Особенности аммонийного и нитратного питания растений

В конце XIX в. в агрономической науке ведущую роль занимала теория нитратного питания растений, роль аммиака как источника минерального питания отрицалась.

Причинами этому послужили:

§ опыты в водных культурах: отмечалось хорошее развитие растений на фоне нитратных солей, на фоне аммонийных солей развитие было плохим;

§ открытие процесса нитрификации в почве; что стало основанием считать: при внесении в почву аммонийных удобрений они переходят в нитратную форму, которая усваивается растениями;

§ внесение чилийской селитры (NaNO₃) заметно повышало урожайность культур.

Однако в конце века П.С. Коссович в опытах со стерильными культурами показал, что растения могут также усваивать аммиачный азот без окисления в нитратную форму. К такому же выводы пришел и французский исследователь Мазе в 1900 г. После этого были изучены условия и особенности питания аммонийными и нитратными формами азота. Фундаментальные исследования по этому вопросу провел Д.Н. Прянишников. Он показал, что эффективность использования различных форм азота зависит от реакция среды: в нейтральной реакции лучше поглощается аммонийный азот, при кислой – нитратный.

В начальные фазы роста существенное значение имеют биологические особенности. При прорастании семян с небольшим запасом углеводов, например, у сахарной свеклы, а, следовательно, органических кетокислот, избыточное поступление аммония в растения оказывает негативное действие. Аммонийный азот не успевает использоваться для синтеза аминокислот, накапливается в тканях растения и вызывает их отравление. В данном случае используют нитратные формы азотных удобрений, так как они также накапливаться в тканях растений, но не причиняют вреда. Семена и посевной материал с большим запасом углеводов, например, картофель, используют аммонийный азот для синтеза аминокислот без ограничений. Поэтому для таких культур аммонийная и нитратная формы в начальные стадии роста равноценны.

На поглощение нитратного и аммонийного азота влияет обеспеченность другими элементами питания. Повышенное содержание в почве калия, кальция и магния способствует поглощению аммония. При нитратном питании значение имеет обеспеченность растений фосфором и молибденом. Дефицит молибдена приводит к задержке восстановления нитратов до аммиака и способствует накоплению нитратов в тканях растений.

Учитывая, что аммонийная форма азота при поступлении в растения может сразу использоваться для синтеза аминокислот, тогда как нитратная только после восстановления до аммиака, аммоний более энергетически экономной формой.

Круговорот и баланс азота в земледелии

Минеральные соединения азота в почве подвижны. Их запас и трансформация являются результатом многочисленных, часто взаимозависимых физических, физико-химических и биологических процессов круговорота азота.

В целинных почвах естественных биоценозов протекает замкнутый цикл круговорота азота и других биогенных элементов.

Он включает приходные статьи:

§ поступление азота с растительным опадом и остатками корней;

§ экскрементами и останками животных;

§ биологическую фиксацию атмосферного азота микроорганизмами;

§ поступление с атмосферными осадками (образование NO₃^– и NН₄⁺ под действием грозовых разрядов и промышленные выбросы).

Расходные статьи:

§ потребление азота растениями;

§ инфильтрация;

§ денитрификция;

§ потери от водной и ветровой эрозии;

§ иммобилизация азота – превращения минерального азота в органический, (в этом случае азот не теряется, а переходит в недоступную для растений форму).

Соотношение приходных и расходных частей в круговороте азота составляет баланс этого элемента. В случае превышения расхода над накоплением он отрицательный, при превышении поступления над расходом – положительный, при равенстве частей баланса – уравновешенный, или нулевой.

Для природных биоценозов обычно характерен уравновешенный баланс азота и других биогенных элементов. Потери от вымывания и денитрификации компенсируются его поступлением с осадками и биологической азотфиксацией.

В результате распашки почв азотный режим претерпевает изменения: расходные части баланса резко возрастают. Большое количество азота отчуждается с сельскохозяйственной продукцией. Интенсивная обработка почвы приводит к усилению минерализации органического вещества, увеличению потерь за счет инфильтрации, денитрификации и эрозии.

В условиях достаточного и избыточного увлажнения, орошения, особенно на легких почвах, увеличивается расход нитратов на вымывание вместе из корнеобитаемого слоя в дренажные воды. Суглинистые и глинистые почвы, богатые гумусом, лучше удерживают воду, поэтому вымывание нитратов незначительное – до 3-5 кг/га нитратного азота в год. На легких по гранулометрическому составу, особенно в паровом поле, потери нитратного азота от вымывания достигают 20-30 кг/га в год.

Потери газообразных форм азота от денитрификации составляют также имеют существенное значение. Процесс денитрификации протекает в анаэробных условиях. Логично предположить, что распашка устраняет эти условия, однако, разрыхленная почва состоит из отдельных структурных агрегатов (комков) разного размера. Внутри каждого почвенного агрегата создаются анаэробные условия, и тем интенсивнее, чем больше непоглощенных растениями нитратов накапливается.

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.

⇐ Предыдущая1234Следующая ⇒

Поделиться: