Азот в почве: A potentially dangerous Request.Path value was detected from the client (?).

Разное

Содержание

Азот | справочник Пестициды.ru

Многие известные научные открытия были сделаны двумя учеными, которые работали независимо друг от друга, и такие случаи довольно многочисленны. Однако в том, что касается открытия элемента азота, приоритет пришлось отдавать одному из трех известных химиков. Все они выделили азот из воздуха, используя немного различающиеся методики получения, и сделали это практически в одно и то же время, в конце XVIII века.

Англичанин Генри Кавендиш пропускал воздух над раскаленным углем, сжигая кислород, а затем фильтровал его через раствор щелочи, чтобы избавиться от примеси углекислого газа. В итоге он получил газ, не поддерживающий дыхание и горение, и названный им «мефитическим воздухом». Джозеф Пристли поместил в закрытый сосуд горящую свечу и описал образование аналогичного газа, который назвал «флогистированным воздухом». Однако их соотечественник Даниэль Резерфорд оказался более предприимчивым и менее медлительным: получив свой «удушливый воздух», он тут же опубликовал открытие и описал методику получения вещества. В результате все современные школьники знают, что азот был открыт Резерфордом, а заслуги талантливых химиков Кавендиша и Пристли, увы, оказались частично преданы забвению.

Что же касается названия элемента, то его предложил француз Антуан Лоран Лавуазье, и этот термин в полной мере отражает суть наблюдений всех трех ученых, которые впервые изучали его свойства. Слово состоит из двух частей: приставки «а», означающей отрицание, и корня слова «зое», которое переводится с греческого как «жизнь». Безжизненный, не дающий жизнь – вот что «азот» значит в смысловом переводе.

Известный ученый и был прав, и ошибался одновременно. Пусть газообразный азот и не поддерживает дыхания, однако он образует множество органических веществ, из которых построены компоненты живых клеток, в первую очередь, молекулы белка. Это определяет абсолютную незаменимость азота для жизни на Земле и делает его одним из главных макроэлементов живой клетки, наряду с кислородом, водородом и углеродом.[7]

Азот

Азот


Использовано изображение:[10]

Физические и химические свойства

Азот – химический элемент V группы системы Менделеева. Атомный номер – 7, атомная масса – 14,0067. Природный азот составлен из двух стабильных изотопов.[6]

Азот – бесцветный газ, не имеющий запаха.

  • Температура кипения – 195,80 °С,
  • Температура плавления – 210,00 °С.

В воде малорастворим, легче воздуха. Молекулярный азот химически малоактивен. При комнатной температуре взаимодействует только с литием. При нагревании реагирует с кальцием, магнием, титаном. Реакция взаимодействия с водородом проходит под воздействием высоких температур, высокого давления и в присутствии катализатора, с кислородом – при температуре 3000–4000°С.

Наибольшее значение из соединений с водородом имеет аммиак – газ без цвета с характерным запахом нашатырного спирта.

С кислородом азот образует ряд оксидов: закись азота N2O, окись азота NO, диоксид азота NO2, азотистый ангидрид N

2O3.[3]

Содержание в природе

Общее содержание азота в литосфере 1 х 10-2 % по массе. Наибольшая часть данного химического элемента находится в атмосфере в свободном состоянии. Он является главной составной частью воздуха. В атмосфере земли азот составляет 75,6 % по массе и 78,09 % по объему.

В связанном состоянии азот встречается повсеместно: в воздухе, водах рек, океанов и морей. В земной коре образует три основных типа минералов, отличающихся входящими в их состав ионами, – CN-, NO3- и NH4+.

Крупные залежи натриевой селитры NaNO3 находятся в Чили на берегу Тихого океана. Это единственное в мире крупное месторождение, содержащее неорганическое соединение азота.

Элемент входит в состав всех живых организмов. Его содержание обнаруживается в каменном угле (1,0–2,5 %), нефти (0,2–1,7 %). Азот не поддерживает дыхание и горение, однако значение азота в жизнедеятельности растений и животных огромно. В белках его содержится до 17 %. Более того, без азотной составляющей белки не существуют.

[3]

Круговорот азота в природе

Круговорот азота в природе


Содержание азота в различных типах почв

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.

содержат 0,1–0,16 % азота. Количество минеральных соединений (обменно-поглощенного аммония и нитратов) мало – оно не превышает 1–3 % общего содержания данного элемента.

Содержание и запасы азота в метровом слое данных почв суглинистого состава в 2–2,5 раза больше, чем в песчаных. Кроме того, содержание азота снижается в нижележащих горизонтах.

Содержание и запасы азота в дерново-подзолистых почвах, согласно данным:[2]

Глубина взятия образца,

см

Гумус,

%

Общий азот,

%

Запасы общего азота,

т/га

Фиксированный аммоний

мг/кг                % от общ. N

Среднесуглинистая почва на моренном суглинке

4 - 20

2,45

0,179

6,4

51,2

2,9

30 - 40

0,69

0,064

1,4

41,4

6,5

55 - 68

0,32

0,054

2,8

44,0

8,2

90 - 100

0,20

0,031

3,5

33,8

10,9

165 - 175

0,07

0,025

2,3

40,4

16,2

Легкосуглинистая на лессовидном суглинке

2 - 18

1,69

0,119

3,1

46,0

3,9

30 - 40

0,81

0,091

3,7

42,5

4,7

55 - 65

0,51

0,056

3,8

44,0

7,9

102 - 114

0,28

0,320

1,7

37,3

11,7

140 - 150

0,22

0,036

4,7

43,0

11,9

Связнопесчаная, подстилаемая моренным суглинком

5 - 15

1,30

0,070

2,2

14,5

2,1

25 - 35

0,48

0,039

1,2

11,8

3,0

50 - 65

0,14

0,014

0,6

1,7

1,2

80 - 100

0,14

0,021

1,6

18,4

8,8

140 - 150

0,07

0,013

1,1

24,5

18,9

отличаются повышенным содержанием азота.
С увеличением гидроморфности его содержание возрастает. Запасы валовых форм азота в метровом слое временно избыточно увлажняемых почв больше, чем в аморфных: в суглинистых – на 27 %, супесчаных – на 14 %, песчаных – на 11 %. Характерно, что с возрастанием степени гидроморфности почв доля минерального азота снижается, а трудногидролизуемого и легкогидролизуемого – возрастает.[1]. Общий запас азота в пахотном слое может достигать до 15 тонн на гектар.[2] наиболее богаты по содержанию азота – 2,5–5,2 %. Например, в пахотном горизонте (0–25 см) торфяно-болотных почв Беларуси содержание общего азота составляет 16–20 т/га, в верхнем горизонте может накапливаться до 300–500 кг/га минерального азота. Мелиорация торфяно-болотных почв способствует активизации процессов минерализации азота и уплотнения торфа.[1] Азотофиксирующие клубеньки бобовых

Азотофиксирующие клубеньки бобовых


1 – корни сои с клубеньками; 2 – схематичное изображение клубеньков

Использованы изображения:[13][9]

Биохимические функции

Химические соединения – источники азота

– основной источник азота для растений. Кроме того, растения способны усваивать и некоторые из растворимых в воде органических соединений азота: аминокислоты, мочевину, аспарагин.

В тканях растения азотистые соединения подвергаются сложным превращениям, результатом которых становиться образование аминокислот, а затем белков.

– единственное соединение азота, поглощаемое из почвы, которое непосредственно используется для синтеза аминокислот. Аммиак в свободном виде может содержаться в тканях растений, но в незначительном количестве.

Значительное накопление аммиака при недостатке углеводов (источника кетокислот), приводит к аммиачному отравлению растений. Однако растения обладают способностью связывать избыток свободного аммиака. Большая его часть вступает во взаимодействие с ранее синтезированными аспарагиновой и глутаминовой аминокислотами с образованием амидов – аспарагина и глутамина (играют важную роль в синтезе белков). Этот процесс позволяет растениям не только защититься от аммиачного отравления, но и создавать резерв аммиака, который будет использоваться в дальнейшем по мере необходимости.

Симптомы недостатка азота, согласно данным:[5]

Культура

Симптомы недостатка

Общие симптомы

Изменение окраски листа с зеленой до бурой, уменьшение размера листьев, ослаблено ветвление и плодоношение

Злаковые

Ослаблено кущение

Картофель

Рост стеблей и листьев ослабляется, боковые побеги не образуются или мелкие,

Стебли тонкие, прямостоячие, 

Листья нижнего яруса бледно-зеленые, постепенно желтеют и засыхают,

Молодые листья мелкие, светло-зеленые с засохшими и завернутыми краями, 

Клубни интенсивно поглощают хлор и становятся токсичными

Капуста белокочанная и цветная

Цвет листьев нижнего яруса: сначала желтовато – зеленые, затем розовые, оранжевые или пурпурные,

Раннее усыхание листьев,

Кочан мелкий

Томаты

Листья мелкие, зелено-желтые,

Жилки и стебли голубовато-красные,

Плоды мелкие деревянистые, бледно-зеленые, при созревании ярко окрашены

Лук

Рост задерживается, листья короткие, диаметр небольшой, цвет – бледно-зеленый,

Начиная от вершин, краснеют

Огурцы

Новые листья замедляют рост,

Цвет нижних листьев - от бледно-зеленой  до зеленовато-желтой и ярко-желтой окраски,

Стебли тонкие, волокнистые, твердые,

Плоды мелкие, плохого качества

Свекла

Листья удлиненные, мелкие, вертикально расположенные, бледно-зеленые и желтовато-зеленые,

Образование новых листьев

Земляника

Рост листьев останавливается,

Цвет – от светло-зеленого до желтого,

На старых листьях  краснеющие зубчики,

По мере старения зубчики желтеют,

Часть пластины листа отмирает.

Черная смородина

Короткие и тонкие побеги,

Цветение и образование ягод слабое.

Яблоня

Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано,

Рост побегов ослабевает,

Побеги твердые, тонкие, листья мелкие,

Верхушечные почки формируются рано,

Плодовых почек и цветков мало,

Плоды сильно окрашены,

Плоды твердые, грубые, нетипичного вкуса и окраски,

Отличаются хорошей лежкостью

Груша

Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано,

Рост побегов ослабевает,

Побеги твердые, тонкие, листья мелкие,

Верхушечные почки формируются рано,

Плодовых почек и цветков мало,

Плоды сильно окрашены

Вишня

Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано,

Рост побегов ослабевает,

Побеги твердые, тонкие, листья мелкие,

Верхушечные почки формируются рано,

Плодовых почек и цветков мало,

Плоды сильно окрашены

Слива

Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано.

Рост побегов ослабевает,

Побеги твердые, тонкие, листья мелкие,

Верхушечные почки формируются рано,

Плодовых почек и цветков мало,

Плоды сильно окрашены

вовлекаются в синтез аминокислот только после восстановления в тканях растения. Редукция нитратов до аммиака проходит уже в корнях. Этот процесс осуществляется с помощью флавиновых металлоферментов, с сопровождением изменения валентности атомов азота. При поступлении нитратного азота в растения в избытке часть его в неизменном состоянии доходит до листьев, где происходит восстановление нитратов.

Нитратный азот растения могут накапливать в значительных количествах, без особого вреда для собственной жизнедеятельности.

Биосинтез аминокислот (аминирование)

(биосинтез аминокислот) осуществляется в результате взаимодействия аммиака с кетокислотами (пировиноградной, щавеллевоуксусной, кетоглуаровой и др. ). Данные кислоты образуются в процессе дыхания при окислении углеводородов. Аминирование проходит с помощью ферментов.

В аминокислотах азот присутствует в виде аминогруппы – NH2. Образование аминокислот может происходить как в подземной (корнях), так и в наземных частях растений.

Установлено, что уже через несколько минут после подкормки растений аммиачными удобрениями в их тканях обнаруживаются аминокислоты, синтезированные с использованием внесенного в подкормку аммиака. Первой аминокислотой, образующейся в растении, является аланин, затем синтезируются аспарагиновая и глутаминовая кислоты.

Переаминирование аминокислот

Реакция переаминирования аминокислот заключается в переносе аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту. При этом образуются другие амино- и кетокислоты. Эта реакция катализируется ферментами аминоферазами и трансаминазами.

Путем переаминирования синтезируется значительное число аминокислот. Наиболее легко в этот процесс вовлекаются глутаминовая и аспарагиновая кислоты.

Разнообразие белковых и небелковых азотистых соединений

Как указывалось ранее, аминокислоты представляют собой основные структурные единицы белков и полипептидов, поскольку белки образуются из синтезированных в полипептидные цепи аминокислот. Различный набор и пространственное расположение аминокислот в полипептидных цепях способствуют синтезу огромного разнообразия белков. Известно свыше 90 аминокислот. Значительная их часть (около 70) присутствует в растительных тканях в свободном состоянии и не входит в состав белковых молекул.

В состав белков растений входят незаменимые для жизнедеятельности человека и животных белки: лизин, фенилаланин, триптофан, валин, треонин, метионин и другие. В организме млекопитающих и других высших животных данные белки синтезироваться не могут.

Растения содержат 20 – 26% небелкового органического азота от общего количества. В неблагоприятных условиях (дефицит калия, недостаток освещенности) количество небелковых азотистых соединений в растениях повышается.

Дезаминирование аминокислот

Белки и небелковые азотистые соединения находятся в тканях растений в подвижном равновесии. Наряду с синтезом аминокислот и белковых соединений, постоянно проходят процессы их распада.

заключается в отщеплении аминогруппы от аминокислоты с образованием кетокислоты и аммиака. Освободившаяся кетокислота идет на биосинтез углеводов, жиров и прочих веществ. Аммиак вступает в реакцию аминирования других кетокислот, образуя соответствующие аминокислоты. При избытке аммиака образуются аспарагин и глутамин.

Весь сложнейший цикл трансформации и превращения азотистых соединений в растении начинается с аммиака и завершается аммиаком.

Обмен азотистых веществ в различные периоды развития растения

За время роста растения синтезируют большое количество разнообразных белков, и в разные периоды роста процесс обмена азотистых веществ протекает по-разному.

При прорастании семенного материала наблюдается распад ранее запасенных белков. Продукты распада идут на синтез аминокислот, амидов и белков в тканях проростков до выхода их на поверхность почвы.

По мере образования листового аппарата и корневой системы синтез белков проходит за счет минерального азота, поглощенного из почвы.

В органах молодых растений преобладает синтез белков. В процессе старения распад белковых веществ начинает преобладать над синтезом. Из стареющих органов продукты распада движутся в молодые, интенсивно растущие, где и находят применение для синтеза белка в точках роста.

При созревании и формировании репродуктивных органов растения происходит распад веществ в вегетативных частях растений и передвижение их в репродуктивные органы, где они используются в процессах синтеза запасных белков. В это время потребление азота из почвы значительно ограничивается или совсем прекращается.[8]

Недостаток (дефицит) азота в растениях

Азот плохо усваивается растениями при холодной погоде, на кислых неизвесткованных почвах, на почвах, содержащих большое количество небобовых культур и опилок.

Первый признак азотного голодания – изменение окраски листовой пластинки с зеленой на бледно-зеленую, а затем желтоватую и бурую из-за недостаточного образования хлорофилла.

При дальнейшем усилении дефицита азота размер листьев уменьшается. Они становятся узкими, мелкими, располагаются под острым углом к стеблю или ветви. Ветвление у растений ослабляется, уменьшается число плодов, зерен или семян.[5]

Нарушение содержания азота в растениях

Нарушение содержания азота в растениях


1 – недостаток: хлороз, ослабление кущения, отставание в росте у пшеницы;

2 – избыток: увеличение вегетативной массы, яркая окраска листьев у табака.

Использованы изображения:[11][12]

Избыток азота

Избыток азота в молодом возрасте подавляет рост растений. В более взрослом наблюдается бурное развитие вегетативной массы в ущерб запасающим и репродуктивным органам. Снижается урожай, вкусовые качества и лежкость овощей и плодов.

Избыток азота во второй половине лета затягивает рост и созревание, вызывает полегание знаков, ухудшает качество зерна, корнеплодов, фруктов. Понижается устойчивость растений к грибковым заболеваниям. Повышается концентрация в растениях биологически несвязанного азота в виде нитратов и нитритов.

Избыток азота приводит к некрозу тканей растений: хлороз развивается сначала на краях листьев, потом распространяется между жилками, появляется некроз с коричневым окрасом, концы листовых пластинок свертываются, листья опадают.[5]

Содержание азота в удобрениях, согласно данным:[1][4]

 Удобрение

Содержание азота

Нитратные удобрения

Натриевая селитра (нитрат натрия, чилийская селитра), NaNO3

16%

Кальциевая селитра, Са(NО3)2

13 - 15%

Аммонийные азотные удобрения

Сульфат аммония, или сернокислый аммоний, (NH4)24

20,5 - 21%

Хлористый аммоний, NН4Сl

24 – 26%

Аммонийно-нитратные удобрения

Аммиачная селитра

34,6%

Аммиачные удобрения

Безводный аммиак (NH3)

82,3%

Аммиачная вода (NH4OH + NH3)

20,5 и 18%

Амидные удобрения
Карбамид (мочевина) — СО(NН2)2

46%

КАС (карбамид - аммиачная селитра)

28; 30 или 32%

Медленнодействующие азотные удобрения

Карбамид с гумат содержащими добавками

46%

Сульфат аммония с защитным покрытием

20%

Карбамид с полимерным покрытием

не менее 42%

Сульфат аммония с полимерным покрытием

20%

Комплексные азотно-фосфорно-калийные удобрения

Для яровых зерновых культур и картофеля

N:Р2О52О = 16:12:20

Для озимых зерновых культур

N:Р2О52О = 5:16:3

Органические удобрения
Свежий навоз на соломенной подстилке

0,45 – 0,83

Полуперепревший подстилочный навоз

0,50 – 0,86

Торф

0,8 –  3,3

Навозная жижа

 0,26 – 0,39

Птичий помет

0,5 – 1,6

Подстилочный помет

1,6 – 2,22

Содержание азота в различных соединениях

Производство азотных удобрений основывается на получении аммиака из молекулярного азота воздуха и водорода. Источником последнего могут служить природный газ, коксовые или нефтяные газы.

