других питательных веществ. Происходит «ростовое разбавление» содержания питательных элементов. При созревании отмечается выраженное передвижение азота в репродуктивные органы, где они накапливаются в виде запасных белков.

В основном азот поступает в растения в нитратной и аммонийной форме, но также способны усваивать некоторые растворимые органические соединения, например, мочевину, аминокислоты, аспарагин.

Из поступающих из почвы в растения соединений азота только аммиак непосредственно используется для синтеза аминокислот. Нитраты и нитриты включаются в синтез аминокислот только после восстановления в тканях растений.

При избытке, часть нитратов поступает в неизменном виде в листья, где восстанавливается по той же схеме.

Опыты с использованием меченых атомов показывают, что уже через несколько минут после подкормки растений аммиачными удобрениями, в тканях могут обнаруживаться аминокислоты, синтезированные из внесенного в подкормку аммиака. При этом первой образующейся аминокислотой является аланин, затем аспарагиновая и глутаминовая кислоты.

Нитратный азот может накапливаться в растениях в больших количествах, без причинения им вреда. Аммиак в свободном виде в тканях содержится в незначительных количествах. Его накопление, особенно при недостатке углеводов, приводит к аммиачному отравлению растений.

Однако растения имеют способность связывать избыток свободного аммиака: его часть вступает во взаимодействие с синтезированными аспарагиновой и глутаминовой аминокислотами, образуя соответствующие амиды – аспарагин и глутамин:

На долю небелкового органического азота в растениях приходится 20-26 % от общего количества. В неблагоприятных условиях, например, при дефиците калия или недостаточном освещении, количество небелковых азотистых соединений возрастает.

За все время вегетации растения синтезируется большое количество белковых соединений, причем в разные периоды роста обмен азотистых веществ происходит по-разному.

При прорастании семян, клубней, луковиц наблюдается распад запасных белков. Продукты распада расходуются на синтез аминокислот, амидов и белков в тканях проростков до выхода их на поверхность почвы. Затем, по мере формирования корневой системы и листового аппарата, синтез белков протекает за счет минерального азота, поглощаемого из почвы.

В молодых растениях преобладает синтез белков. В процессе старения растений начинает преобладать распад белков. Продукты распада из стареющих органов мигрируют в молодые, интенсивно растущие органы, где используются для синтеза новых белков в точках роста. По мере созревания растений и формирования репродуктивных органов, белковых веществ распадаются в вегетативных частей, продукты распада перемещаются в репродуктивные органы, где используются для образования запасных белков. К этому моменту поступление азота в растения из почвы существенно замедляется или полностью прекращается.

Содержание азота в почвах и динамика его соединений

 

На долю азота приходится около 16-18 % массы растительных белков. В пахотном слое (0-25 см) разных почв количество его варьирует в широких пределах.

Содержание азота в земной коре, по данным А.П. Вноградова, 2, 3∙ 10^-2 %, а общие запасы его исчисляются десятками миллиардов тонн. Основная часть азота содержится в почве в виде сложных органических соединений.

Кроме того, часть азота земной коры находится в виде необменно-поглощенных ионов аммония и удерживается в кристаллической решетке алюмосиликатных минералов. В пахотном слое разных почв содержание азота колеблется в широких пределах (от 0, 05 до 0, 5 %).

Общее содержание азота в почвах зависит от содержания в них органических веществ: больше всего азота в наиболее богатых гумусом мощных черноземах, а меньше − в бедных гумусом дерново-подзолистых почвах и сероземах.

Однако обеспеченность сельскохозяйственных растений азотом зависит не столько от валового содержания его в почве, сколько от содержания усвояемых растениями минеральных соединений. Основная масса азота в почве, содержащаяся в различных органических соединениях (94-95 %) или в форме аммония, необменно-фиксированного глинистыми минералами (3-5 %), недоступна или трудно доступна растениям. Только малое количество азота (около 1 %) содержится в легко усвояемых растениями минеральных формах (NO₃^- и обменного NH₄⁺ ). В связи с этим нормальное обеспечение растений азотом зависит от скорости минерализации азотистых и органических соединений.

В почве разложение органических и превращение минеральных соединений происходит благодаря следующим процессам:

1) аммонификация;

2) нитрификация;

3) денитрификация.

Аммонификация – распад азотистых органических веществ почвы до аммиака. Она осуществляется обширными группами аэробных и анаэробных микроорганизмов. Аммонификация происходит во всех почвах при разной реакции среды, в присутствии воздуха и без него, и не зависимо от влажности почвы.

Нитрификация – существляется группой специфических бактерий, для которых это окисление является источником энергии. Сущность нитрификации была изучена С.Н. Виноградовым. Он выяснил, что в окислении аммиачных солей до азотистой кислоты (первая фаза) принимают участие бактерии рода Nitrosomonas, Nitrosocystis и Nitrosospira, а до азотной кислоты (вторая фаза) − бактерии рода Nitrosobacter.

При хорошем доступе воздуха, влажности почвы 60-70 % капиллярной влагоемкости, температуре 25-32 °С и рН 6, 2-8, 2 нитрификация протекает интенсивно и основная масса аммиачного азота быстро окисляется до нитратов.

Денитрификация − процессу восстановления нитратного азота до газообразных форм (NO, N₂O, N₂ ). Денитрификации может подвергаться часть нитратов в процессе нитрификации. В результате этого происходят потеря азота из почвы. Осуществляется денитрификация обширной группой бактерий-денитрификаторов (Bact. denitrificans, Bact. stutzeri, Bact. fluorescens и др.). Этот процесс особенно интенсивно развивается в условиях, когда в почве отсутствует воздух, почва имеет щелочную реакцию и в избытке органическое вещество, богатое клетчаткой, глюкозой или другими углеводами. Денитрифицирующие бактерии быстро окисляют углеводы до СО₂ , используя для этого кислород нитратов.

Баланс азота в земледелии

Баланс складывается из прихода и расхода.

Расход:

1. Использование азота растениями 40-50 %;

2. Вынос с урожаем. Зависит от биологических особенностей культуры (0, 3-8 кг/ц);

3. Газообразные потери 10-30 % от общего прихода;

4. Потери от вымывания. Зависят от грансостава почвы: на суглинках – 5 кг/га, на супесях – 16 кг/га, от степени эродированности: на слабоэродированных – 10 кг/га, среднеэродированных – 20 кг/га, сильноэродированных – 30 кг/га;

5. В результате иммобилизации (переход в недоступное состояние) потери составляют 20-30 % от прихода. Процесс иммобилизации зависит от форм и доз азотных удобрений. При внесении амидных и аммиачных форм удобрений – иммобилизация выше в 2 раза, чем при внесении нитратных форм. Также уровень иммобилизации зависит от степени гумусированности почвы, чем она выше, тем интенсивнее процесс иммобилизации, от соотношения азота и углерода, чем оно уже, тем активнее процесс.

Приход:

1. Органические и минеральные удобрения;

2. С семенами: зерновые – 4-6 кг азота, зернобобовые – 8-15 кг азота;

3. Атмосферные осадки (2-30 кг/га);

4. Не симбиотическая фиксация азота – 10-15 кг/га;

5. Азот бобовых культур (1 ц клевера – 1 кг азота);

6. Корневые остатки.

В целом по республике отмечается отрицательный баланс по азоту.

Рис.1 Классификация азотных удобрений

Азотные удобрения могут иметь смешанные формы, например, аммиакаты. В отдельную группу выделяют медленнодействующие формы, такие как мочевино-формальдегидные и капсулированные удобрения. Азот может входить как в однокомпонентные продукты с.-х. назначения, так и в комплексные. Все МУ, которые его содержат, отличаются по количеству находящегося в них N (аммофосе, нитроаммофосе, нитроаммофоске и др.). Необходимость выпуска такого количества видов азотосодержащих удобрений обусловлена различными почвенными и климатическими характеристиками, биоособенностями сельхоз культур и экономическими факторами.