Азотные удобрения подразделяют на шесть групп:

Источником азота для растений служат органические удобрения:

может содержать общего азота 0,45 – 0,83 %, белкового азота 0,28 – 0,35 %, аммиачного азота 0,14 – 0,20 %. В полуперепревшем подстилочном навозе содержится общего азота 0,50 – 0,86 %, аммиачного азота – 0,07 – 0,15%.

Торф также богат азотом. Его содержание колеблется от 0,8 – 1,2% в верховом до 1,0 – 2,3 % в переходном и 2,3 – 3,3 % в низинном торфе. Однако органические соединения азота, присутствующие во всех видах торфа, плохо усваиваются растениями. В связи с эти его применение в чистом виде неэффективно, и расходы на добычу и применение чистого торфа редко окупаются прибавкой урожая.

– наиболее ценное азотно-калийное удобрение. Относится к быстродействующим. В среднем содержит от 0,26 до 0,39 % азота.

Птичий помет, содержит большое количество азота. В зависимости от вида птиц и скармливаемых им кормов, процентный состав азота в птичьем помете колеблется от 0,5 до 1,6 %. Еще богаче азотом подстилочный птичий помет. В зависимости от вида подстилки, он включает в себя от 1,6 до 2,22 % азота.[4]

Способы применения азотных удобрений

Нитратные удобрения

Натриевая селитра (нитрат натрия, чилийская селитра) используется повсеместно на разных почвах и под все сельскохозяйственные культуры для основного и предпосевного внесения – как поверхностного, так и на подкормку.[8]

Кальциевая селитра для большинства растений равноценна натриевой селитре. Исключение – сахарная свекла и корнеплоды. В данном случае удобрение менее эффективно.[8]

удобрения (сульфат аммония, хлористый аммоний) – эффективность использования зависит от степени кислотности и буферности почв и биологических особенностей удобряемых культур. Применяется для основного и предпосевного внесения – как поверхностного, так и на подкормку. [8] – универсальное удобрение. Можно применять под любые культуры, на всех почвах перед посевом, как припосевное удобрение и на подкормку. Наиболее целесообразно использовать для подкормок озимых зерновых культур, пастбищ и сенокосов.[1]применяют как основное допосевное удобрение под все сельскохозяйственные культуры. Вносятся как весной, перед посевом, так и осенью.[1]предпочтительно вносить одновременно с немедленной заделкой в почву под предпосевную обработку, под яровые зерновые культуры, кукурузу. Не рекомендуется вносить в холодную погоду, ранней весной.[1]применяют для основного внесения и подкормок.[8]вносятся в высоких дозах один раз в два-три года. Обеспечивают питание азотом первой и последующих культур.[8]

Страсти по азоту: аммоний или нитрат?

Страсти по азоту: аммоний или нитрат?

Азот является незаменимым элементом для питания любого растения. Не зря его называют «кормильцем человечества», поскольку именно азот - ключевой компонент белка, который, в свою очередь, является основной жизни на нашей планете.

Поэтому переоценить его значение в системе применения удобрений сложно.

Форма азота в удобрении оказывает влияние не только на его усвоение растением, но и на эффективность самого удобрения, а также «диктует» условия наиболее благоприятного применения.
Рассматривая вопрос эффективного менеджмента аммонийного и нитратного азота, должны быть учтены три группы факторов:
1. поведение и превращение разных форм азота в почве;
2. предпочтения растений к источнику азотного питания;
3. экономические и хозяйственно-организационные условия конкретного хозяйства.
Также важным условием является экологическая составляющая данного вопроса, которая, к сожалению, часто недооценивается. Целью любого менеджмента азота должно быть достижение баланса между экономически привлекательным уровнем урожайности культуры и сохранением окружающей среды.
Минеральный азот в почве
Поведение азота в почве достаточно сложно, и понимание процессов его превращения необходимо для достижения высокой эффективности внесенных удобрений.
Трансформация азота в почве происходит под влиянием биологических процессов, которые, в свою очередь, зависят от климатических условий, физических и химических свойств определенной почвы.
Круговорот азота в агроценозе

Биологическое окисление аммония до нитратов носит название нитрификация. Бактерии-нитрификаторы являются облигатными аэробными микроорганизмами, способными жить только в присутствии кислорода, и автотрофами – микроорганизмами, синтезирующими органические вещества из неорганических. Поэтому процесс нитрификации ограничен в анаэробных условиях, создаваемых при избыточном уплотнении почвы и при ее затоплении.
Процесс нитрификации напрямую зависит от почвенных условий и насколько они способствуют развитию нитрифицирующих микроорганизмов. Наиболее благоприятными являются температура выше 20оС (с оптимумом при 26оС), рН почвы в диапазоне 5,5-7,5, достаточное наличие влаги и кислорода.
Нитраты в почве очень мобильны, слабо в ней фиксируются, и на легких почвах могут быть легко вымыты из корнеобитаемого горизонта.
Также нитратный азот способен теряться в газообразном виде после прохождения процесса денитрификации, свойственного для затопленных почв.
Аммоний, в отличие от нитрата, способен обменно поглощаться и удерживаться почвой при неблагоприятных для прохождения нитрификации условиях: низкое значение рН, анаэробные условия (например, при переувлажнении почвы), недостаток органического вещества (как источника углерода для бактерий), сухая почва, низкая температура почвы (угнетающая активность бактерий-нитрификаторов).
При благоприятных условиях, нитрификация аммонийного азота начинается уже через 2-3 дня после внесения удобрения и в среднем занимает 5-6 недель. Параллельно проходит нитрификация и почвенного азота. Поэтому в почвенном растворе концентрация NO3- в среднем в 10 раз превышает концентрацию Nh5+, и это характерно для многих типов почв.
Предпочтения растений к форме азота
Азот является жизненно важным элементом питания растений, обеспечение которым подвластно человеку. Содержание азота в растениях колеблется от 1 до 5% сухого вещества.
Нормальная обеспеченность растений азотом ассоциируется с интенсивным вегетативным ростом и зеленым окрасом. Дисбаланс в питании растений азотом или его избыток по отношению к другим элементам, например, к фосфору, калию, сере, пролонгирует период вегетативного роста и задерживает наступление стадии созревания.
Растения поглощают азот в двух основных формах: в виде нитрат-иона NO3- и в виде иона аммония Nh5+, также небольшое количество азота может поступать в растения в виде мочевины и некоторых других органических соединений. В условиях влажной, теплой и хорошо аэрированной почвы, доминирующим источником азота для растений является нитрат-ион (поскольку в таких условиях активно протекают процессы нитрификации). Аммоний является преобладающим источником азота для растений в анаэробных условиях, например, при выращивании риса.
Преимущественное поглощение растениями нитратного азота связано с тем, что в почве нитраты находятся в почвенном растворе, легко передвигаются с током воды и могут быть легко абсорбированы корнями. Для поглощения же аммония необходим контакт корневого волоска с почвенным поглощающим комплексом, удерживающим Nh5+ в обменном состоянии.
Различен и механизм поглощения разных форм азота: аммоний поглощается растениями путем активного транспорта с помощью транспортных белков-переносчиков, поглощение нитратов происходит с помощью электрического потенциала, создаваемого протонами.
Поглощенные нитраты внутри растения восстанавливаются до аммония, поскольку в азотный метаболизм может вовлекаться азот только в виде Nh5+. На это дополнительно затрачивается энергия, запасенная в результате процесса фотосинтеза. Таким образом, для растения энергетически «выгоднее» поглощение аммонийного азота.
Восстановление нитратов начинается уже в корнях растений (количество зависит от вида растения), но основная их часть восстанавливается в стебле.
Аммоний, как поглощенный растением из почвенного раствора, так и восстановленный уже внутри самого растения из нитратов, далее связывается с органическими кислотами с образованием аминокислот, часть из которых используется растением для построения белков, а также для синтеза других азотсодержащих соединений, в том числе и хлорофилла.
Разные растения для оптимального роста и развития требуют индивидуального соотношения между аммонийным и нитратным азотом. В общих чертах, растения, предпочитающие кислые почвы, лучше усваивают аммонийный азот, тогда как предпочитающие почвы с высокими значениями рН – нитратный.
Например, для большинства овощных культур количество аммонийного азота не должно превышать 15% общей потребности в азоте (что должно быть учтено особенно при выращивании культур на гидропонике). Для большинства однодольных культур преимущество также имеет нитратный азот.
Баланс между формами азота очень важно соблюдать при выращивании рассады. Так, замечено, что аммонийный азот способствует развитию надземной биомассы, в особенности листьев, тогда как нитратное питание обеспечивает лучший баланс между надземной и подземной частями растения (что важно для последующего приживания рассады в поле).
Форма азота должна учитываться, если удобрение вносят при посеве в непосредственном контакте с семенами. Из двух форм минерального азота, токсичное влияние на растения оказывает ион Nh5+, нитратный же азот может накапливаться в растении в достаточно больших концентрациях без негативного влияния на сами растения (в отличие от негативного влияния на животных и человека, употребляющих их в пищу). Как уже было сказано, поглощенный растениями аммонийный азот связывается с органическими кислотами с образованием аминокислот. Если этих самых органических кислот недостаточно, а преимущественным источником азота является аммоний, то может проявляться его токсическое влияние на проростки. Это возможно в случае высева мелкосемянных культур с небольшим количеством запасных органических веществ (например, для свеклы), хотя и другие культуры (например, кукуруза, очень чувствительная к концентрации почвенного раствора в начале вегетации) также могут страдать от избытка аммония. Тут нужно заметить, что сказанное преимущественно касается случаев, когда аммонийный азот вносится в высоких нормах, в особенности на почвах с низкой способностью обменно поглощать катионы.
Выбор источника минерального азота не должен делаться категорически в пользу одного из них. Наилучшие условия для азотного питания растений складываются в присутствии обоих ионов: NO3- и Nh5+ (последнего – в количестве 5-25%). При этом растению легче регулировать внутриклеточное рН.
На поглощение азота растениями оказывают влияние и почвенные условия. Замечено, что нитратный азот лучше поглощается растениями при низких значениях рН, тогда как поглощение аммонийного азота проходит лучше в условиях нейтрального рН и снижается при подкислении.
Форма азота в удобрениях
В удобрениях азот представлен в основном в трех формах: в виде солей аммония, в виде нитратного азота и в виде мочевины. Каждая из форм имеет свои преимущества и свои недостатки, которые должны быть учтены при планировании системы применения удобрений.
Основными преимуществами нитрат-содержащих удобрений по сравнению с аммоний-содержащими можно назвать следующие:
1. Высокая подвижность нитратного азота в почве создает условия для его эффективного поглощения растениями.
2. Нет необходимости немедленной заделки нитрат-содержащих удобрений в почву, поскольку нитраты не летучи и легко мигрируют по профилю почвы с током воды.
3. Нитраты проявляют синергетические свойства по отношению к таким катионам, как K+, Ca2+ и Mg2+ (угнетая при этом поглощение фосфатов), тогда как аммоний конкурирует с ними при поглощении растениями. К слову, это касается не только нитратов, но и других анионов.
4. В отличие от аммонийного азота, нитраты не оказывают подкисляющего действия на почву.
5. Растения, получающие азот в виде нитратов, имеют повышенное содержание органических кислот, что может быть использовано для улучшения вкусовых качеств фуражных и продовольственных растений.
Однако нитрат-содержащие удобрения имеют ряд недостатков, ограничивающих их эффективное применение. Основные из них – это склонность к вымыванию и газообразным потерям азота.
Высокая подвижность нитратов в почве является причиной их высокой склонности к вымыванию из корнеобитаемого слоя почвы. Степень вымывания зависит от ряда факторов, среди которых гранулометрический состав почвы, уровень осадков или интенсивность ирригации, поглощение воды и нитратов растениями. На легких почвах с промывным режимом увлажнения (при орошении и в период избыточного количества осадков) потери азота удобрений могут составлять 10-25%, а иногда и до 50% внесенного количества.
При создании в почве анаэробных условий (весенние паводки, пониженные участки рельефа поля, избыточное орошение) нитратный азот может подвергаться процессу денитрификации – превращения нитратного азота в различные газообразные соединения азота, которые могут теряться в атмосферу и приводить к непродуктивным потерям внесенного азота. В насыщенных влагой почвах при температуре 12-15оС до 25% азота может быть потеряно уже в первые 10 дней. При повышении температуры потери возрастают.
Кроме того, последние исследования доказывают, что денитрификация может протекать (хотя и менее интенсивно) и в аэробных условиях, поскольку в почве всегда есть микрозоны с низким окислительно-восстановительным потенциалом. Наиболее интенсивно денитрификация протекает в плодородных почвах при слабокислой реакции почвенного раствора.
Таким образом, на поведение нитратного азота в почве и его поглощение растениями большое влияние оказывают условия увлажнения. Избыток влаги создает условия для вымывания азота и денитрификации. Недостаток влаги замедляет нитрификационные процессы в почве. Поэтому использование нитрат-содержащих удобрений характеризуется бóльшей «непредсказуемостью» результата, чем аммоний-содержащие удобрения.
Основным преимуществом аммонийного азота в удобрениях по сравнению с нитратным является тот факт, что минеральный азот способен обменно (и необменно) закрепляться в почве только в виде иона аммония, таким образом достигается пролонгирование действия удобрений (а, в результате, повышение эффективности и коэффициента использования азота). Постепенно превращаясь в нитратную форму в результате процесса нитрификации, аммонийный азот длительное время обеспечивает растения доступным азотом.
Кроме прямого действия, азот удобрений оказывает косвенное влияние на азотное питание растений через дополнительное использование азота почвы (т.н. «экстра-азот» — азот почвенных запасов, который высвобождается для поглощения растениями при использовании азотных удобрений). При этом аммонийные удобрения оказывают более существенное влияние на мобилизацию почвенного азота по сравнению с нитратными (аммонийная форма азота активизирует деятельность микроорганизмов, участвующих в минерализационных процессах в почве).
Нужно заметить, что при использовании аммонийных или нитратных удобрений, должны быть учтены не только форма азота, но и побочное влияние удобрений на растения, в частности влияние спровоцированного ими изменения рН на доступность других элементов (марганец, молибден, бор, железо и др.).
Нитрат-содержащие и аммоний-содержащие удобрения разнятся по своему влиянию на рН почвы. Так, удобрения, содержащие азот в виде Nh5+, способны подкислять почвенный раствор вблизи гранулы в результате выделения корнями ионов Н+ для сохранения электрического баланса. При поглощении растениями NO3-, рН ризосферы повышается, поскольку восстановление нитратов внутри растений до аммония приводит к образованию ОН- ионов, и растения для сохранения собственного рН баланса либо выделяют в ризосферу анионы (OH- или HCO3-), либо поглощают больше катионов (например, K+, Na+, Mg2+, Ca2+).
Но при оптимальных для нитрификации условиях подкисление почвы при внесении аммонийного азота может быть незаметными, поскольку его превращение в NO3- происходит очень быстро, а поглощение нитратов, в свою очередь, приводит к некоторому повышению рН. Также изменения рН будут мене заметны на высокобуферных почвах.
Кроме прямого действия, изменения рН в ризосферном слое почвы при внесении различных форм азота могут оказать влияние на растворимость и доступность других элементов. Например, подкисление почвенного раствора переводит микроэлементы-металлы в более доступную форму, подщелачивание же снижает их доступность для растений.
Изменения рН почвы будут остро ощущаться преимущественно при использовании технологий нулевой и минимальной обработок почвы, так как азот в этом случае вносится в высоких нормах и концентрируется в верхнем слое почвы.
Для удобрений, содержащих азот в разных формах, влияние на рН зависит от соотношения между разными формами азота. В комплексных NPK удобрениях фосфор оказывает слабое по сравнению с азотом влияние на изменение рН почвенного раствора, калий же практически не оказывает влияния на этот показатель.
Таким образом, форма азота в удобрении должна быть учтена при выборе удобрения и установлении сроков и способов его внесения. Поскольку отечественные аграрии часто не имеют возможности дополнительного внесения азота по вегетации, то единственным его источником остается допосевное внесение.
В случае осеннего внесения удобрений под яровые культуры преимущество будет за удобрениями с аммонийной формой азота, способной фиксироваться почвой и обеспечивать растения азотом более длительный промежуток времени. Это особенно актуально в условиях промывного режима почвы и высокого уровня осадков.
При весеннем внесении под ранние яровые культуры, содержание части азота в виде нитратов желательно, поскольку в это время условия не всегда благоприятны для прохождения процесса нитрификации. При допосевном внесении под поздние яровые культуры принципиальной разницы в форме азота быть не должно, поскольку в это время создаются все условия для быстрого прохождения нитрификации аммонийного азота (занимающего в среднем 1-2 недели).
При посеве часть или весь азот в нитратной форме будет легко доступен молодому растению и окажет положительное влияние на начальный рост. Кроме того, как уже было сказано, высокая концентрация аммонийного азота может оказать негативное влияние на проростки, особенно при внесении высоких норм азота при посеве. Но если припосевное внесение удобрений является единственным сроком, то нитратный азот сможет обеспечить растения только недлительный срок, и в этом случае лучшим вариантом будет присутствие части азота (большей) в аммонийной форме, способного фиксироваться почвой и пролонгировать действие удобрения.
Нитрат-содержащие удобрения будут иметь преимущества при почвенном внесении в период вегетации культуры, поскольку обеспечат быстрый отклик культуры. Также они широко рекомендуются для проведения внекорневых подкормок растений, поскольку, в отличие от аммонийного азота, могут использоваться в достаточно высоких концентрациях без риска ожогов листьев.
И напоследок хотелось бы отметить, что несмотря на теоретические факты усвоения азота и его поведения в почве, при выборе удобрений необходимо руководствоваться и практической целесообразностью.
Во-первых, изменение рН под влиянием азотных удобрений не всегда является негативным фактором: все зависит от характеристик почвы и требований культуры. Так, на карбонатных и засоленных почвах дефицит некоторых элементов (например, P, Zn, Mn, Fe) из-за высоких значений рН может быть до некоторой степени устранен внесением физиологически кислых аммоний-содержащих удобрений, тогда как на кислых почвах дальнейшее подкисление окажет негативное влияние.
Во-вторых, растение поглощает нитратный азот независимо от источника: для него все равно, был ли ион NO3- внесен в почву в виде нитратного удобрения, либо в виде аммония или мочевины, которые в результате также прошли нитрификацию. Более того, в ряде случаев большое количество легкодоступного нитратного азота и стимулируемый им быстрый рост нежелателен.
Именно поэтому с аммонийными и амидными удобрениями применяют ингибиторы нитрификации и уреазы, чтоб замедлить их превращение в легкодоступный («быстрый») нитратный азот, пролонгировать действие удобрений и повысить коэффициент использования азота. Так как период максимального потребления азота растениями наступает в начале фазы интенсивного роста, ингибирование процессов превращения азота в почве сдвигает время его потребления к более желательному для культуры.

Ирина Логинова кандидат сельскохозяйственных наук

Сохранить и приумножить: 3. Здоровье почвы

Сельское хозяйство должно в прямом смысле слова вернуться к корням, заново открыв для себя важность здоровой почвы, использования естественных источников питания растений и разумного применения минеральных удобрений.

Почва – определяющее условие растениеводства. Без нее невозможно ни крупномасштабное производство продовольствия, ни откорм домашнего скота. Поскольку почва – ресурс ограниченный и уязвимый, это драгоценный ресурс, требующий особой заботы от тех, кто его использует. Многие из современных систем управления почвой и растениями являются неустойчивыми. Пример одной крайности: избыточное использование удобрений привело в Евросоюзе к такому накоплению азота (N) в почве, что, по имеющимся оценкам, оно угрожает устойчивости 70 процентов природы1. Другая крайность: в большинстве районов субсахарской Африки недостаточное использование удобрений означает, что питательные вещества, усвоенные сельскохозяйственными культурами из почвы, не пополняются, что ведет к деградации почвы и снижению урожаев.

Как возникла такая ситуация? Главным фактором стал четырехкратный рост населения Земли за последние сто лет, потребовавший фундаментального изменения в управлении почвой и растениями для производства большего количества продовольствия. Эта цель была достигнута отчасти благодаря созданию и масштабному применению минеральных удобрений, особенно азота, поскольку доступность N для усвоения является наиболее важным из факторов, определяющих продуктивность всех основных сельскохозяйственных культур2-5.

До открытия минеральных азотных удобрений понадобились столетия на создание запасов азота в почве6. Однако взрывной рост производства продовольствия в Азии во время «зеленой революции» был в значительной степени обусловлен интенсивным использованием минеральных удобрений, наряду с улучшенным предварительным отбором растений и орошением. Во всем мире использование минеральных удобрений за период между 1960 и 2005 годами выросло в пять раз, с 30 млн. тонн до 154 млн. тонн7. На долю минеральных удобрений приходится 40 процентов прироста производства продовольствия, отмеченного за последние 40 лет8.

Однако применение удобрений, внеся столь значительный вклад в производство продовольствия, дорого обошлось окружающей среде. Сегодня на Азию и Европу приходятся самые высокие в мире нормы расхода минеральных удобрений на гектар земли и самые серьезные проблемы, связанные с загрязнением окружающей среды, вызванным чрезмерным использованием удобрений, включая подкисление почвы и воды, загрязнение поверхностных и подземных водных объектов и возросший выброс мощных парниковых газов. В настоящее время в Китае коэффициент использования азота составляет всего лишь 26-28 процентов для риса, пшеницы и кукурузы и менее 20 процентов для овощных культур9. Остальной азот просто теряется в окружающей среде.

Воздействие минеральных удобрений на окружающую среду определяется управлением – расчетом оптимального количества (сколько удобрения вносится в сравнении с тем, сколько выносится растениями из почвы), методом и сроками внесения. Другими словами, именно эффективность применения удобрений, особенно N и фосфора (P), определяет, является этот аспект управления почвой благом для растений или бедой для окружающей среды.

Задача, следовательно, состоит в том, чтобы отказаться от существующих нерациональных методов и перейти к земледелию, которое может обеспечить надежную основу для устойчивой интенсификации растениеводства. Масштабные изменения в управлении почвой необходимы во многих странах. Рекомендуемые в этой книге новые подходы основаны на работе, проведенной ФАО10-12 и многими другими организациями13-20, и сосредоточены на управлении здоровьем почвы.

Принципы управления здоровьем почвы

Здоровье почвы определяется как: «способность почвы функционировать как живая система. Здоровые почвы содержат многообразное сообщество почвенных организмов, которые помогают бороться с болезнями растений, насекомыми-вредителями и сорняками, образуют полезные симбиотические ассоциации с корнями растений, возвращают в оборот необходимые питательные вещества растений, улучшают структуру почвы с положительными последствиями для способности почвы удерживать воду и питательные вещества и в конечном счете совершенствуют растениеводство»21. К этому определению можно добавить экосистемный аспект: здоровая почва не загрязняет окружающую среду, но, напротив, вносит вклад в смягчение последствий изменения климата, поддерживая или увеличивая свое содержание углерода.

Почва содержит одну из самых разнообразных совокупностей живых организмов на Земле, тесно связанных через сложную трофическую цепь. В зависимости от того, как управляют почвой, она может быть больной или здоровой. Две крайне важных характеристики здоровой почвы – это богатое разнообразие ее биоты и высокое содержание неживого органического вещества почвы. Если содержание органического вещества увеличивается или поддерживается на уровне, достаточном для продуктивного роста растений, есть все основания считать, что почва здорова. Здоровая почва устойчива к массовым появлениям распространяющихся через почву вредителей. Так, растение-паразит стрига (Striga) представляет гораздо меньшую проблему на здоровых почвах22. EvenДаже ущерб, наносимый вредителями, обитающими вне почвы, такими как стеблевые пилильщики, на плодородных почвах меньше23.

В тропиках разнообразие почвенной биоты выше, чем в регионах с умеренным климатом24. Поскольку в будущем сельское хозяйство в тропиках в целом станет развиваться быстрее, тропические агроэкосистемы находятся под особой угрозой деградации почвы. Любой ущерб биологическому разнообразию и, в конечном счете, функционированию экосистемы, в тропиках затронет фермеров, ведущих сельскохозяйственное производство для собственных нужд, сильнее, чем в других регионах, поскольку такие фермеры в большей степени зависят от экосистемы и экосистемных услуг.

Функциональные взаимодействия почвенной биоты с органическими и неорганическими компонентами, воздухом и водой определяют потенциал почвы удерживать и высвобождать питательные вещества и воду и способствовать и поддерживать рост растений. Сами по себе большие запасы питательных веществ не гарантируют высокого плодородия почвы или высокой урожайности растений. Поскольку растения получают большую часть питательных веществ в водорастворимой форме, главная роль принадлежит трансформации и круговороту питательных веществ посредством процессов, которые могут быть биологическими, химическими или физическими. Питательные вещества необходимо доставить к корням растений свободно текущей водой. Следовательно, структура почвы – еще один ключевой компонент здоровья почвы, поскольку она определяет и способность почвы удерживать влагу, и глубину проникновения корней. Глубина проникновения корней может сдерживаться физическими ограничениями, такими как высокий уровень грунтовых вод, наличие подстилающей скальной породы или другими непроницаемыми пластами, а также химическими проблемами, такими как кислотность почвы, засоление, содовое засоление или наличие токсических веществ.

Недостаток любого из 15 питательных веществ, необходимых для роста растений может ограничивать урожайность. Чтобы добиться высокой продуктивности, необходимой, чтобы удовлетворить существующую и прогнозируемую в будущем потребность в продовольствии, крайне важно обеспечить их доступность в почве и внесение оптимальных количеств органических питательных веществ и, при необходимости, минеральных удобрений. Своевременное обеспечение питательными микроэлементами в так называемых «обогащенных удобрениях» является потенциальным средством для улучшения питания растений в случае их нехватки в почве.

Помимо этого, азот можно вносить в почву посредством включения азотфиксирующих бобовых и деревьев в системы земледелия (см. также главу 2, Системы ведения сельского хозяйства). Благодаря глубоко проникающим корням, деревья и некоторые почвоулучшающие бобовые растения способны выкачивать из подпочвы питательные вещества, которые в противном случае никогда не достигли бы сельскохозяйственных культур. Питание растений может быть улучшено другими биологическими ассоциациями – например, микоризой, симбиозом корней растения и грибов, который помогает маниоке получать фосфор из истощенных почв. Там, где такие экосистемные процессы не в состоянии обеспечить питательные вещества в количествах, нужных для высоких урожаев, интенсивное производство будет зависеть от рационального и эффективного внесения минеральных удобрений.

Сочетание экосистемных процессов с рациональным использованием минеральных удобрений формирует основу системы устойчивого управления здоровьем почвы, обладающую потенциалом для производства более высоких урожаев при использовании меньшего количества внешних факторов производства.


Скачать рекламный проспект (PDF, 1.3MB)

Информационный листок № 2

Здоровье почвы: Технологии, позволяющие «сохранять и приумножать»

  • Повышение содержания органической материи в почве в Латинской Америке
  • Биологическая фиксация азота для обогащения N-бедных почв
  • Глубокое внесение мочевины
    под рис в Бангладеш
  • Управление питанием растений в интенсивном рисоводстве
  • Вечнозеленое земледелие в регионе Сахель

Путь вперед

Для улучшения существующей практики земледелия и обеспечения прочной базы для успешного внедрения устойчивой интенсификации растениеводства требуются следующие действия. Ответственность за их осуществление лежит на национальных партнерах, помощь которым оказывает ФАО и другие международные организации.

  • Создание национальных нормативно-правовых актов, регулирующих устойчивое земледелие. Благоприятная политика должна поощрять фермеров к внедрению устойчивых систем ведения сельского хозяйства, основанных на здоровье почвы. Потребуется уверенное руководство, чтобы внедрять и контролировать передовые практические методы, при активном участии мелких фермеров и их сообществ. Правительства должны быть готовы к принятию мер по регулированию методов сельскохозяйственного производства, которые ведут к деградации почвы или представляют серьезную угрозу для окружающей среды.
  • Мониторинг здоровья почвы. Директивным органам и национальным институтам, ответственным за окружающую среду, требуются методы и инструменты для контроля результатов применения сельскохозяйственных методов. Хотя мониторинг здоровья почвы – очень сложная задача, в настоящее время ведется работа по его внедрению в глобальном25 и на региональных и местных уровнях26. Мониторинг последствий сельскохозяйственного производства значительно усовершенствовался в развитых странах, но во многих развивающихся странах только начинается. ФАО и ее партнеры выработали перечень методов и инструментов для задач мониторинга и оценки27. Следует различать ключевые индикаторы качества почвы, требующие незамедлительной разработки, и те, что потребуют долгосрочной разработки28. К первым относятся содержание органического вещества в почве, баланс питательных веществ, разрыв между фактическим и потенциальным урожаями, интенсивность и многообразие землепользования и почвенно-растительный покров. Показателями, которые еще предстоит разработать, являются качество почвы, деградация земли и сельскохозяйственное биоразнообразие.
  • Создание потенциала. Управление здоровьем почвы требует больших знаний и опыта, и для его широкого внедрения необходимо создание потенциала посредством программ подготовки для консультантов и фермеров. Также необходимо повышение, как на национальном, так и на международном уровне, квалификации научных работников для обеспечения усовершенствованных знаний, необходимых для обеспечения усовершенствованного управления качеством почвы в соответствии с ПМВСХ. Директивным органам следует изучить новые подходы, такие как группы поддержки гибкого научно-исследовательского сотрудничества29, которые обеспечат техническую поддержку и стажировки сотрудникам национальных научно-исследовательских институтов, и преобразовать результаты исследований в практические руководства для мелких фермеров. Необходимо укрепить национальный потенциал проведения полевых исследований и сосредоточиться на проблемах территориальной и временной изменчивости, посредством, например, лучшего использования моделирования экосистем.
  • Распространять информацию и пропагандировать выгоды. Любое крупномасштабное внедрение управления здоровьем почвы требует, чтобы вспомогательная информация была широко доступной, особенно по каналам, знакомым для фермеров и специалистов по распространению сельскохозяйственных знаний. Учитывая высочайший приоритет здорового состояния почвы в ПМВСХ, в распространении информации должны участвовать не только национальные газеты и радиопрограммы, но и современные информационные и коммуникационные технологии, такие как мобильные телефоны и Интернет, которые могут быть гораздо более эффективными в информировании молодых фермеров.

Список литературы

1. Hettelingh, J.P., Slootweg, J. & Posch, M., eds. 2008. Critical load, dynamic modeling and impact assessment in Europe: CCE Status Report 2008. The Netherlands, Netherlands Environmental Assessment Agency.

2. Cassman, K.G., Olk, D.C. & Dobermann, A., eds. 1997. Scientific evidence of yield and productivity declines in irrigated rice systems of tropical Asia. International Rice Commission Newsletter, 46. Rome, FAO.

3. de Ridder, N., Breman, H., van Keulen, H. & Stomph, T.J. 2004. Revisiting a “cure against land hunger”: Soil fertility management and farming systems dynamics in the West Africa Sahel. Agric. Syst., 80(2): 109–131.

4. Fermont, A.M., van Asten, P.J.A., Tittonell, P., van Wijk, M.T. & Giller, K.E. 2009. Closing the cassava yield gap: An analysis from smallholder farms in East Africa. Field Crops Research, 112: 24-36.

5. Howeler, R.H. 2002. Cassava mineral nutrition and fertilization. In R.J. Hillocks, M.J. Thresh & A.C. Bellotti, eds. Cassava: Biology, production and utilization, pp. 115-147. Wallingford, UK, CABI Publishing.

6. Allen, R.C. 2008. The nitrogen hypothesis and the English agricultural revolution: A biological analysis. The Journal of Economic History, 68: 182-210.

7. ФАО. 2011. Статистическая база данных ФАОСТАТ (http://faostat.fao.org/).

8. Jenkinson, D.S. Department of Soil Science, Rothamsted Research. Interview with BBC World. 6 November 2010.

9. Miao, Y. , Stewart, B.A. & Zhang, F.S. 2011. Long-term experiments for sustainable nutrient management in China. A review. Agron. Sustain. Dev. (in press)

10. Bot, A. & Benites, J. 2005. The importance of soil organic matter: Key to drought-resistant soil and sustained food and production. FAO Soil Bulletin No. 80. Rome.

11. Dudal, R. & Roy, R.N. 1995. Integrated plant nutrition systems. FAO Fertilizer and Plant Nutrition Bulletin No. 12. Rome.

12. Roy, R.N., Finck, A., Blair, G.J. & Tandon, H.L.S. 2006. Plant nutrition for food security. A guide for integrated nutrient management. FAO Fertilizer and Plant Nutrition Bulletin 16. Rome.

13. Karlen, D.L., Mausbach, M.J., Doran, J.W., Cline, R.G., Harris, R.F. & Schuman, G.E. 1997. Soil quality: A concept, definition and framework for evaluation. Soil Sci. Soc. Am. J., 61: 4-10.

14. USDA-NRCS. 2010. Soil quality - Improving how your soil works (http://soils.usda.gov/sqi/). 15. EU-JRC. 2006. Bio-Bio project: Biodiversity- Bioindication to evaluate soil health, by R.M. Cenci & F. Sena, eds. Institute for Environment and Sustainability. EUR, 22245.

16. Kinyangi, J. 2007. Soil health and soil quality: A review. Ithaca, USA, Cornell University. (mimeo)

17. Vanlauwe, B., Bationo, A., Chianu, J., Giller, K.E., Merckx, R., Mokwunye, U., Ohiokpehai, O., Pypers, P., Tabo, R., Shepherd, K.D., Smaling, E.M.A., Woomer, P.L. & Sanginga, N. 2010. Integrated soil fertility management - Operational definition and consequences for implementation and dissemination. Outlook on Agriculture, 39:17-24.

18. Bationo, A. 2009. Soil fertility – Paradigm shift through collective action. Knowledge for development – Observatory on science and technology (http://knowledge. cta.int/en/Dossiers/Demanding- Innovation/Soil-health/Articles/ Soil-Fertility-Paradigm-shiftthrough- collective-action).

19. IFDC. 2011. Integrated soil fertility management (www.ifdc. org/getdoc/1644daf2-5b36-4191- 9a88-ca8a4aab93cb/ISFM).

20. Rodale Institute. Soils (http:// rodaleinstitute.org/course/M2/1).

21. FAO. 2008. An international technical workshop Investing in sustainable crop intensification: The case for improving soil health, FAO, Rome: 22-24 July 2008. Integrated Crop Management, 6(2008). Rome.

22. Weber, G. 1996. Legume-based technologies for African savannas: Challenges for research and development. Biological Agriculture and Horticulture, 13: 309-333.

23. Chabi-Olaye, A., Nolte, C., Schulthess, F. & Borgemeister, C. 2006. Relationships of soil fertility and stem borers damage to yield in maize-based cropping system in Cameroon. Ann. Soc. Entomol. (N.S.), 42 (3-4): 471-479.

24. Giller, K.E., Beare, M.H., Lavelle, P., Izac, A. & Swift, M.J. 1997. Agricultural intensification, soil biodiversity and agroecosystem function. Applied Soil Ecology, 6: 3-16.

25. Sachs, J., Remans, R., Smukler, S., Winowiecki, L., Sandy, J., Andelman, S.J., Cassman, K.G., Castle, L.D., DeFries, R., Denning, G., Fanzo, J., Jackson, L.E., Leemans, R., Lehmann, J., Milder, J.C., Naeem, S., Nziguheba, G., Palm, C.A., Pingali, P.L., Reganold, J.P., Richter, D.D., Scherr, S.J., Sircely, J., Sullivan, C., Tomich, T.P. & Sanchez, P.A. 2010. Monitoring the world’s agriculture. Nature, 466: 558-560.

26. Steiner, K., Herweg, K. & Dumanski, J. 2000. Practical and cost-effective indicators and procedures for monitoring the impacts of rural development projects on land quality and sustainable land management. Agriculture, Ecosystems and Environment, 81: 147-154.

27. FAO. 2010. Climate-smart agriculture: Policies, practices and financing for food security, adaptation and mitigation. Rome.

28. Dumanski, J. & Pieri, C. 2000. Land quality indicators: Research plan. Agriculture, Ecosystems & Environment, 81: 93-102.

29. Mutsaers, H.J.W. 2007. Peasants, farmers and scientists. New York, USA, Springer Verlag.

ГОСТ 26107-84 Почвы. Методы определения общего азота


ГОСТ 26107-84

Группа С09

___________________________________________________________________
Текст Сравнения ГОСТ 26107-84 с ГОСТ Р 58596-2019 см. по ссылке.
- Примечание изготовителя базы данных.
____________________________________________________________________



Дата введения 1985-01-01



РАЗРАБОТАН Министерством сельского хозяйства СССР

ИСПОЛНИТЕЛИ

С.И.Носов, канд. экон. наук; В.А.Овчинников, канд. техн. наук; А.П.Клопотовский, канд. с.-х. наук; Э.И.Кокурина, канд. с.-х. наук; О.А.Фриева, канд. с.-х. наук; Л.М.Степаненко, канд. с.-х. наук; Г.В.Добровольский, д-р биол. наук, проф; Д.С.Орлов, д-р биол. наук; Л.А.Воробьева, канд. биол. наук; Н.М.Гриндель, канд. биол. наук; С.Г.Самохвалов, канд. с.-х. наук; В.Г.Прижукова, канд. с.-х. наук; А.В.Гличев, д-р экон. наук, проф.; Н.И.Цибизов, канд. техн. наук; С.С.Ружицкая, канд. с.-х. наук; Т.М.Пивоварова, канд. биол. наук; Е.В.Мареева; О.Г.Мосолова; Л.Г.Лейбчик

ВНЕСЕН Министерством сельского хозяйства СССР

Зам. министра А.А.Гольцов

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 2 марта 1984 г. N 661


Настоящий стандарт устанавливает методы определения общего азота в почвах естественного и нарушенного сложения, во вскрышных и вмещающих породах.

Стандарт применяется при выполнении почвенных, агрохимических и мелиоративных обследований и при оценке пригодности нарушенного плодородного слоя почв для землевания.

Стандарт не распространяется на почвы с массовой долей органического вещества более 25%.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ


Пробы почвы должны храниться в помещении, свободном от паров аммиака. Поступающая на анализ почва должна быть предварительно доведена до воздушно-сухого состояния, измельчена, пропущена через сито с круглыми отверстиями диаметром 1-2 мм, хорошо перемешана и распределена по ровной поверхности слоем толщиной не более 1 см. Аналитическую пробу массой 15 г отбирают ложкой или шпателем не менее чем из пяти разных мест, равномерно расположенных по площади, на всю глубину слоя, выбирают из нее видимые глазом корни и полностью пропускают через плетеное проволочное сито с отверстиями ячеек 0,25 мм. Частицы, оставшиеся на сите, измельчают с помощью любых устройств и снова пропускают через сито.

Из аналитической пробы берут две навески почвы для определения гигроскопической влаги по ГОСТ 5180-75.

2. АППАРАТУРА, МАТЕРИАЛЫ, РЕАКТИВЫ


Фотоэлектроколориметр по ГОСТ 12083-78 или другие аналогичные приборы позволяющие работать в интервале длин волн 630-655 нм.

Плитка электрическая по ГОСТ 306-76 или колбонагреватель.

Устройство для нагревания колб Кьельдаля.

Устройство для нагревания пробирок с температурой нагрева не менее 400°С и глубиной погружения не менее 5 см.

Сито с сеткой 025 по ГОСТ 3584-73.

Мерка, вмещающая 4,5 г сухой смеси катализаторов.

Весы лабораторные 2-го класса точности с предельной нагрузкой 200 г и весы лабораторные 4-го класса точности с предельной нагрузкой 1 кг по ГОСТ 24104-80.

Колбы мерные по ГОСТ 1770-74, наливные.

Цилиндры мерные по ГОСТ 1770-74, наливные.

Колбы плоскодонные, конические Кьельдаля по ГОСТ 25336-82.

Дистилляционное устройство каплеуловитель, холодильник шариковый, аллонж изогнутый, воронка капельная по ГОСТ 25336-82.

Дозаторы ШД-115 и ДАЖ-115 или бюретки и пипетки по ГОСТ 20292-74, 2-го класса.

Стаканы и пробирки стеклянные по ГОСТ 25336-82.

Стаканы, чашки выпарительные, ступки и пестики фарфоровые по ГОСТ 9147-80.

Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72, без следов аммиака.

Аммоний хлористый по ГОСТ 3773-72.

Известь хлорная техническая.

Кислота серная по ГОСТ 4204-77, концентрированная, раствор моль/л.

Кислота борная по ГОСТ 9656-76, x.ч., раствор с массовой долей 2%.

Калий йодистый по ГОСТ 4232-74, раствор с массовой долей 2%.

Калий-натрий виннокислый по ГОСТ 5845-79.

Калий сернокислый по ГОСТ 4145-74.

Медь сернокислая по ГОСТ 4165-78.

Метиловый красный по ГОСТ 5853-51, спиртовой раствор с массовой долей 0,4%.

Метиленовый голубой, спиртовой раствор с массовой долей 0,2%.

Натрия тиосульфат по ГОСТ 244-76, раствор моль/л.

Натрия гидроокись по ГОСТ 4328-77, раствор моль/л.

Натрий углекислый безводный по ГОСТ 83-79.

Натрий салициловокислый по ГОСТ 17628-72.

Натрий нитропруссидный.

Перекись водорода по ГОСТ 10929-76, раствор с массовой долей 30%.

Реактив Несслера по ГОСТ 4517-75.

Селен металлический по ГОСТ 5455-74, х.ч.

Соль динатриевая этилендиамин-N, N, N', N'-тетрауксусной кислоты, 2-водная (трилон Б) по ГОСТ 10652-73.

Спирт этиловый ректификованный технический по ГОСТ 18300-72, высшего сорта.

3. ПОДГОТОВКА К АНАЛИЗУ

3.1. Приготовление смеси катализаторов

Смешивают 150,0 г безводного сернокислого калия; 0,25 г металлического селена, 10,0 г сернокислой меди и тщательно растирают в фарфоровой ступке.

3. 2. Приготовление серной кислоты, содержащей селен

Растертый металлический селен растворяют при нагревании в концентрированной серной кислоте из расчета 1 г селена на 200 мл кислоты.

3.3. Приготовление раствора с массовой долей гидроокиси натрия 40%, не содержащего аммиак

О содержании аммиака в растворе гидроокиси натрия свидетельствует желтое окрашивание при прибавлении реактива Несслера. Для удаления аммиака раствор кипятят, затем охлаждают и доводят до нужной концентрации.

3.4. Приготовление смешанного индикатора

Смешивают равные объемы спиртового раствора с массовой долей метилового красного 0,4% и спиртового раствора с массовой долей метиленовото голубого 0,2% или готовят по ГОСТ 4919.1-77.

3.5. Приготовление раствора хлористого аммония с массовой концентрацией азота 0,1 мг/мл

0,382 г хлористого аммония растворяют в небольшом количестве дистиллированной воды без аммиака, переносят в мерную колбу вместимостью 1000 мл и доливают до метки водой, затем перемешивают.

3.6. Приготовление запасного окрашивающего раствора на присутствие аммиака

56,7 г салициловокислого натрия; 16,7 калия-натрия виннокислого; 26,7 г гидроокиси натрия растворяют в 500-700 мл дистиллированной воды. Раствор кипятят 20 мин, чтобы удалить следы аммиака, охлаждают, вводят 0,4 г нитропруссидного натрия и разбавляют до 1 л дистиллированной водой. Хранят в закрытой склянке не более 2-х месяцев.

3.7. Приготовление рабочего окрашивающего раствора

Рабочий окрашивающий раствор готовят в день анализа. К 250 мл запасного раствора по п.3.6 добавляют 1750 мл дистиллированной воды без аммиака, 250 мл раствора гидроокиси натрия с молярной концентрацией моль/л, 4,5 г трилона Б и хорошо перемешивают.

3.8. Приготовление запасного раствора гипохлорита натрия

В стакан вместимостью 500 мл наливают 255 мл дистиллированной воды без аммиака и при перемешивании добавляют 150,0 г хлорной извести. В другой стакан вместимостью 1000 мл наливают 255 мл дистиллированной воды и при перемешивании вводят 105,0 г углекислого натрия. Затем содержимое обоих стаканов смешивают. Масса сначала становится густой, а затем более жидкой. Суспензию оставляют на 1-2 сут, после чего осторожно сливают верхний прозрачный слой в склянку из темного стекла. Раствор можно хранить в холодильнике до 1 года. В приготовленном растворе необходимо определить концентрацию активного хлора. Для этого 1 мл запасного раствора разбавляют дистиллированной водой в конической колбе вместимостью 250 мл до 100 мл. К раствору добавляют 20 мл раствора с массовой долей йодистого калия 10%, 10 мл раствора с массовой долей серной кислоты 10% и оттитровывают выделившийся свободный йод раствором тиосульфата моль/л до исчезновения желтой окраски. 1 мл раствора тиосульфата моль/л соответствует 0,0035 г свободного хлора.

3.9. Приготовление рабочего раствора гипохлорита натрия

Рабочий раствор готовят в день анализа. Запасной раствор по п.3.8 разбавляют дистиллированной водой без аммиака до массовой концентрации свободного хлора 0,12 г в 100 мл.

3.10. Приготовление серии растворов сравнения для фотометрического определения азота

В мерные колбы вместимостью 250 мл из бюретки наливают разные количества раствора хлористого аммония с массовой концентрацией азота 0,1 мг/мл: 0; 2,5; 5,0; 7,5; 10,0; 15,0; 20,0; 30,0 мл. В каждую колбу до половины объема приливают дистиллированную воду без аммиака и по 7 мл концентрированной серной кислоты, содержащей селен. Растворы охлаждают, доливают водой до метки и перемешивают.

3.11. Приготовление растворов шкалы сравнения

Шкалу сравнения готовят в день анализа. Из каждой колбы по п.3.10 дозатором берут 1 мл раствора и переносят в сухую плоскодонную или коническую колбу вместимостью 100 мл. Далее проводят все операции, как с раствором после разложения почвы при фотометрическом методе.

4.

ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА

4.1. Титриметрический метод

4.1.1. Разложение почвы

Для почв с массовой долей гумуса более 2% берут навеску 2,000 г, для почв с массовой долей гумуса менее 2% - 4,0 г. Навеску берут на лабораторных весах и помещают в сухую колбу Кьельдаля вместимостью 100 мл. В колбу вносят меркой 4,5 г сухой смеси катализаторов, приливают дозатором 10 мл концентрированной серной кислоты и перемешивают круговыми движениями, пока вся почва не будет смочена кислотой. Колбу помещают в наклонном положении на электронагреватель в вытяжной шкаф и постепенно доводят содержимое колбы до кипения. Нагрев регулируют так, чтобы пары серной кислоты конденсировались в нижней трети горла колбы. Озоление органического вещества считают полным, когда произошло полное обесцвечивание надосадочной жидкости. После этого кипячение продолжают еще 15-20 мин, затем оставляют для охлаждения при комнатной температуре. Одновременно проводят контрольный анализ без почвы.

4.1.2. Определение азота

После разложения почвы по п.4.1.1 колбу Кьельдаля слегка наклоняют и приливают в нее небольшими порциями при перемешивании круговыми движениями 30-40 мл дистиллированной воды. Суспензии дают отстояться 1 мин и затем переливают надосадочную жидкость в отгонную колбу - плоскодонную колбу из термостойкого стекла вместимостью 1000 мл. Операцию повторяют несколько раз, доводя объем жидкости до половины объема отгонной колбы. В коническую колбу-приемник вместимостью 250 мл вливают мерным цилиндром 20 мл раствора с массовой долей борной кислоты 2%. Добавляют 3 капли смешанного индикатора и присоединяют приемник к шариковому холодильнику через аллонж таким образом, чтобы конец аллонжа был погружен в раствор борной кислоты на 3-5 мм. В отгонную колбу с раствором, осторожно наклонив ее, по стенке горла колбы приливают 80 мл раствора с массовой долей гидроокиси натрия 40%. Жидкости в колбе при этой операции не должны перемешиваться. Не взбалтывая раствор, отгонную колбу присоединяют через стеклянный каплеуловитель к шариковому холодильнику. После этого содержимое колбы тщательно перемешивают круговыми движениями. Допускается приливание гидроокиси натрия через капельную воронку. В этом случае отгонную колбу с раствором сначала присоединяют к дистилляционному устройству, а затем открывают кран капельной воронки для введения гидроокиси натрия. После того, как дистилляционное устройство собрано и обеспечена его герметичность, пропускают водопроводную воду через холодильник. Включают нагревательный прибор и нагревают раствор в отгонной колбе до кипения. Когда раствор из приемника начнет засасываться в аллонж, колбу-приемник опускают так, чтобы конец аллонжа был выше уровня жидкости в приемнике. Отгонку продолжают до тех пор, пока объем дистиллята в приемнике не достигнет 150 мл. Раствор в приемнике титруют раствором серной кислоты моль/л до изменения зеленой окраски индикатора на красно-фиолетовую. Одновременно проводят контрольный анализ на чистоту реактивов.

4.2. Фотометрический метод "индофеноловой зелени" по ЦИНАО

4.2.1. Разложение почвы

Навеску почвы 0,200 г берут на лабораторных весах и помещают в термостойкую пробирку вместимостью 50 мл. В пробирку по стенке приливают 2 мл раствора с массовой долей перекиси водорода 30%, смачивая ею всю навеску почвы. Через 2 мин дозатором приливают 3 мл концентрированной серной кислоты, содержащей селен. Содержимое пробирки перемешивают круговыми движениями, ставят в устройство для нагревания пробирок, помещают его в вытяжной шкаф и постепенно нагревают пробирки до 400°С. Озоление ведут при этой температуре до полного обесцвечивания раствора. Затем раствор оставляют для охлаждения при комнатной температуре и доливают дистиллированной водой до метки на пробирке. При отсутствии термостойких пробирок или нагревательного устройства допускается использование колб Кьельдаля вместимостью 50 мл. В этом случае после озоления органического вещества раствор количественно переносят в мерные колбы вместимостью 50 мл и доливают дистиллированной водой до метки. Одновременно проводят контрольный анализ без почвы.