Аммонийные удобрения

Сульфат аммония (аммоний сернокислый ) (NH₄)₂SO₄ . Популярная азотно-серная подкормка, объем N в которой составляет 21 %, а S – 24 %. Поэтому одновременно выступает источником и азото-, и серопитания.

Отличается хорошим растворением в водной среде и незначительной гигроскопичностью. Использование возможно на черно- и сероземной почве для различных с.-х. культур, начиная от картофеля и заканчивая цитрусовыми.

Специфика (NH₄)₂SO₄ как аммонийного удобрения состоит в том, что его допустимо вносить осенью, под зяблевую вспашку.

Растения хорошо усваивают азот из этого продукта. Важнейшее качество – незначительная миграция, поскольку земля интенсивно поглощает аммонийный катион, это препятствует вымыванию действующих элементов. Ввиду этого, удобрение особенно рекомендовано использовать на легких почвах, при обработке способом орошения, то есть при присутствии вероятной опасности азотопотери из-за миграционных факторов.

Однако здесь есть и обратная сторона медали. Так как почва аммоний поглощает, а его подвижность небольшая, он может локализироваться в месте внесения, молодые растения, у которых корневая система развита слабо, могут плохо усваивать это вещество. К тому же, если N будет активно насыщать молодые побеги, в которых невелик углеводный запас, не исключено токсическое воздействие на растение, в целом.

Кстати, аммонийный азот не всегда остается таковым. Проходит время – и он трансформируется в нитратный. Необходимо учитывать, что сернокислый аммоний физиологически кислый. Если внести раз правильную дозу, почва не подкислится. Однако при систематическом задействовании чрезмерного подкисляющего эффекта не избежать.

Хлорид аммония (аммоний хлористый), (NН₄Сl.

Азот составляет примерно четверть данного продукта, которому свойственно отличное растворение в воде и быстрое растворение после попадания в грунт. Гигроскопичность его небольшая, а поэтому и слеживание при хранении не наблюдается.

При использовании не стоит забывать о большом проценте хлора в его составе (67 %). Часть растений, в частности картофель, табак и цитрусовые, очень восприимчива к такой концентрации. Поэтому для них лучше подобрать иное удобрение. Если, все же, собираетесь использовать хлорид аммония, берите уменьшенные дозы.

Как и предыдущее вещество, данная аммиачная подкормка отличается физиологической кислотностью. Поэтому многократное использование аналогично приводит к значительному подкислению почвы. Схожесть с сульфатом аммония состоит и в доступности для растений, и в подвижности компонентов в почве, и во времени применения.

Что касается нитрификации, то она происходит медленнее. Причина этому – воздействие хлора на функционирование соответствующих бактерий.

Карбонат аммония (аммоний углекислый), (NН₄)₂СO₃.

Это – кристаллическое вещество белого цвета, получают пропусканием углекислого газа через водный раствор аммиака с последующим выпариванием образующейся соли.

Карбонат нестоек, на открытом воздухе может разлагаться с выделением аммиака и образованием гидрокарбоната аммония. Технический продукт содержит 21-24% азота, представляет собой смесь карбоната, гидрокарбоната и карбамата аммония. Поскольку это вещество не отличается высокой стойкостью, при внесении обязательна его оперативная заделка в почву.

Бикарбонат (гидрокарбонат) аммония, NН₄НСO₃.

Гидрокарбонат, или бикарбонат, аммония получают адсорбцией газообразного аммиака и углекислого газа раствором карбоната аммония. Содержит около 17 % азота. Обладает относительно большей стойкостью, чем карбонат, но также имеет потери аммиака при хранении, транспортировке и внесении. При поверхностном внесении его следует сразу заделывать в почву.

Карбонат (NH₄)₂CO₃ и гидрокарбонат (бикарбонат) аммония NН₄НСO₃ применяют в качестве удобрения в небольших количествах.

Амидные удобрения

Мочевина (карбамид), СО(NН₂)₂. Наиболее концентрированное из всех азотных, содержит 46.7 % азота, одно из самых концентрированных твердых азотных удобрений. Мега эффективное и безбалластное, ввиду чего объяснять его популярность излишне. Растворение в воде, как и смешивание с иными удобряющими материалами – отличное.

Мочевина представляет собой белое или с желтоватым оттенком кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде: при 20 °С в 100 см³ воды растворяется 51, 8 г карбамида. Отличается сравнительно небольшой гигроскопичностью; при 20 °С по гигроскопичности близок к сульфату аммония, при более высоких температурах поглощает влагу сильнее. При хранении может слеживаться.

Выпускается в гранулированном виде с гранулами размером 1-З мм. При грануляции может покрываться гидрофобными добавок. Гранулированная мочевина обладает хорошими физико-механическими свойствами, практически не слеживается, сохраняет сыпучесть и рассеваемость.

Действие этого продукта наблюдается на нейтральном и известковом грунте (со снижением кислотного уровня). На кислом не обойтись без задействования нейтрализаторов.

И на открытых плантациях, и в теплицах карбамид используют весной и летом. Почему не осенью? Потому что данному веществу свойственна значительная подвижность, следовательно, вымывание в условиях открытого грунта. А в закрытом не исключена аммиачная интоксикация.

Мочевину используют в качестве основного удобрения на всех типах почв под любые культуры. В условиях богарного земледелия её эффективность равноценна аммонийной селитре, в орошаемых условиях – сульфату аммония. В условиях промывного водного режима почв мочевина более эффективна, чем аммонийная селитра благодаря тому, что амидный азот быстро превращаясь в аммиачный и поглощается почвой без вымывания из корнеобитаемого слоя.

Карбамид применяют для подкормок озимых культур ранней весной с немедленной заделкой боронованием. Согласно опытам, заделка мочевины даже на 1, 5 см резко сокращает потери аммиака. Мочевину применяют для подкормки пропашных и овощных культур культиваторами-растениепитателями. Однако на сенокосах и пастбищах поверхностное внесение мочевины показывает эффективность на 15-20 % ниже, чем аммиачная селитра ввиду значительных потерь аммиака от аммонификации карбамида.

Мочевина является лучшей формой для некорневых подкормок растений, особенно пшеницы, особенно для повышения белковости зерна, благодаря тому, что она даже в повышенной концентрации (1%-ный раствор) не приводит к ожогам листьев и хорошо усваивается растениями. Карбамид поглощаться клетками листьев в виде целой молекулы и усваиваться растениями как в виде аммиака после аммонификации, так и прямым вовлечением в цикл превращений азотистых веществ. Для внекорневых подкормок желательно применять кристаллическую форму, так как содержание в ней биурета ниже 0, 2-0, 3 %.

Использование карбамида в качестве припосевного удобрения (в рядки) может приводить к замедлению прорастания семян из-за угнетающего действия избытка свободного аммиака.

При внекорневых подкормках карбамид считается одним из лучших. В отличие от нитрата аммония, он не приводит к обжигу зеленой массы и показывает превосходный эффект. Хорошо работает и при основном внесении, и в качестве подкормок.

Чтобы избежать разложения мочевины в почвенном слое под влиянием уреазы, нужно дополнить ее органическими удобрениями. Чтобы предотвратить потери газообразного аммиака при основном внесении – немедленно заделать в почву.

Смешивание допустимо с калийными МУ и суперфосфатом, если тот нейтрализован.

Цианамид кальция, CaCN₂. Содержит 20-21 % азота. Представляет собой легкий порошок черного или темно-серого цвета, пылящийся при рассеве, при попадании в глаза и дыхательные пути может приводить к воспалению. Является физиологически щелочным удобрением, так как содержит до 20-28 % СаО. Заводской технический цианамид содержит примеси угля – 9-12 %, кремневой кислоты, оксидов железа и алюминия.

Систематическое применение его на кислых почвах приводит к улучшению их физико-химических свойств благодаря нейтрализующей кислотность способности и обогащению кальцием. Вносят за 7-10 дней до посева или осенью под зяблевую обработку. В подкормку использовать не рекомендуется, так как в почве цианамид кальция подвергается гидролизу и взаимодействует с поглощающим комплексом с образованием цианамида H₂CN₂, который токсичен для растений.