4.2.2. Определение азота

1 мл прозрачного раствора, полученного при разложении почвы по п.4.2.1, переносят дозатором в сухую плоскодонную или коническую колбу вместимостью 100 мл. К раствору добавляют дозатором 45 мл рабочего окрашивающего реактива по п.3.7 и 2,5 мл рабочего раствора гипохлорита по п.3.9. После добавления каждого реактива раствор перемешивают. Колбу с раствором оставляют на 1 ч для образования устойчивой окраски. Оптическую плотность окрашенного раствора измеряют относительно нулевого раствора в кювете с толщиной поглощающего слоя 1 см при длине волны 655 нм.

5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

5.1. При титриметрическом методе азот рассчитывают по количеству серной кислоты, затраченной на титрование бората аммония. Общий азот в почве () в процентах вычисляют по формуле.

,

где - объем серной кислоты, затраченной на титрование, мл;

- молярная концентрация серной кислоты, , моль/л;

0,014 - молярная масса азота, г/моль;

- масса сухой почвы, г;

100 - коэффициент пересчета на 100 г почвы.

Из полученного результата вычитают количество азота, найденное в контрольном анализе.

5.2. При фотометрическом методе строят градуировочный график. При построении графика по оси ординат откладывают величины измеренных оптических плотностей в растворах сравнения, приготовленных по п.3.11, по оси абсцисс - соответствующие количества азота 0; 0,001; 0,002; 0,003; 0,004; 0,006; 0,008; 0,012 мг. Градуировочный график строят в день анализа так, чтобы прямая проходила как можно ближе к точкам, полученным в результате единичного измерения растворов сравнения. По графику находят количество азота в миллиграммах в анализируемом объеме раствора. Общий азот в почве () в процентах вычисляют по формуле

,

где - количество азота в анализируемом объеме, найденное по графику, мг;

- общий объем раствора после разложения почвы, мл;

- объем раствора, взятый для анализа, мл;

- масса сухой почвы, г;

100 - коэффициент пересчета на 100 г почвы;

1000 - коэффициент пересчета миллиграммов в граммы.

5.3. Массу сухой почвы () в граммах вычисляют по формуле

,

где - масса воздушно-сухой почвы, г;

- гигроскопическая влага, %.

5.4. За окончательный результат принимают единичные определения. Допускаемые расхождения между результатами двух анализов при оперативном контроле воспроизводимости измерений в одной пробе, выполненных в одной лаборатории () и разных лабораториях () с доверительной вероятностью не должны превышать значений:

;

,

где - среднее арифметическое значение сравниваемых результатов измерений, %.


Электронный текст документа
подготовлен АО "Кодекс" и сверен по:
официальное издание
М.: Издательство стандартов, 1984

Содержание нитратной и аммонийной форм азота в почвах санатория «Сосновая роща» и обеспеченность ими растений

Библиографическое описание:

Бусыгин, В. О. Содержание нитратной и аммонийной форм азота в почвах санатория «Сосновая роща» и обеспеченность ими растений / В. О. Бусыгин, А. А. Бунин, Ю. А. Даниленко. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2019. — № 5 (243). — С. 85-88. — URL: https://moluch.ru/archive/243/56065/ (дата обращения: 24.02.2021).



Целью данной статьи является анализ почв санатория «Сосновая роща» на наличие и доступность минерального кремния для растений. В ходе данной работы, с помощью проведённых опытов, была выявлена взаимосвязь между показателем pH почвы и обеспеченностью азотом растений, так же экспериментально было определено содержание нитратного и аммонийного азота и описаны некоторые факторы, влияющие на их содержание в почве. Данная статья будет полезна при разработке мер по сохранению биоразнообразия данной территории.

The purpose of this article is to analyze the soil of the sanatorium «Sosnovaya rosha» for the presence and availability of mineral silicon for plants. In the course of this work, using the conducted experiments, the relationship between the soil pH value and the plant nitrogen supply was found, the content of nitrate and ammonium nitrogen was also experimentally determined and some factors affecting their content in the soil were described. This article will be useful in the development of measures to preserve the biodiversity of the territory.

Сложно переоценить значимость азота как элемента, необходимого для развития растительности, особенно во время интенсивного земледелия. Основные его запасы находятся в газовом составе атмосферы, в молекулярной форме. Так же азот существует в составе соединений, образуя более сложные минеральные и органические формы такие как: азотная кислота, азотистое основание, аммиак и др.

Для нормального функционирования и развития растений необходимо контролировать цикл азота. В противном же случае будут наблюдаться признаки дефицита азота к числу которых относится: слабая ветвистость растений, слабое вызревание, повышенная ломкость побегов. Так же азот контролирует синтез белков и ферментов в организме растений, тем самым влияя на все процессы обмена веществ. [1]

При такой значимости азота в настоящее время стремительно возросла необходимость создания наиболее простых и точных методик его определения и изучения процессов миграции в окружающей среде. Сегодня известно, что основными запасами азота является атмосфера, но основной источник азота для растений находится в почве в органической форме. Следовательно, изучение почвы на наличие и доступность азота является наиболее полезным для повышения жизнеспособности растений. Исходя из вышеизложенного, можно считать, что тема содержания соединений азота в почвах является актуальной на сегодняшний день.

Так как по сравнению с органической формой, доля минерального азота в почве не более 3 %, а так же она является единственной формой способной усваиваться растениями [1] то ее было бы более предпочтительнее определять, считая основным показателем обеспеченности растений, чем органическую форму. Минеральный азот может находится в почве в различных ионных формах: аммония (NH4+), нитрита (NO2─) и нитрата (NO3─). [2] Нитритная форма азота имеет свойство быстро окисляться до нитратов, [3] поэтому его определение не является целесообразным в рамках нашего исследования.

Объектом исследования в данном случае была выбрана почва рекреационной зоны, санатория «Сосновая роща» Курганской области расположенного в поселке «Искра». Основанием выбора данной местности является повышенная антропогенная нагрузка на территорию, что позволяет видеть показатели азота на территории подверженной рекреационной и туристической нагрузки.

Определение нитратной формы азота в данных почвах производилось известным методом Грандваль-Ляжу, с помощью которого можно наиболее просто и точно определить количество нитратного азота в почве. Метод основан на взаимодействии нитратов с дисульфофеноловой кислотой с образованием тринитрофенола (пикриновая кислота), который в щелочной среде даёт жёлтую окраску за счёт образования тринитрофенолята калия (или натрия в зависимости от используемой щёлочи) в количестве, эквивалентном содержанию нитратов. Интенсивность окраски определяют на фотоколориметре.

Определение аммонийного азота проводилось колориметрическим методом, основанным на взаимодействии хлорида аммония с реактивом Несслера, при котором образуется йодистый меркураммоний, окрашенный в желтый цвет. По интенсивности окраски можно судить о содержании аммонийной формы азота.

Полученные данные о содержании минеральных форм азота в почвенных образцах представлены на рис. 1

Рис. 1. Содержание нитратного и аммонийного азота в почвах снт «Сосновая роща»

Анализируя полученные данные можно сделать вывод что почвы санатория обладают недостаточным количеством определяемых форм азота. Особенно это относится к нитратной форме. Причин этому может быть несколько:

  1. Нитраты обладают высокой подвижностью и как следствие могут быть вымыты из почвы.
  2. Может быть замедлен сам процесс нитрификации (переход азота из аммонийной формы в нитрат). Подкисленная и щелочная почва неблагоприятна для нитрификации и способствует накоплению аммония в почве. [4]
  3. Содержание нитратов напрямую зависит от плодородия почвы. Чем выше гумус в почвенном покрове, тем больше будет содержание нитратов.

Наиболее низким показателем нитратного азота обладает образец из побережья озера Горькое. Это скорее всего связано с тем, что в озере находится высокое содержание сульфатов и солей натрия. Данные элементы в повышенной концентрации будут находится и в прибрежных районах влияя на доступность азота. Например, сульфат аммония может существенно подкислять почву, замедляя процесс нитрификации. А возможное повышенное содержание цинка или алюминия выступает катализатором при поглощении растений нитратами. [4]

На основе шкалы, представленной в таблице 1, можно говорить о достаточности содержания аммонийного азота в почвах. При недостаточном количестве нитратного азота, почвы санатория обладают средним количеством аммонийного азота. Если говорить не об содержании, а именно о обеспеченности минеральными формами азота растений, то необходимо учитывать показатель Ph территории. Данные Ph представлены на рис. 2

.

Рис. 2. Показатель Ph почв снт «Сосновая роща»

Таблица 1

Шкала обеспеченности нитратной иаммонийной формами азота почв Западной Сибири (по Гамзикову, 1981)

Содержание NО3, (мг/кг)

Обеспеченность растений азотом

Содержание NH4+ (мг/кг)

Очень низкая

10–15

Низкая

10–20

15–20

Средняя

20–40

>20

Высокая

>40

Главным выводом из рисунка 1, наталкивающим на мысль об обеспеченности минеральной формой азота, является то, что содержание нитратной и аммонийной формы не имеет прямой односторонней зависимости друг с другом. С повышением одной формы, вторая может непропорционально повышаться или понижаться. Следовательно, необходимо учитывать и иные факторы, влияющие на обеспеченность азотом растений. Одним из них является pH среды, фактор, регулирующий интенсивность процессов миграции азота из различных форм. Так как в точках 2 и 4 наблюдается максимальная разница в показателе pH, необходимо было провести их анализ на состав растительности в территории. Было выявлено, что на Поляне Любви находились ягодные растения (черника, брусника, голубика), а у побережья озера наблюдались растения лесостепных и степных сообществ (бобовые). Так как у этих групп растений различная требовательность к содержанию азота и у них будет и различная обеспеченность этим элементом, где связующим звеном выступает в данном случае pH среды. Так растения, произрастающие преимущественно на подкисленной почве более предрасположены к питанию аммонийной формой, которая имеет свойство подкислять среду. [5]

В заключение бы хотелось отметить, что показатель pH среды не является единственным фактором влияющим на обеспеченность азотом растений. При оценке обеспеченности необходимо так же учитывать гранулометрический состав почвы, способность к аэрации, влажность, наличие токсичных элементов и т. д. Учет данных факторов позволит наиболее рационально применять минеральные удобрения для поддержания биоразнообразия и эффективно производить рекультивационные работы поврежденных территорий.

Литература:

1. Кидин В. В., Торшин С. П. Агрохимия.-Учебник МСХА им. К. А. Тимирязева. ООО «Проспект», 2015г

2. Методы биодиагностики наземных экосистем: монография / [К. Ш. Казеев, С. И. Колесников, Ю. В. Акименко, Е. В. Даденко] Южный федеральный университет. –Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2016. -356с.

3. Бусев А. И. Колометрические (фотометрические) методы определения неметаллов. Издательство иностранной литературы.-Москва 1963г.-156с

4. А Шмук, Гаврилов Н. Н. Труды: Динамика режима питательных веществ в почве Пищепромиздат, 1953

5. Страсти по азоту. Азот или нитрат? [электронный источник] режим доступа: http://infoindustria.com.ua/strasti-po-azotu-ammoniy-ili-nitrat/

Основные термины (генерируются автоматически): аммонийный азот, почва, аммонийная форма, нитратный азот, обеспеченность азотом, органическая форма, растение, содержание, содержание нитратов, минеральный азот.

Удобрения: проблемы и решения

В начале ХХ века немецкие химики Фриц Габер и Карл Бош разработали метод получения азота из воздуха и смешивания его с водородом. Это окажется одним из величайших научных достижений века.

Вместе эти два элемента образовали жидкий аммиак, ключевой ингредиент синтетических удобрений, который приведет к беспрецедентному развитию сельского хозяйства и поможет накормить быстрорастущий мир.

Но есть и обратная сторона. За последние 100 лет количество антропогенных соединений азота в воде, почве и воздухе увеличилось вдвое. Этот рост во многом обусловлен широким использованием синтетических удобрений.

Азот необходим для жизни на Земле, но его чрезмерное количество опасно, т.к. он является загрязнителем и отравляет водоемы, растения, животных и людей, способствуя изменению климата из-за выбросов сильного парникового газа – закиси азота. Хотя широкому кругу людей об этом почти неизвестно, эксперты называют избыток азота одной из самых серьезных угроз загрязнения, с которыми сегодня сталкивается человечество.

Фото: Эрик Вэнс

Проблемы

В начале ХIX века в природе почти не было антропогенных соединений азота. Однако спустя годы после прорыва Габера-Боша его уровень благодаря массовому потреблению синтетических удобрений, производству боеприпасов и сжиганию ископаемого топлива, при этом оба создают химически активные формы азота, начал стремительно расти.

По данным Межправительственной научно-политической платформы по биоразнообразию и экосистемным услугам (IPBES), стоки питательных веществ с ферм, приправленные синтетическими удобрениями, отрицательно повлияли на наземные экосистемы. Но больше всего пострадали пресноводные и морские воды. Примерами могут служить периодическое цветение водорослей в озере Эри или лишенные водной флоры и фауны «мертвые зоны» в Мексиканском заливе.

Под угрозой оказалось и здоровье человека. Выбросы аммиака в сельском хозяйстве смешиваются с загрязнением транспортными выхлопными газами, создавая в воздухе опасные твердые частицы и обостряя респираторные заболевания, включая КОВИД-19. По результатам исследования, загрязнение воздуха может стать причиной увеличения смертности, связанной с заболеванием КОВИД-19, на 15 процентов.

Для того, чтобы остановить волну загрязнения азотом, правительства, компании и международные организации, включая Программу ООН по окружающей среде (ЮНЕП), совместно с учеными работают над исследованием угроз от использования азота и повышением информированности об этом.

С этой целью почти год назад государства-члены ООН одобрили Коломбскую декларацию об устойчивом управлении азотом, цель которой – сокращение азотных отходов вдвое от всех источников к 2030 году.

Кроме того, недавно ЮНЕП учредила глобальную кампанию «Сократить вдвое азотные отходы», подчеркнув тем самым, что повышение эффективности использования азота не только способствует достижению целей в области борьбы с изменением климата, защиты природы и здоровья человека, но также дает миру возможность сберечь 100 миллиардов долларов США в год (оценка основана на половине стоимости мировых продаж синтетических удобрений).

Азот для растений: значение, признаки недостатка, источники

Азот – один из самых важных компонентов, необходимых растению. Особую роль азот играет на стадии вегетации и активного формирования корневой системы, и стебля растения.

В этой статье мы рассмотрим: 

- для чего растениям нужен азот; 

- к чему может привести его нехватка; 

- как распознать признаки недостатка азота; 

- в чем содержится азот для подкормки растений; 

- какие азотные удобрения можно использовать в домашних условиях.

Роль азота в жизни растений

Азот жизненно необходим растениям для правильного развития, в первую очередь, корневой системы. Он также влияет на метаболизм растений и является строительным элементом для формирования нуклеиновых кислот и других важных соединений.

Все обменные процессы, происходящие в организме растения, от синтеза хлорофилла до усвоения витаминов активизируются благодаря азоту. Недостаток азота может привести к неполноценному урожаю или даже гибели растения.

В чем содержится азот для растений

Общее содержание азота во "взрослом" растении, в зависимости от культуры, может доходить до 5%. При выращивании в домашних условиях корректировать уровень можно с помощью специального питания удобрениями с азотом для комнатных растений. В естественных же условиях существуют 2 основных источника азота для растений:

  1. земля
  2. воздух

В первом случае растения получают азот из почвы в виде долгого азота (соль аммония) и быстрого азота (нитраты). Соль аммония содержится в почве постоянно, практически из неё не вымывается, необходима на стадии начального развития растения. Нитраты также находятся в земле, но быстро вымываются из неё. Для уменьшения вымывания азота вносится перегной, который заполняет пространство между частицами почвы.

Азот содержится также в атмосферном воздухе, однако, не все растения способны поглощать это вещество в газообразной форме. Здесь на помощь сельскому хозяйству приходит наука, а именно азотфиксаторы - это специальные азотфиксирующие бактерии, которые могут усваивать азот в молекулярном виде непосредственно из воздуха и затем переводить его в подходящий для питания растений вид. Данные бактерии в большом количестве содержатся в корнях бобовых культур.

Признаки недостатка азота у растений

Для определения нехватки азота у растения не требуется специальное биологическое образование или особые познания в сельском хозяйстве. Последствия дефицита видны сразу. Растение выглядит болезненным, меняется цвет листьев, начиная с жилок и прилегающей к ним части листовой пластинки.

При недостатке азота происходит замедление роста растений, ослабляется интенсивность цветения, сокращается вегетационный период, уменьшается содержание белка в растении и как результат снижается урожай.

Восполнение дефицита

Для повышения уровня азота в почве можно использовать калиевую или натриевую селитру, аммиачные или органические удобрения с азотом. Подкормку необходимо осуществлять весной – в активную фазу роста и развития растения. Не рекомендуется вносить данный вид удобрений в средине лета, поскольку это способствует накоплению нитратов в плодах.

Для гидропонного метода выращивания существуют следующие варианты повышения уровня азота:

Минеральные удобрения

Такие, как:

Перечисленные питательные составы могут использоваться для любого типа гидропонной системы, отличаются сбалансированным составом, содержат все необходимые микроэлементы и азот в хелатной форме, что позволяет растению быстро его усвоить и сформировать здоровые стебли, листья и плоды.

Стимуляторы образования корневой системы

В результате использования стимулятора, корневая система увеличивается и разрастается, что помогает растению усваивать большее количество питательных веществ. Делая растения крепче и здоровее, что положительно скажется на будущем урожае.

Заключение и полезное видео

Азот – это жизненно важный элемент для растения. Его недостаток, ровно, как и избыток, приводит к болезням растений и формированию неполноценного урожая. Внимательно относитесь к состоянию здоровья ваших растений и не пускайте все на самотек, если заметите какие-либо проблемы. Ведь вовремя покормить растение и вернуть его к жизни намного проще, чем выращиваться заново.

А в этом видео мы подробно разбираем, как распознать и вовремя устранить дефицит питательных элементов у вашего растения. Удачных вам экспериментов и большого урожая!

Комментарии

Чтобы оставлять комментарии вам необходимо войти под своим аккаунтом. Если вы еще
не зарегистрированы, то можете пройти регистрацию, которая займет всего пару минут.

Стань первым, кто оставил комментарий к этой статье

Обеспечение почвенного азота | Информационные бюллетени

Ключевые моменты

  • Выделение минерального азота при разложении органических веществ является важным источником азота для зерновых культур в Австралии.
  • Подача азота в почву - это лабораторный тест, который отражает выделение минерального азота из органических веществ.
  • Обеспечение почвенным азотом отражает, сколько минерального азота может быть высвобождено из органических веществ, но не то, когда азот будет высвобожден.

Поглощение азота почвой

Растениям требуется больше азота (N), чем любому другому питательному веществу, но только небольшая часть азота в почве доступна растениям; 98% азота в почве находится в органических формах.Большинство форм органического азота не могут усваиваться растениями, за исключением некоторых небольших органических молекул.

Напротив, растения могут легко усваивать минеральные формы азота, включая нитрат и аммиак. Однако минеральный азот в почве составляет только 2% азота в почве. Почвенные микроорганизмы преобразуют органические формы азота в минеральные при разложении органических веществ и свежих растительных остатков. Этот процесс называется минерализацией.

Обеспечение почвенного азота

Обеспечение почвенным азотом - это лабораторный тест, который отражает выделение минерального азота из органических веществ почвенными микроорганизмами.Он измеряется в миллиграммах азота на килограмм почвы (мг / кг) и также известен как потенциально минерализующийся азот. Лабораторный тест прост, но требует много времени.
Значения содержания азота в почве можно отнести к одной из пяти описательных категорий от «очень низкое» до «очень высокое». Чем выше значение содержания азота в почве, тем больше вероятность того, что микроорганизмы в почве превратят больше органического азота в минеральный азот для поглощения растениями.
Однако в почвах с крупной структурой и более высокими значениями содержания азота в почве также более вероятно, что нитраты будут вымываться по профилю почвы вне досягаемости корней растений и, возможно, в водные пути.Промежуточные уровни содержания азота в почве обеспечивают баланс между максимальной доступностью азота для поглощения растениями и минимизацией риска вымывания нитратов.

Уровень содержания азота в почве, который наилучшим образом уравновешивает преимущества и риски, зависит от содержания глины в почве. В песчаных почвах наилучший баланс достигается за счет «умеренного» поступления азота в почву (25-50 мг-N / кг почвы). Напротив, для суглинков и глинистых почв наиболее подходящим является «высокое» содержание азота в почве (50-75 и 75-125 мг-N / кг почвы соответственно).


Рис. 1: Круговорот азота в почве, показывающий роль минерализации в обеспечении доступности органического азота в почве для растений.

Обеспечение почвенным азотом и рост сельскохозяйственных культур

Преобразование органического азота в почве в минеральный азот является важным источником азота, необходимого для сельскохозяйственных культур в сельском хозяйстве Австралии. Например, урожай пшеницы должен потреблять приблизительно 50 кг N / га, чтобы получить средний урожай в Австралии, равный 1.9 т / га. Было подсчитано, что каждый год 2% органического азота в почве превращается в минеральные формы, высвобождая 70 кг минерального азота на гектар - больше, чем общая потребность урожая пшеницы (Angus 2001).

Обеспечение почвенным азотом особенно важно при севооборотах, включающих бобовые культуры и пастбища. Азот в остатках бобовых культур и пастбищ разлагается микроорганизмами и может стать доступным для последующих культур. Например, 20-25% азота, зафиксированного на лечебном пастбище, было преобразовано в минеральные формы азота и усвоено следующей культурой (Angus and Peoples 2012).

В зерноводческих регионах Западной Австралии поступление азота в почву оказывает сильное влияние на рост сельскохозяйственных культур и урожайность зерна. Исследование недалеко от Корригина, Западная Австралия, показало, что можно предсказать 21% конечного урожая зерна, используя азот в почве через шесть недель после посева. Напротив, используя количество внесенных азотных удобрений, можно было предсказать только 10% урожая зерна. Также количество минерального азота в почве через шесть недель после посева не повлияло на урожайность зерна (Murphy et al .2009 г.).

Время выделения азота из органических веществ

Хотя запас азота в почве полезен для оценки того, сколько азота из органических веществ станет доступным для сельскохозяйственных культур, это измерение представляет собой значительную трудность. Обеспечение почвенным азотом оценивает количество азота, высвобождаемого из органических веществ, без предоставления какой-либо информации о том, когда он будет выпущен. Большая часть выбросов азота из органических веществ происходит во время вегетационного периода, обеспечивая стабильную и непрерывную подачу азота в растения.Это связано с тем, что микроорганизмы, ответственные за высвобождение азота из органических веществ, нуждаются в некоторой влажности почвы.

Однако вполне вероятно, что часть азота в почву будет поступать, когда растениям не нужен азот. Когда идут летние дожди, это может привести к превращению значительного количества органического азота в минеральный.

Азот, выделяемый из органических веществ летом, можно рассматривать как предварительное внесение, а в некоторые годы он может быть значительным источником азота.Однако он также подвержен вымыванию, если обильные дожди выпадут до укоренения сельскохозяйственных культур. Тестирование почвы помогает определить ценность этого азота.

Азотсодержание почвы и микроорганизмы

Исследования в викторианских регионах выращивания зерна показывают, что большее количество почвенных микроорганизмов, способных разлагать органические вещества, связано с высоким содержанием азота в почве. К этим микроорганизмам относятся те, которые способны преобразовывать органический азот в доступный для растений минеральный азот и, таким образом, вносить свой вклад в снабжение почвы азотом.

Знание о том, что определенные микроорганизмы напрямую влияют на снабжение почвой азотом (и наоборот), позволяет нам понять, как методы управления влияют на снабжение почвой азотом.

Например, когда пожнивные остатки были заделаны в почву дисковым плугом вместо мульчирования, количество микроорганизмов, способных преобразовывать органический азот в минеральный азот, увеличилось более чем вдвое. В результате расслоенные почвы при посеве содержали вдвое больше азота-нитрата, чем почвы, в которых мульчировали остатки бобовых. Однако мульчированные почвы высвобождали нитрат-N в течение следующего вегетационного периода более постепенно, чем расслаивающиеся почвы.

Дополнительная литература и ссылки

Angus JF (2001) Спрос и предложение азота в сельском хозяйстве Австралии. Австралийский журнал экспериментального сельского хозяйства 41: 277–288.

Angus JF и Peoples MB (2012) Азот с австралийских пастбищ засушливых земель. Земледелие и пастбища 63: 746–758.

Мерфи Д.В., Осман М., Рассел К.А., Дармаванто С. и Хойл Ф.К. (2009) Потенциально минерализуемый азот: связь с производством сельскохозяйственных культур и пространственное картирование с использованием инфракрасной спектроскопии отражения.Австралийский журнал исследований почвы 47: 737–741.

Автор: Дженнифер Карсон (Университет Западной Австралии) и Лори Филлипс (Департамент окружающей среды и первичных производств - Виктория)

Национальная программа мониторинга качества почв финансируется Корпорацией исследований и развития зерновых в рамках второй инициативы по биологии почв.
Участвующие организации не несут никакой ответственности по причине небрежности или иным образом возникшей в результате использования или разглашения этой информации или любой ее части.

Просмотреть все информационные бюллетени

Что такое цикл азота и почему он важен для жизни? · Границы для молодых умов

Аннотация

Азот, самый распространенный элемент в нашей атмосфере, имеет решающее значение для жизни. Азот содержится в почве и растениях, в воде, которую мы пьем, и в воздухе, которым мы дышим. Это также важно для жизни: ключевой строительный блок ДНК, который определяет нашу генетику, необходим для роста растений и, следовательно, необходим для пищи, которую мы выращиваем.Но, как и во всем остальном, ключевым моментом является баланс: слишком мало азота и растения не могут развиваться, что приводит к низкой урожайности; но слишком много азота может быть токсичным для растений, а также может нанести вред окружающей среде. Растения, которым не хватает азота, становятся желтоватыми, плохо растут и могут иметь более мелкие цветы и плоды. Фермеры могут добавлять азотные удобрения для получения лучших урожаев, но слишком много может нанести вред растениям и животным и загрязнить наши водные системы. Понимание азотного цикла - того, как азот перемещается из атмосферы на землю, через почвы и обратно в атмосферу в бесконечном цикле - может помочь нам выращивать здоровые культуры и защищать окружающую среду.

Введение

Азот, или N, если использовать его научную аббревиатуру, представляет собой элемент без цвета и запаха. Азот находится в почве под нашими ногами, в воде, которую мы пьем, и в воздухе, которым мы дышим. Фактически, азот является самым распространенным элементом в атмосфере Земли: примерно 78% атмосферы составляет азот! Азот важен для всех живых существ, включая нас. Он играет ключевую роль в росте растений: слишком мало азота, и растения не могут развиваться, что приводит к низкой урожайности; но слишком много азота может быть токсичным для растений [1]. Азот необходим для нашего питания, но его избыток может нанести вред окружающей среде.

Почему важен азот?

Тонкий баланс веществ, который важен для поддержания жизни, является важной областью исследований, и баланс азота в окружающей среде не является исключением [2]. Когда растениям не хватает азота, они желтеют, замедляют рост и дают более мелкие плоды и цветы. Фермеры могут добавлять азотсодержащие удобрения в свои посевы, чтобы увеличить рост урожая.По оценкам ученых, без азотных удобрений мы потеряем до трети урожая, который используется для производства продуктов питания и других видов сельского хозяйства. Но нам нужно знать, сколько азота необходимо для роста растений, потому что слишком много азота может загрязнить водные пути, нанося вред водным организмам.

Азот - ключ к жизни!

Азот является ключевым элементом нуклеиновых кислот ДНК, и РНК , которые являются наиболее важными из всех биологических молекул и имеют решающее значение для всего живого. ДНК несет генетическую информацию, что означает инструкции по созданию формы жизни. Когда растения не получают достаточно азота, они не могут производить аминокислоты (вещества, содержащие азот и водород и составляющие многие живые клетки, мышцы и ткани). Без аминокислот растения не могут производить особые белки, которые необходимы растительным клеткам для роста. Недостаток азота отрицательно сказывается на росте растений. При слишком большом количестве азота растения производят избыточную биомассу или органические вещества, такие как стебли и листья, но не имеют достаточной корневой структуры.В крайних случаях растения с очень высоким уровнем поглощения азота из почвы могут отравить сельскохозяйственных животных, которые их поедают [3].

Что такое эвтрофикация и можно ли ее предотвратить?

Избыточный азот может также вымываться - или стекать - из почвы в подземные водные источники или попадать в водные системы в виде наземного стока. Этот избыток азота может накапливаться, что приводит к процессу, называемому эвтрофикацией . Эвтрофикация происходит, когда слишком много азота обогащает воду, вызывая чрезмерный рост растений и водорослей.Слишком много азота может даже привести к тому, что озеро станет ярко-зеленым или другим цветом, с «цветением» вонючих водорослей, называемых фитопланктоном (см. Рис. 1)! Когда фитопланктон умирает, микробы в воде разлагают его. Процесс разложения снижает количество растворенного кислорода в воде и может привести к «мертвой зоне», в которой не хватает кислорода для поддержания большинства форм жизни. Организмы в мертвой зоне погибают от недостатка кислорода. Эти мертвые зоны могут возникать в пресноводных озерах, а также в прибрежной среде, где реки, полные питательных веществ из сельскохозяйственных стоков (разлив удобрений), впадают в океаны [4].

  • Рисунок 1 - Эвтрофикация на выходе сточных вод в реке Потомак, Вашингтон, округ Колумбия
  • Вода в этой реке ярко-зеленая, потому что она подверглась эвтрофикации из-за избытка азота и других питательных веществ, загрязняющих воду, что привело к усилению цветения фитопланктона и водорослей, поэтому вода стала мутной и может приобретать разные цвета, например зеленым, желтым, красным или коричневым, в зависимости от цветения водорослей (Wikimedia Commons: https: //commons. wikimedia.org / wiki / Категория: Эвтрофикация # / media / File: Potomac_green_water.JPG).

На рисунке 2 показаны этапы эвтрофикации (изображение в открытом доступе Wikimedia Commons с https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Eutrophicationmodel.svg).

  • Рисунок 2 - Этапы эвтрофикации.
  • (1) Избыточные питательные вещества попадают в почву и землю. (2) Некоторые питательные вещества растворяются в воде и выщелачиваются или просачиваются в более глубокие слои почвы. В конце концов, они попадают в водоем, например, в озеро или пруд. (3) Некоторые питательные вещества стекают с почвы и перемалываются прямо в воду. (4) Дополнительные питательные вещества вызывают цветение водорослей. (5) Солнечный свет блокируется водорослями. (6) Фотосинтез и рост растений под водой будут ослаблены или потенциально остановлены. (7) Далее цветение водорослей отмирает и опускается на дно водоема. Затем бактерии начинают разлагать или разрушать останки и потребляют в процессе кислород. (8) В процессе разложения в воде снижается содержание кислорода, что приводит к «мертвым зонам». Более крупные формы жизни, такие как рыбы, не могут дышать и умирают. В настоящее время водоем подвергся эвтрофикации.

Можно ли предотвратить эвтрофикацию? Да! Люди, которые управляют водными ресурсами, могут использовать различные стратегии для уменьшения вредных последствий цветения водорослей и эвтрофикации водных поверхностей. Они могут перенаправлять избыточные питательные вещества из озер и уязвимых прибрежных зон, использовать гербициды (химические вещества, используемые для уничтожения нежелательного роста растений) или альгициды (химические вещества, используемые для уничтожения водорослей), чтобы остановить цветение водорослей, и уменьшить количество или комбинации используемых питательных веществ. в сельскохозяйственных удобрениях, среди прочего [5].Но часто бывает сложно определить источник избыточного азота и других питательных веществ.

После того, как озеро подверглось эвтрофикации, бороться с повреждениями становится еще труднее. Альгициды могут быть дорогими, и они также не устраняют источник проблемы: избыток азота или других питательных веществ, который в первую очередь вызвал цветение водорослей! Другое возможное решение - это биоремедиация , которая представляет собой процесс целенаправленного изменения пищевой сети в водной экосистеме для уменьшения или контроля количества фитопланктона.Например, специалисты по управлению водными ресурсами могут внедрять организмы, которые питаются фитопланктоном, и эти организмы могут помочь уменьшить количество фитопланктона, поедая их!

Что такое цикл азота?

Круговорот азота - это повторяющийся цикл процессов, во время которых азот перемещается как через живые, так и неживые существа: атмосферу, почву, воду, растения, животных и бактерий . Чтобы пройти через различные части цикла, азот должен менять форму.В атмосфере азот существует в виде газа (N 2 ), но в почвах он существует в виде оксида азота NO и диоксида азота NO 2 , а при использовании в качестве удобрения может быть найден в других формах. , например, аммиак, NH 3 , который можно еще дальше переработать в другое удобрение, нитрат аммония или NH 4 NO 3 .

В азотном цикле пять стадий, и теперь мы обсудим каждую из них по очереди: фиксация или улетучивание, минерализация, нитрификация, иммобилизация и денитрификация.На этом изображении микробы в почве превращают газообразный азот (N 2 ) в так называемый летучий аммиак (NH 3 ), поэтому процесс фиксации называется испарением. Выщелачивание - это место, где определенные формы азота (такие как нитрат или NO 3 ) растворяются в воде и просачиваются из почвы, потенциально загрязняя водные пути.

Этап 1: фиксация азота

На этом этапе азот перемещается из атмосферы в почву. Атмосфера Земли содержит огромный резервуар газообразного азота (N 2 ).Но этот азот «недоступен» для растений, потому что газообразная форма не может использоваться растениями напрямую, не подвергаясь трансформации. Для использования растениями N 2 должен быть преобразован с помощью процесса, называемого азотфиксацией. Фиксация преобразует азот из атмосферы в формы, которые растения могут поглощать через корневую систему.

Небольшое количество азота может быть зафиксировано, когда молния обеспечивает энергию, необходимую для реакции N 2 с кислородом с образованием оксида азота NO и диоксида азота NO 2 .Эти формы азота затем попадают в почву через дождь или снег. Азот также можно зафиксировать в процессе производства удобрений. Эта форма фиксации происходит при высокой температуре и давлении, во время которых атмосферный азот и водород объединяются с образованием аммиака (NH 3 ), который затем может быть переработан для получения нитрата аммония (NH 4 NO 3 ) азот, который можно добавлять в почву и использовать растениями.

Большая часть азотфиксации происходит естественным путем в почве бактериями.На Рисунке 3 (выше) вы можете видеть фиксацию азота и обмен форм, происходящие в почве. Некоторые бактерии прикрепляются к корням растений и имеют симбиотические (полезные как для растения, так и для бактерий) отношения с растением [6]. Бактерии получают энергию через фотосинтез и, в свою очередь, превращают азот в необходимую растению форму. Затем фиксированный азот переносится в другие части растения и используется для формирования тканей растения, чтобы растение могло расти. Другие бактерии свободно живут в почве или воде и могут связывать азот без этих симбиотических отношений.Эти бактерии также могут создавать формы азота, которые могут использоваться организмами.

Этап 2: Минерализация

Этот этап происходит в почве. Азот переходит из органических материалов, таких как навоз или растительный материал, в неорганическую форму азота, которую растения могут использовать. В конце концов, питательные вещества растения расходуются, а растение умирает и разлагается. Это становится важным на второй стадии азотного цикла. Минерализация происходит, когда микробы воздействуют на органический материал, такой как навоз, разлагающийся растительный или животный материал, и начинают преобразовывать его в форму азота, которую могут использовать растения. Все культивируемые растения, за исключением бобовых и (растения с семенными коробками, которые разделяются пополам, например чечевица, фасоль, горох или арахис), получают необходимый им азот через почву. Бобовые получают азот посредством фиксации, которая происходит в их корневых клубеньках, как описано выше.

Первой формой азота, образующимся в процессе минерализации, является аммиак, NH 3 . NH 3 в почве затем реагирует с водой с образованием аммония, NH 4 . Этот аммоний содержится в почвах и доступен для использования растениями, которые не получают азот через симбиотические отношения связывания азота, описанные выше.

Этап 3: нитрификация

Третья стадия - нитрификация - также наблюдается в почвах. Во время нитрификации аммиак в почвах, образующийся в процессе минерализации, превращается в соединения, называемые нитритами, NO 2 - , и нитратами, NO 3 - . Нитраты могут использоваться растениями и животными, которые потребляют растения. Некоторые бактерии в почве могут превращать аммиак в нитриты. Хотя нитриты не могут использоваться растениями и животными напрямую, другие бактерии могут превращать нитриты в нитраты - форму, пригодную для использования растениями и животными.Эта реакция обеспечивает энергией участвующие в этом процессе бактерии. Бактерии, о которых мы говорим, называются нитрозомонадами и нитробактерами. Nitrobacter превращает нитриты в нитраты; nitrosomonas превращает аммиак в нитриты. Оба вида бактерий могут действовать только в присутствии кислорода, O 2 [7]. Процесс нитрификации важен для растений, поскольку он производит дополнительный запас доступного азота, который может быть поглощен растениями через их корневую систему.

Этап 4: иммобилизация

Четвертая стадия азотного цикла - иммобилизация, иногда описываемая как , обратная минерализации.Эти два процесса вместе контролируют количество азота в почве. Как и растения, микроорганизмов, живущих в почве, нуждаются в азоте в качестве источника энергии. Эти почвенные микроорганизмы вытягивают азот из почвы, когда остатки разлагающихся растений не содержат достаточно азота. Когда микроорганизмы поглощают аммоний (NH 4 + ) и нитраты (NO 3 - ), эти формы азота больше не доступны для растений и могут вызвать дефицит азота или недостаток азота.Таким образом, иммобилизация связывает азот в микроорганизмах. Однако иммобилизация важна, потому что она помогает контролировать и балансировать количество азота в почве, связывая его или иммобилизуя азот в микроорганизмах.

Этап 5: денитрификация

На пятой стадии азотного цикла азот возвращается в воздух, поскольку нитраты превращаются в атмосферный азот (N 2 ) бактериями в процессе, который мы называем денитрификацией. Это приводит к общей потере азота из почв, поскольку газообразная форма азота перемещается в атмосферу, с которой мы начали нашу историю.

Азот важен для жизни

Круговорот азота в экосистеме имеет решающее значение для поддержания продуктивных и здоровых экосистем, в которых нет ни избытка, ни недостатка азота. Производство растений и биомасса (живой материал) ограничены доступностью азота. Понимание того, как работает азотный цикл между растениями и почвой, может помочь нам принимать более правильные решения о том, какие культуры выращивать и где их выращивать, чтобы у нас было достаточно еды. Знание азотного цикла также может помочь нам уменьшить загрязнение, вызванное внесением в почву слишком большого количества удобрений.Некоторые растения могут поглощать больше азота или других питательных веществ, таких как фосфор, другое удобрение, и даже могут использоваться в качестве «буфера» или фильтра, чтобы предотвратить попадание излишков удобрений в водные пути. Например, исследование, проведенное Haycock и Pinay [8], показало, что деревья тополя ( Populus italica ), используемые в качестве буфера, удерживают 99% нитратов, попадающих в подземный водный поток зимой, в то время как прибрежная зона реки покрыта слоем воды. специфическая трава ( Lolium perenne L.) удерживает до 84% нитратов, не позволяя им попасть в реку.

Как вы видели, из-за недостатка азота в почве растения остаются голодными, а слишком много хорошего может быть плохим: избыток азота может отравить растения и даже домашний скот! Загрязнение наших водных источников избыточным азотом и другими питательными веществами является огромной проблемой, поскольку морская жизнь задыхается от разложения мертвых цветков водорослей. Фермеры и сообщества должны работать над улучшением усвоения растениями дополнительных питательных веществ и надлежащим образом обрабатывать отходы навоза. Нам также необходимо защитить природные буферные зоны растений, которые могут поглощать сток азота до того, как он достигнет водоемов.Но наши нынешние схемы вырубки деревьев для строительства дорог и других строительных работ усугубляют эту проблему, потому что остается меньше растений, поглощающих излишки питательных веществ. Нам необходимо провести дальнейшие исследования, чтобы определить, какие виды растений лучше всего выращивать в прибрежных районах для поглощения избыточного азота. Нам также необходимо найти другие способы решить или избежать проблемы утечки избыточного азота в водные экосистемы. Работая над более полным пониманием азотного цикла и других циклов, действующих во взаимосвязанных природных системах Земли, мы можем лучше понять, как лучше защитить драгоценные природные ресурсы Земли.

Глоссарий

ДНК : Дезоксирибонуклеиновая кислота, самовоспроизводящийся материал, который присутствует почти во всех живых организмах в качестве основного компонента хромосом и носителя генетической информации.

РНК : Рибонуклеиновая кислота, нуклеиновая кислота, присутствующая во всех живых клетках, действует как посредник, несущий инструкции ДНК.

Эвтрофикация : Чрезмерное количество питательных веществ (например, азота) в озере или другом водоеме, что вызывает плотный рост водных растений, таких как водоросли.

Фитопланктон : Крошечные микроскопические морские водоросли (также известные как микроводоросли), которым для роста необходим солнечный свет.

Биовосстановление : Использование других микроорганизмов или крошечных живых существ для еды и разрушения загрязнений с целью очистки загрязненного участка.

Бактерии : Микроскопические живые организмы, которые обычно содержат только одну клетку и встречаются повсюду. Бактерии могут вызывать разложение или разрушение органических материалов в почве.

Выщелачивание : Когда минерал или химикат (например, нитрат или NO 3 ) стекает из почвы или другого грунтового материала и просачивается в окружающую территорию.

Бобовые : Член семейства гороховых: фасоль, чечевица, соевые бобы, арахис и горох - это растения, стручки которых разделяются пополам.

Микроорганизм : Организм или живое существо, которые слишком малы, чтобы их можно было увидеть без микроскопа, например бактерии.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось в отсутствие каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могут быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.


Список литературы

[1] Бритто Д. Т. и Кронзукер Х. Дж. 2002. NH 4 + токсичность для высших растений: критический обзор. J. Физиология растений . 159: 567–84. DOI: 10.1078 / 0176-1617-0774

[2] Weathers, K.К., Гроффман, П. М., Долах, Э. В., Бернхард, Э., Гримм, Н. Б., Мак-Магон, К. и др. 2016. Границы экосистемной экологии с точки зрения сообщества: будущее безгранично и ярко. Экосистемы 19: 753–70. DOI: 10.1007 / s10021-016-9967-0

[3] Брэди, Н. и Вейл, Р. 2010. «Круговорот питательных веществ и плодородие почвы», в Elements of the Nature and Properties of Soils, 3rd Edn , ed VR Anthony (Upper Saddle River, Нью-Джерси: Pearson Education Inc. ), 396–420.

[4] Foth, H. 1990. Глава 12: «Макроэлементные отношения между растениями и почвой», в Fundamentals of Soil Science , 8th Edn , ed John Wiley and Sons (New York, NY: John Wiley Компания), 186–209.

[5] Чизлок, М. Ф., Достер, Э., Зитомер, Р. А., и Уилсон, А. Е. 2013. Эвтрофикация: причины, последствия и меры контроля в водных экосистемах. Nat. Educ. Знать . 4:10. Доступно в Интернете по адресу: https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/eutrophication-causes-consequences-and-controls-in-aquatic-102364466

[6] Народов, М.Б., Херридж Д. Ф. и Ладха Дж. К. 1995. Биологическая фиксация азота: эффективный источник азота для устойчивого сельскохозяйственного производства? Почва растений 174: 3–28. DOI: 10.1007 / BF00032239

[7] Manahan, S. E. 2010. Environmental Chemistry , 9th Edn . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 166–72.

[8] Haycock, N. E., and Pinay, G. 1993. Динамика нитратов подземных вод в прибрежных буферных полосах, покрытых травой и тополями, зимой. J. Environ. Qual . 22: 273–8. DOI: 10.2134 / jeq1993.00472425002200020007x

Как исправить дефицит азота в почве

Ваш сад растет не так хорошо, как раньше, и некоторые растения в саду начинают немного желтеть. Вы подозреваете нехватку азота в почве, но не знаете, как это исправить. «Почему растениям нужен азот?» вам может быть интересно. Азот в качестве удобрения для растений необходим для правильного роста растений. Давайте посмотрим, зачем растениям нужен азот и как исправить его дефицит в почве.

Почему растениям нужен азот?

Проще говоря, растениям нужен азот для самосовершенствования. Без азота растение не может производить белки, аминокислоты и даже саму ДНК. Вот почему при недостатке азота в почве растения отстают в росте. Они просто не могут делать свои собственные клетки.

Если вокруг нас есть азот, так как он составляет 78 процентов воздуха, которым мы дышим, вы также можете задаться вопросом, зачем растениям нужен азот, если он повсюду? Как азот становится доступным для растений? Чтобы растения могли использовать азот из воздуха, он должен каким-то образом преобразоваться в азот в почве.Это может происходить за счет фиксации азота, или азот может быть «переработан» путем компостирования растений и навоза.

Как проверить азот в почве

Самодельного способа проверки азота почвы не существует. Вам нужно будет либо проверить почву, либо приобрести набор для проверки почвы. Как правило, ваш местный офис расширения с радостью проверит вашу почву за небольшую плату или даже бесплатно, в зависимости от того, где вы живете. Когда вы проверите свою почву в офисе расширения, они также смогут сказать вам о любых других недостатках, которые могут у вас быть.

Вы также можете приобрести набор для проверки азота почвы. Их можно найти в большинстве хозяйственных магазинов и в питомниках растений. Большинство из них просты и быстры в использовании и могут дать вам хорошее представление о содержании азота в вашей почве.

Устранение дефицита азота в почве

Есть два пути устранения недостатка азота в почве: органического или неорганического.

Органический

Для устранения нехватки азота с использованием органических методов требуется время, но это приведет к более равномерному распределению добавленного азота с течением времени.Некоторые органические методы добавления азота в почву включают:

Неорганическое

Азот в качестве удобрения для растений широко используется при покупке химических удобрений. Если вы хотите специально добавить азот в свой сад, выберите удобрение с высоким первым числом в соотношении NPK. Соотношение NPK будет выглядеть примерно как 10-10-10, а первое число указывает количество азота. Использование азотных удобрений для устранения дефицита азота в почве даст большой и быстрый прилив азота в почву, но быстро исчезнет.

% PDF-1.4 % 383 0 объект > endobj xref 383 102 0000000016 00000 н. 0000003137 00000 п. 0000003287 00000 н. 0000004032 00000 н. 0000004210 00000 н. 0000004388 00000 п. 0000004566 00000 н. 0000004680 00000 н. 0000004792 00000 н. 0000005189 00000 п. 0000005514 00000 н. 0000005904 00000 н. 0000006201 00000 н. 0000006498 00000 н. 0000008825 00000 н. 0000011132 00000 п. 0000011310 00000 п. 0000013547 00000 п. 0000013948 00000 п. 0000013975 00000 п. 0000014576 00000 п. 0000014603 00000 п. 0000014862 00000 п. 0000015443 00000 п. 0000015718 00000 п. 0000016124 00000 п. 0000016263 00000 п. 0000016407 00000 п. 0000016952 00000 п. 0000017362 00000 п. 0000019534 00000 п. 0000021240 00000 п. 0000021494 00000 п. 0000021749 00000 п. 0000022003 00000 п. 0000022251 00000 п. 0000022382 00000 п. 0000022513 00000 п. 0000022670 00000 п. 0000022948 00000 п. 0000023118 00000 п. 0000023299 00000 н. 0000023336 00000 п. 0000023493 00000 п. 0000023659 00000 п. 0000023773 00000 п. 0000025580 00000 п. 0000027244 00000 п. 0000028852 00000 п. 0000049504 00000 п. 0000053193 00000 п. 0000055842 00000 п. 0000060474 00000 п. 0000064328 00000 н. 0000066456 00000 п. 0000066526 00000 п. 0000092202 00000 п. 0000092307 00000 п. 0000118197 00000 н. 0000118479 00000 н. 0000118761 00000 н. 0000133838 00000 н. 0000133931 00000 н. 0000134001 00000 н. 0000134165 00000 н. 0000134427 00000 н. 0000136650 00000 н. 0000136730 00000 н. 0000136800 00000 н. 0000137073 00000 н. 0000137515 00000 н. 0000137542 00000 н. 0000137847 00000 н. 0000137874 00000 н. 0000138179 00000 п. 0000139693 00000 н. 0000140004 00000 н. 0000140984 00000 п. 0000141280 00000 н. 0000165634 00000 н. 0000165896 00000 н. 0000166264 00000 н. 0000180213 00000 н. 0000180478 00000 н. 0000180846 00000 н. 0000196267 00000 н. 0000196529 00000 н. 0000196922 00000 н. 0000203342 00000 н. 0000203597 00000 н. 0000234037 00000 н. 0000234076 00000 н. 0000234860 ​​00000 н. 0000234899 00000 н. 0000235683 00000 п. 0000235722 00000 н. 0000235797 00000 н. 0000235876 00000 п. 0000235951 00000 п. 0000236097 00000 н. 0000002955 00000 н. 0000002336 00000 н. трейлер ] / Назад 609713 / XRefStm 2955 >> startxref 0 %% EOF 484 0 объект > поток hb``Pb`a`g`b, , 8TC% '032E $ dEŤjKYXJS% * s rR * L̝lm, -L [ KYXk [x% EŁD: ڝ LL ++ i (DtAӀS 7l4XrnqπtwUK3aaY @ a'5G8 ~ 005: 1m (`x! MEw1.`vPOP> ô #>? / 3X + yS1P1! a bX dO ~ mIwXC m = fPTvA C ~

Формы азота в почве | Почвы - Часть 5: Азот как питательное вещество

Унос аммиака (NH 3 ) в атмосферу называется аммиак улетучивание . Технически улетучивание аммиака отличается от газообразной потери внесенного безводного аммиака, который не удерживается в почве. Вместо этого улетучивание аммиака происходит, когда аммоний в почве из-за pH превращается в аммиак, который теряется в виде газа. В Небраске улетучивание аммиака обычно является проблемой только при использовании удобрений, содержащих мочевину, таких как мочевина или раствор аммиачной селитры (КАС). Мочевина ферментативно разлагается или гидролизуется в почве до аммония.

CO (NH 2 ) 2 + H + + 2H 2 0 -> 2NH 4 + HCO 3 -

Мочевина + водород + вода ——> Аммиак + карбонат

NH 4 + + OH- -> NH 4 OH + NH 3 _ + H 2 O

Потери аммиака могут быть значительными, если производитель вносит удобрения, содержащие мочевину, на поверхность, а не заделывает их.Это особенно верно, если присутствует значительное количество остатков, а условия теплые и влажные. Сумма общих потерь азота из удобрений, содержащих мочевину, из-за улетучивания аммиака может значительно варьироваться, от отсутствия потерь до 50 процентов или более внесенного азота. Типичные потери от внесения мочевины в илистый суглинок весной, без дождя в течение по крайней мере недели после внесения, могут составлять от 10 до 20 процентов внесенного азота. На возможность улетучивания аммиака влияют влажность почвы, температура, pH почвы, буферная способность почвы, активность уреазы, растительный покров, осадки, ветер и другие факторы.Теплая, влажная почва с обильными пожнивными остатками и разбросанной по поверхности мочевиной - идеальные условия для потери аммиака. Осаждения или орошения на 1/2 дюйма или более достаточно, чтобы продвинуть мочевину достаточно глубоко в почву, чтобы минимизировать потери при испарении. Обработка почвы также будет перемещать мочевину в почву, чтобы свести к минимуму или предотвратить улетучивание азота.

синтетического азота разрушает почвенный углерод, подрывает здоровье почвы

Получайте еженедельные обновления климатической политики от Grist Подпишитесь на The First 100

Что именно делает азотное удобрение с почвой? «Удобрение хорошо для отца и плохо для сыновей.
- Голландская поговорка

Несмотря на весь свой экологический багаж, синтетический азот делает одно хорошее дело для окружающей среды: он помогает накапливать углерод в почве. По крайней мере, так предполагали ученые на протяжении десятилетий.

Если бы это было правдой, использование синтетического азота считалось бы основным экологическим преимуществом. Во время климатического хаоса и постоянно растущих глобальных выбросов парниковых газов все, что помогает огромным участкам сельскохозяйственных угодий поглощать углерод, станет стабилизирующей силой. Более того, богатые углеродом почвы хранят питательные вещества и могут со временем оставаться плодородными, что является благом для будущих поколений.

Пример использования синтетического азота в качестве стабилизатора климата выглядит следующим образом. Наполнение полей фермы синтетическим азотом заставляет растения расти быстрее и крупнее. По мере роста растения вытягивают углекислый газ из воздуха. Часть растений собирают как урожай, а остальные - остатки - остаются на поле и в конечном итоге становятся почвой. Таким образом, часть углерода, поглощаемого этими растениями с повышенным содержанием азота, остается в земле и вне атмосферы.

Что ж, эта логика подверглась жестокому вызову со стороны группы исследователей из Университета Иллинойса во главе с профессорами Ричардом Малвани, Саидом Ханом и Тимом Эллсвортом.В двух недавних статьях (см. Здесь и здесь) трио утверждает, что чистый эффект использования синтетического азота заключается в снижении содержания органических веществ в почве. Почему? Поскольку, по их мнению, азотные удобрения стимулируют почвенные микробы, питающиеся органическими веществами. Со временем влияние этого повышенного микробного аппетита перевешивает преимущества большего количества пожнивных остатков.

И их анализ становится все более тревожным. Они утверждают, что использование синтетического азота создает эффект беговой дорожки. По мере рассеивания органических веществ способность почвы накапливать органический азот снижается.Затем вымывается большое количество азота, загрязняя грунтовые воды в виде нитратов и попадая в атмосферу в виде закиси азота (N2O), парникового газа, улавливающего тепло в 300 раз больше, чем у диоксида углерода. В свою очередь, с его способностью накапливать органический азот под угрозой, только одна вещь может помочь сильно удобренным сельхозугодиям продолжать повышать урожайность: больше добавок синтетического N.

По словам исследователей, потеря органических веществ имеет и другие негативные последствия. Поврежденная почва становится склонной к уплотнению, что делает ее уязвимой для стока и эрозии и ограничивает рост стабилизирующих корней растений.Что еще хуже, почва все труднее удерживает воду, что делает ее все более зависимой от орошения. По мере того как воды становится все меньше, последствия широкого использования синтетического азота становятся все более серьезными.

Короче говоря, «земля истекает кровью», - сказал мне Малвейни в интервью.

Если команда из Иллинойса права, влияние синтетического азота на связывание углерода колеблется от важного экологического преимущества до, возможно, самого серьезного препятствия. Азотные удобрения не только будут способствовать изменению климата, что ранее не принималось во внимание, но также подорвали бы долгосрочную продуктивность почвы.

Пачкают руки: Саид Хан, Ричард Малвани и Тим Эллсуорт (слева- справа) перед зданием Морроу Плотс, Университет Иллинойса. Старая идея прорастает заново
Хотя их исследования обходятся десятилетиями полученной мудрости, исследователи из Иллинойса знают, что здесь они не открывают новые возможности. «Дело в том, что сообщение, которое мы передаем в наших газетах, на самом деле является повторным открытием сообщения, появившегося в 20-30-х годах», - говорит Малвани. В своей последней статье «Синтетические азотные удобрения истощают почвенный азот: глобальная дилемма для устойчивого производства зерновых», опубликованной в прошлом году в журнале Journal of Environmental Quality, исследователи указывают на две довоенные академические статьи, которые, по словам Малвани, , «Четко и просто заявляют, что синтетические азотные удобрения способствуют потере углерода почвы и органического азота.”

Эта идея также широко представлена ​​в Почва и здоровье (1947), основополагающем тексте современного органического сельского хозяйства. В этой книге британский агроном сэр Альберт Ховард ясно изложил этот случай:

Использование искусственного навоза, особенно [синтетического азота]… наносит неисчислимый вред. Присутствие дополнительного комбинированного азота в легко усваиваемой форме стимулирует рост грибов и других организмов, которые в поисках органических веществ, необходимых для получения энергии и создания микробной ткани, сначала расходуют запас почвенного гумуса, а затем более устойчивые. органическое вещество, которое цементирует частицы почвы.

Другими словами, синтетический азот разрушает почву.

Этот вывод был распространен в кругах органического земледелия со времен сэра Альберта. В эссе в важной антологии « Fatal Harvest Reader, » калифорнийский фермер Джейсон МакКенни пишет об этом так:

Внесение удобрений начинает разрушение биоразнообразия почвы, уменьшая роль азотфиксирующих бактерий и усиливая роль всего, что питается азотом. Эти кормушки ускоряют разложение органических веществ и гумуса. По мере уменьшения органического вещества меняется физическая структура почвы. С меньшим размером пор и меньшим количеством губчатых свойств почвы менее эффективно удерживают воду и воздух. Требуется больше полива. Вода просачивается сквозь почву, выводя питательные вещества, у которых больше нет эффективного субстрата, на котором можно было бы цепляться. С меньшим количеством доступного кислорода рост микробиологии почвы замедляется, и сложная экосистема биологического обмена разрушается.

Хотя эти идеи процветали в кругах органического земледелия, они рассеялись среди почвоведов в крупных исследовательских университетах. Малвейни сказал мне, что в процессе своей академической подготовки - он имеет докторскую степень в области плодородия почв и химии в Университете Иллинойса, где он сейчас является профессором кафедры природных ресурсов и наук об окружающей среде - он никогда не сталкивался с идеей, что синтетический азот ухудшает почву. «Это было полностью проигнорировано», - говорит он. «Я никогда не слышал об этом лично, пока мы не углубились в литературу.”

Что отличает ученых из Иллинойса от других критиков синтетического азота, так это их происхождение. Обличение сэра Альберта находится в старом пыльном фолианте, который довольно неясен даже в мире органического сельского хозяйства; Джейсон МакКенни - фермер, занимающийся органической обработкой, который работает недалеко от Беркли - почвоведы считают его землей непростой. И то, и другое может быть - и действительно игнорировалось - политиками и крупными фермерами. Напротив, Малвани и его коллеги - живые, дипломированные ученые, работающие в ведущем исследовательском университете в одном из самых колоссальных штатов страны, производящих кукурузу и потребляющих азот.

Оставьте всякую надежду, все руководители по удобрениям, которые приходят сюда. Грязь на азоте, почве и углероде
Чтобы прийти к своим выводам, исследователи изучили данные с участков Морроу в кампусе Урбана-Шампейн Университета Иллинойса, которые представляют собой «старейший в мире экспериментальный участок под сплошной кукурузой» выращивание. Участки Морроу были впервые посажены в 1876 году.

Mulvaney и его сотрудники проанализировали годовые данные испытаний почвы на пробных участках, которые были засеяны с тремя севооборотами: сплошная кукуруза, кукуруза-соя и кукуруза-овес-сено.Некоторые участки получили умеренное количество удобрений; некоторые получили большие суммы; а некоторые вообще не получали удобрений. Рассматриваемые культуры, особенно кукуруза, производят огромное количество пожнивных остатков. Представьте себе поле Среднего Запада в разгар лета, заполненное высокими растениями кукурузы. Убирают только початки; остальное растение оставляют в поле. Если использование синтетического азота действительно способствует связыванию углерода, можно ожидать, что на этих полях со временем будет наблюдаться явный прирост содержания органического углерода в почве.

Вместо этого, как выяснили исследователи, все три системы показали «чистое снижение содержания [углерода] в почве, несмотря на все более массовое включение остаточного [углерода]». (Они опубликовали свои выводы «Миф об азотных удобрениях для связывания углерода в почве» в журнале Journal of Environmental Quality в 2007 году.) Другими словами, синтетический азот разрушает органическое вещество быстрее, чем растительные остатки могут его создать.

На графиках Морроу с 1904 по 2005 год особенно четкий набор графиков показывает почвенный органический углерод (SOC) в поверхностном слое почвы.SOC неуклонно растет в течение первых нескольких десятилетий, когда поля удобрялись навозом. После 1967 года, когда предпочтительным удобрением стал синтетический азот, SOC неуклонно снижается.

В своей другой крупной статье «Синтетические азотные удобрения истощают почвенный азот: глобальная дилемма для устойчивого производства зерновых» (2009 г.) авторы рассмотрели удержание азота в почве. Учитывая, что на испытательных площадках ежегодно накапливается синтетический азот, традиционное земледелие предсказывает накопление азота.Конечно, часть азота будет удалена при уборке урожая, а часть будет потеряна со стоком. Но здоровая плодородная почва должна быть способна накапливать азот.

На самом деле исследователи обнаружили прямо противоположное. «Вместо того, чтобы накапливаться, - писали они, - почвенный азот значительно снизился на каждом участке, где были взяты пробы». Они заключают, что единственное объяснение состоит в том, что потеря органических веществ истощила способность почвы хранить азот. Практика удобрения из года в год подтолкнула участки Морроу к химической беговой дорожке: не имея возможности эффективно хранить азот, они стали полагаться на следующее исправление.

Исследователи нашли аналогичные данные на других тестовых площадках. «Такие свидетельства распространены в научной литературе, но редко подтверждаются, возможно, потому, что практика азотных удобрений в значительной степени основывалась на краткосрочной экономической выгоде, а не на долгосрочной устойчивости», - пишут они, цитируя около двух десятков других исследований, которые отражали паттерны сюжетов Морроу.

Самое последнее свидетельство в пользу азотного тезиса команды Малвани было получено от группы исследователей из Университета штата Айова и Министерства сельского хозяйства США.В документе 2009 года (PDF) эта группа рассмотрела данные двух долгосрочных экспериментальных площадок в Айове. И они тоже обнаружили, что углерод в почве снизился после десятилетий применения синтетического азота. Они пишут: «Увеличение скорости разложения при внесении азотных удобрений, по-видимому, компенсирует увеличение поступления углерода в почву таким образом, что связывание почвенного углерода было практически нулевым в 78% исследованных систем, несмотря на 48-летнее добавление азота».

Благодатная почва для исследований: заговоры Морроу в Университете Иллинойса.Фото: brianholsclaw Slinging Dirt
Малвани и Хан рассмеялись, когда я спросил их, какой отклик вызвала их работа в мире почвоведения. «Вы можете поспорить, что производители удобрений знают о нашей работе и не очень довольны», - сказал Малвани. «Все дело в продажах, и наши выводы не очень хороши для продаж».

Что касается почвоведов, то, усмехнувшись, Малвейни сказал, что «реакция все еще строится». Он добавил, что из уст в уста была негативная реакция, но пока опубликовано только два ответа: замечательный факт, учитывая, что первая статья вышла в 2007 году.

Оба опубликованных ответа попадают в категорию те-данные-не-говори-что-вы-говорите-они. Первое, опубликованное в виде письма к редактору (PDF) в журнале « Journal of Environmental Quality», «» было написано Д. Кейт Рейдом, специалистом по плодородию почв Министерства сельского хозяйства, продовольствия и сельских районов Онтарио. Рид пишет, что вывод команды Малвейни о синтетическом азоте и почвенном углероде «сенсационен» и «был бы невероятно важен, если бы он был правдой».

Рид признает снижение содержания органического углерода в почве, но утверждает, что это было вызвано не самим синтетическим азотом, а, скорее, разницей в составе навоза и синтетического азота. Навоз представляет собой смесь медленно выделяющегося органического азота и органических веществ; синтетическое азотное удобрение - это чистый легкодоступный азот. «Более вероятно, что снижение SOC связано с изменением формы удобрения, чем с нормой внесения удобрений», - пишет Рид.

Затем он делает поразительную уступку:

Из данных, представленных в этом документе, было бы справедливо заключить, что современные системы управления ежегодными культурами связаны со снижением концентраций SOC и что увеличение поступления остатков от внесения с высоким содержанием азота не смягчает это снижение в той степени, на которую мы могли бы надеяться.

Другими словами, современное земледелие, то есть такое, которое практикуется почти на всех сельскохозяйственных угодьях США, разрушает углерод почвы. (Ответ команды Малвани на критику Рида можно найти в документе, ссылка на который приведена выше.)

Вторая вторая критика (PDF) исходила от группы под руководством Д. С. Паулсона из Департамента почвоведения и Центра почв и функций экосистем на исследовательской станции Ротамстед в Соединенном Королевстве. Паулсон и его коллеги подвергают критике утверждение команды Малвани о том, что синтетический азот истощает способность почвы хранить азот.

«Мы полагаем, что вывод, сделанный Mulvaney et al. (2009), что неорганические азотные удобрения вызывают снижение концентрации органического азота в почве, неверно и не подтверждается данными графика Морроу или многочисленными исследованиями по всему миру », - пишут они.

Тогда они тоже делают большую уступку: «Наблюдение за значительным снижением содержания углерода и азота в почвенных слоях представляет интерес и заслуживает дальнейшего рассмотрения». То есть они не оспаривают утверждение команды Малвэни о том, что синтетический азот разрушает органический углерод в недрах.

В своем ответе (PDF) Малвейни и его коллеги решительно защищают свою методологию. И тогда они делают вывод:

В современную эпоху интенсификации сельского хозяйства почвами обычно управляют как товаром для получения максимальной краткосрочной экономической выгоды. К сожалению, эта концепция полностью игнорирует последствия для огромного количества биотических и абиотических почвенных процессов, которые влияют на качество воздуха и воды и, самое главное, на саму почву.

Так кто же прав? На данный момент мы знаем, что команда из Иллинойса представила надежный кладезь доказательств, который переворачивает 50 лет традиционного почвоведения с ног на голову, и анализ, который традиционные почвоведы признают «сенсационным» и «невероятно важным», если он верен.Мы также знаем, что их анализ согласуется с основополагающими принципами органического сельского хозяйства: правильно внесенный навоз и азотфиксирующие покровные культуры, а не синтетический азот, являются ключом к долгосрочному здоровью и плодородию почвы.

Предмет требует дальнейшего изучения и ожесточенных споров. Но если Малвейни и его команда правы, будущее здоровье наших сельскохозяйственных угодий зависит от резкого отказа от использования синтетических азотных удобрений.

Подпишитесь на рассылку The First 100

Будет ли Байден работать над климатом? Получите еженедельный анализ действий федеральной политики в области климата в первые месяцы президентства Байдена.

Азотный цикл: объяснение, куда идет ваш потерянный азот

Азот может быть потерян с ваших полей из-за дождя, но знаете ли вы, как он ушел?

С погодой весеннего сезона потеря азота с полей нашей фермы - это не просто беспокойство, а скорее нежелательная реальность. Однако использование слова «потерянный» для описания того, куда ушел азот (N), на самом деле не очень хорошее описание того, что происходит с азотными питательными веществами в вашей почве. Азотный цикл может помочь в некоторой перспективе лучше понять, где именно «теряется» азот.

Хотя азот депонируется в почву различными путями, включая азотные удобрения, фиксацию азота бобовыми культурами, внесение навоза и пожнивные остатки, существует меньше способов потери азота из почвы, например, выщелачивание , денитрификация и улетучивание . В любом случае, азот легко теряется из почвы и становится недоступным для роста сельскохозяйственных культур. Азотный цикл, отображаемый на прилагаемой диаграмме, показывает, как эти пути связаны через серию биологических и химических реакций.

Из трех путей потерь выщелачивание и денитрификация являются двумя главными проблемами этой весны. В обоих случаях азот в форме нитрата - формы, наиболее усваиваемой растениями, - наиболее подвержен потерям. Выщелачивание - это потеря нитрата N по мере того, как вода просачивается через профиль почвы, выходя за пределы систем укоренения растений. С другой стороны, денитрификация - это преобразование нитратного азота в недоступный атмосферный азот почвенными бактериями в низкоаэрированных, заболоченных почвах. Как выщелачивание, так и денитрификация приводят к снижению концентрации азота нитрата, доступного для растений, в почве, и обе эти потери увеличиваются с чрезмерным выпадением осадков.

Характеристики азота и азотный цикл затрудняют проведение точной сезонной оценки потерь N независимо от пути потерь. Обследование полей на предмет хлороза или пожелтения старых листьев подскажет, нуждается ли ваша культура в большем количестве азота, который затем можно внести с помощью внесения боковых удобрений.

Для получения дополнительной информации о том, как теряется N или о круговороте азота, ознакомьтесь с изданием Understanding Plant Nutrients: Soil and Applied Nitrogen от Университета Висконсина - Расширение.


Нажмите на изображение, чтобы увеличить

Вы нашли эту статью полезной?