В качестве удобрения почти не применяется, чаще используют для предуборочного удаления листьев хлопчатника и подсолнечника при уборке на семена.

Аммиачные удобрения

Жидкий аммиак, NH₃^–. Самое концентрированное безбалластное азотное удобрение, содержит 82, 3 % азота. Получают сжижением газообразного аммиака под давлением. Представляет собой бесцветную жидкость плотностью 0, 61 кг/м³ при 20 °С. Температура замерзания -77, 7 °С, кипения -33 °С. При нормальной температуре быстро превращается в газ. При хранении в открытых сосудах аммиак быстро испаряется с сильным охлаждением.

Жидкий аммиак является сильнодействующим отравляющим веществом; смесь с воздухом при объемной концентрации аммиака 15-27 % взрывоопасна. Взрыв может произойти от искры и любого открытого источника огня. При попадании на кожу возникают ожоги, при испарении – обморожения.

В почве жидкий аммиак превращается в газ, адсорбируется почвенными коллоидами и поглощается почвенной влагой. Хорошо растворим в воде: при нормальных условиях (при 20 °С и атмосферном давлении) в 1 объеме воды растворяет 702 объема аммиака.

Скорость и степень адсорбции аммиака почвой определяется емкостью поглощения и влажностью, способом и глубиной внесения. На тяжелых почвах с высоким содержанием органического вещества и нормальном увлажнении поглощение больше, чем на легких, бедных гумусом почвах. На легких или сухих почвах аммиак долго сохраняется в газообразном виде, что приводит к потерям на улетучивание.

После внесения жидкого аммиака в первые дни реакция почвы смещается в сторону подщелачивания до рН=9. В зоне внесения удобрения происходит временная стерилизация почвы, что приостанавливает процесс нитрификации аммонийного азота. Через 1-2 недели микробиологическая активность восстанавливается. В оптимальных условиях полная нитрификация аммиака происходит в течение месяца.

По окупаемости дополнительным урожаем жидкий аммиак сопоставим с твердыми азотными удобрениями, на легких почвах, в условиях орошения или избыточного увлажнения превосходит их.

Аммиачная вода (водный аммиак, гидроксид аммония), NН₃+Н₂O. Представляет собой прозрачную жидкость, иногда с желтоватым оттенком. В водном растворе аммиака всегда присутствует равновесие между поглощенным водой аммиаком и газообразным над поверхностью раствора, что обуславливает его потерю при хранении в открытых сосудах.

Раствор аммиака выпускают двух сортов: первый с содержанием 20, 5 % азота, или 25% аммиака, второй  16, 4 % азота, или 20 % аммиака. Недостатком аммиачной воды является низкое содержание азота, что приводит к росту затрат на транспортировку, хранение и внесение. Поэтому её использование целесообразно в хозяйствах, расположенных недалеко от мест производств удобрения.

Но если соблюдать правила использования и рекомендуемые дозировки, урожайность можно увеличить так же, как и с помощью аммиачной селитры.

Внесение необходимо выполнять вглубь на 10-12 см, если имеется дело с тяжелыми почвами, и на 14-28 см, если с легкими. При поверхностной обработке результата не будет, поскольку аммиак оперативно испарится. Это же касается и неглубокой заделки, преимущественно на легких песчаниках и супесчаниках. Большие потери аммиака наблюдаются и на сухом грунте, чего не скажешь о влажном.

Вносить аммиачную воду можно под разные культуры до посева (под предпосевную культивацию), в осенний период (под зяблевую вспашку) и в качестве подкормки. В последнем случае, чтобы предотвратить ожоги растительных тканей, понадобится заделка в междурядья или на 10-12 см в сторону от растений.

Лекция 3. АЗОТНЫЕ УДОБРЕНИЯ

 

Роль азота в питании растений.

Содержание азота в почвах и динамика его соединений.

1234Следующая ⇒

Поделиться: