Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Агропромышленность arrow Агрохимия

Азотный фонд почвы

Содержание общего азота в пахотном слое различных почв колеблется от 0,05 до 0,30% и напрямую зависит от наличия в них органических веществ. Больше всего его содержится в черноземах типичных глубоких Лесостепи и черноземах обыкновенных северной Степи. Наименьший его содержание в дерново-слабкопидзолистих и середньопидзолисти почвах Полесья.

Основным источником азота в почве есть отмершие остатки растений, животных и микроорганизмов. В процессе сельскохозяйственного использования почв дополнительное количество азота поступает с органическими и минеральными удобрениями. В зависимости от характера и направления грунтотворних процесса и производственной деятельности человека общий запас азота в пахотном слое почвы колеблется от 2 до 8 т / га, а в метровом слое - от 4 до 30 т / га.

По содержанию общего азота почвы Украины разделяют на шесть классов: очень низкий (0,05-0,07%), низкий (0,07-0,12), снижен (0,12-0,17), средний (0, 17-0,20), повышенный (0,20-0,25), высокий (0,25% и более).

Обеспеченность сельскохозяйственных культур азотом зависит не столько от общего содержания в почве, сколько от наличия его минеральных форм - нитратов и обменного аммония, содержание которых в почве составляет около 1% общего количества азота. Остальные азота содержится в составе органических, гумусовых, белковых и других соединений (94-95%) или в форме необменно фиксированного глинистыми минералами аммония (3-5%), что почти недоступен или труднодоступный для усвоения растениями. В почвах тяжелого гранулометрического состава в нижних горизонтах почвенного профиля содержание фиксированного аммония составляет 12-20% общего. Фиксация ионов NH4 + обусловлена проникновением их в мижпакетни промежутки кристаллической решетки грунтовых глинистых минералов (в частности вермикулита). Часть фиксированного аммония может быть доступна растениям при условии, что он бесструктурный элемент решетки.

Азот в почве превращается в результате развития таких процессов: минерализация , то есть образование минеральных соединений (аммония, нитратов, нитритов) из органических веществ, и иммобилизация - преобразование минерального азота в органические азотные соединения вследствие использования его микроорганизмами для строения белка своего тела. После отмирания микроорганизмов азот снова частично минерализуется, а частично закрепляется в гумусе почвы. Оба эти процесса микробиологические. В высших растений происходит процесс, аналогичный иммобилизации. В связи с этим нормальное питание растений азотом зависит от скорости процессов минерализации азотсодержащих органических соединений в доступных аммонийных и нитратных форм. Процесс происходит под действием ферментов, выделяемых грунтовыми микроорганизмами, по следующей схеме: белки, гуминовые вещества → аминокислоты, амидыаммиакнитритынитраты.

Этот процесс осуществляется в два этапа: аммонификации - органические азотсодержащие вещества разлагаются микроорганизмами с образованием аммиака, нитрификация - аммиак с помощью нитрификувальних бактерий окисляется до нитритов и нитратов.

Аммонификации подвергаются белки, мочевина, хитин, органические удобрения, гумус и тому подобное. Процесс осуществляется постепенно в течение всего вегетационного периода за доступа и без доступа воздуха, при различной реакции среды и зависит от типа почвы, температуры, наличия органических веществ, влаги и тому подобное. Аммонификации обусловливают многочисленные аэробные и анаэробные микроорганизмы - гнилостные бактерии, уробактерии, актиномицеты, грибы.

Микроорганизмы выделяют протеолитические ферменты, под действием которых белковые вещества разлагаются до аминокислот. Последние легко усваиваются микроорганизмами и под действием ферментов микробных клеток (дезаминаз и дезамидаз) подвергаются дезаминирования и дезамидуванню от аминокислот и амидосполук отщепляется аммиак и образуются различные органические кислоты, которые, в свою очередь, разлагаются до простых соединений - СО2, Н2О, Н2, СН4. Выделенный аммиак (NH3) образует соли с органическими и минеральными кислотами:

Аммоний поглощается почвенными коллоидами:

Некоторая часть свободного аммиака NH3 выделяется в атмосферу.

Аммонификации происходит разной реакции почвы, в аэробных и анаэробных условиях, но без доступа воздуха в сильнокислой и щелочной реакции она резко замедляется. На ее скорость влияют также температура и влажность почвы.

В анаэробных условиях разложения азотсодержащих соединений заканчивается выделением аммиака, в аэробных условиях азот аммиака и солей аммония окисляется до нитратов (солей азотной кислоты). Нитрификация происходит в два этапа и осуществляется двумя группами нитрификувальних бактерий. Сначала нитрификувальни бактерии ( Nitrosomonas, Nitrosolobus и др.) Окисляют аммиак до азотистой кислоты:

Затем нитрификувальни бактерии ( Nitrosobacter, Nitrococcus и др.) Окисляют азотную кислоту до азотной:

Энергию, выделяющуюся в результате этих процессов, бактерии-нитрификаторов используют для создания органических веществ своего тела. Азотная кислота, выделяемая нейтрализуется карбонатами кальция и магния или поглощенными основаниями почвы:

Этим и объясняется усиление процессов нитрификации при известкование кислых почв. При оптимальных условиях основная масса аммонийного азота окисляется до нитратов за 2-3 недели (достаточное количество воздуха поступает в почву за 60-70% -ной его капиллярной влагоемкости, температуры 20-30 ° С, pH 6-8). В случае снижения температуры почвы ниже 10-5 ° С нитрификация почти прекращается. В засушливых степных районах интенсивность нитрификации повышают искусственным орошением, правильным и своевременным обработкой почвы, внесением органических, фосфорных и калийных удобрений.

Интенсивность нитрификации зависит также от соотношения в почве С: N (органического углерода и валового азота). Если соотношение этих элементов меньше 10, то минерализация происходит довольно энергично, если превышает 10 (например, в случае внесения в почву соломы или других органических остатков с низким содержанием азота), то размножаются микроорганизмы, которые используют нитратный азот из почвы и его доступность для растений уменьшается.

Процесс нитрификации в почве считают показателем культурного его состояния. При интенсивных нитрификацийних процессов в почве создаются оптимальные условия для жизнедеятельности как микроорганизмов, так и высших растений.

Часть газообразного азота из почвы теряется вследствие протекания микробиологических процессов в форме N2, N2O, NO, NO2, NH3. При этом преобладают потери азота в форму N2 и NO2. Следует отметить, что основные потери азота из почвы связанные с денитрификацией.

Денитрификация - восстановление нитратов биологическим или химическим способом до молекулярного азота или его оксидов. Этот процесс происходит под действием большой группы бактерий-денитрификатор. Бактерии поглощают кислород (O2) с молекул нитрата, а сам нитрат переходит в различные формы газообразных соединений азота, которые могут звитрюватись в атмосферу. Порядок перехода таков: 2NO3 → 2NO2 → 2NO → N2O → N2 . Наиболее интенсивно он осуществляется в анаэробных условиях, при наличии большого количества органических веществ, богатых клетчаткой или другие углеводы (солома, соломистого навоз), при щелочной реакции среды. Даже в случае снижения температуры почвы до 1-5 ° С денитрификация происходит довольно активно. Увеличение влажности почвы с 60 до 90-100% его влагоемкости усиливает газообразные потери азота удобрений в 1,5-2,5 раза. Поэтому эту особенность нужно учитывать при внесении азотных удобрений осенью и ранней весной, когда почва длительное время насыщенный влагой. В таких условиях денитрификувальни бактерии окисляют углеводы до СО2, используя для этого кислород нитратов. Процесс дыхания за счет нитратов позволяет размножаться бактериям даже в анаэробных условиях.

Газообразные потери азота возможны также при некоторых химических реакциях между промежуточными продуктами разложения образуются в процессе нитрификации, биологической денитрификации и другими органическими соединениями. От интенсивности этих процессов в значительной степени зависят общие запасы накопленного в почве азота. Растения питаются азотом только с его грунтовых запасов.

Азотный фонд почв условно делят на следующие фракции.

Азот минеральных соединений - основной источник азотного питания растений. В его состав входят нитраты, нитриты, обменный и фиксированный аммоний. Нитраты и обменный аммоний является основной частью минерального азота почвы. Поэтому при его определении чаще всего учитывают только эти две формы азота, характеризующих обеспеченность растений азотом почвы на период определения.

Азот легкогидролизованих соединений - ближайший резерв для пополнения минеральных соединений азота. Он состоит из нитратов, нитритов, аммония, амидов, аминокислот, аминоцукрив. Эти формы азота легко гидролизуют при обработке почвы слабыми растворами кислот, щелочей, окислителей и солей. Действие этих веществ на почву аналогично действию выделений корневых систем растений и других биологических объектов, минерализуются азотсодержащие соединения. Поэтому эта фракция соединений азота в почве характеризует обеспеченность растений азотом в течение периода вегетации.

Азот важкогидролизовамих соединений составляет основную часть валового азота почвы. Это резерв для обеспечения почвы минеральным азотом, в который входят азот аминов, аминокислот, часть фиксированного аммония. Группировка почв по степени обеспеченности растений азотом, содержанием в нем азота гидролизованных соединений и нитрификацийною способностью приведены в табл. SI

Таблица 5.1. Группировка почв по содержанию азота легкогидролизованих соединений способностью обеспечивать им сельскохозяйственные культуры

группа

обеспеченность почв

по методу

Азот минеральных соединений ( )

Тюрина-

Кононовой

Корнфилда

Кравкова (нитрификацийна способность)

мг / кг

1

очень низкая

<30

<100

<5

<11

2

низкая

30-40

100-150

5-8

11-15

3

Средняя

40-50

150-200

8-15

15-24

4

повышенная

50-70

> 200

15-30

24-30

5

высокая

70-100

-

30-60

30-35

6

очень высокая

> 100

-

> 60

> 35

Азот негидролизованих соединений почти не участвует в азотном питании растений из почвы. В негидролизований фракции остается азот гетероциклических соединений (гуминовые кислоты, Гумины) и азот соединений, прочно связанные с минеральной частью почвы.

Для определения обеспеченности сельскохозяйственных культур азотом во время вегетации чаще всего находят содержание в почве его минеральных форм - аммонийной и нитратной ( ). Содержание минерального азота в почве зависит от содержания в нем гумуса и меняется от незначительного количества (следов) до 2% (валовой количества). В течение вегетационного периода наблюдаются два максимума и один минимум содержания минерального азота в почве. Первый максимум приходится на весну (на начало вегетации), второй - на осень (после сбора урожая), минимум - на летний период.

Во фракции минерального азота происходят качественные сезонные изменения, преимущественно из-за колебаний содержания нитратного азота. Максимальное накопление нитратов отмечается весной, что связано с оптимальными условиями прохождения процессов аммонификации и нитрификации и с незначительным использованием азота в этот период молодыми растениями. В мае-июле содержание нитратов резко уменьшается вследствие интенсивного использования растениями и снижение активности нитрификации-за уменьшения влажности почвы. В августе-сентябре, после повышения влажности почвы, значительного снижения или вообще прекращение усвоения азота растениями и в результате разложения растительных остатков снова происходит аккумуляция нитратов.

В зависимости от почвенно-экологических условий доля нитратного азота в составе минерального во многом определяется типом почв. В малоплодородных почвах доля нитратного азота составляет 20-30 %. С повышением плодородия она увеличивается до 40-50%. Следует отметить, что в результате легкого преобразования этих форм азота количество Тх постоянно меняется без прямой зависимости от общих запасов азота в почве. В результате внесения азотных удобрений доля нитратного азота в почве повышается до 80%, а на высокоплодородных почвах даже больше, но это мало влияет на его сезонную динамику.

Выделенный при минерализации органических веществ и внесен в почву с удобрениями аммоний, имея положительный заряд, усваивается отрицательно заряженными коллоидами почвы, частично остается в почвенном растворе и частично закрепляется в Необменная (фиксированной) форме. В связи с этим он мало перемещается в почве. Для растений непосредственно недоступен только аммоний, зафиксированный в мижпакетних промежутках кристаллической решетки глинистых минералов. В черноземах его содержание составляет 2-3%, в серых лесных - 3-8, в дерново-подзолистых почвах - 3-6% общего содержания.

Аммоний окисляется микроорганизмами до нитратов, которые в почве достаточно подвижны. Имея отрицательный заряд, нитрат-ионы НЕ адсорбируются ҐВК и не образуют нерастворимых солей с одним из катионов. Они постоянно находятся в растворенном состоянии и перемещаются по профилю почвы с водой. Поэтому такие факторы, как водопроницаемость и водоудерживающая способность почвы, связанные с его гранулометрическим составом. Количество осадков, проникающих в почву в осенне-зимововесняний период и во время орошения, концентрация нитратов, форма удобрений и время их внесения постоянно влияют на этот процесс. Больше всего нитраты перемещаются вниз по профилю почвы весной, когда он имеет наименьшую влагоемкость.

По сравнению с другими элементами минерального питания растений изменения азотного режима во времени (в течение года) и в пространстве (на площади и по профилю почвы) создают значительные затруднения для диагностики и своевременного прогнозирования эффективности азотных удобрений.

Ученые обнаружили растения-индикаторы, с помощью которых можно определить высокое содержание гумуса и азота в почве. их перечень приведен ниже.

Растения-индикаторы избытке азота в почве

галинсога мелкоцветная

(Galinsoga parviflora)

галинсога чотирипроменева

(Galinsoga quadriradiata)

кислица прямая

(Xanthoxalis stricta)

желтушника лакфиолевидний

(Erisimum cheiranthoides)

крапива жгучая

(Urtica urens)

Куриное просо обыкновенное

(Echinochloa crus-galli)

молочай щербиковидний

(Euphorbia peplis)

Лобода многосеменная

(Chenopodium polyspermum)

паслен черный

(Solanum nigrum)

перелеска однолетнее

(Mercurialis annua)

щирица загнута

(Amaranthus retroflexus)

Растения-индикаторы хорошего обеспечения почвы гумусом и азотом

вероника персидская

(Veronica persica)

горчица полевая

(Sinapis arvensis)

Мак дикий

(Papaver rhoeas)

молочай солнечный

(Euphorbia helioscopia)

Дымянка лекарственная

(Fumaria officinalis)

Вушкоцвит малый

(Chaenorhinum minus)

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Предметы
Агропромышленность
Банковское дело
БЖД
Бухучет и аудит
География
Документоведение
Естествознание
Журналистика
Инвестирование
Информатика
История
Культурология
Литература
Логика
Логистика
Маркетинг
Математика, химия, физика
Медицина
Менеджмент
Недвижимость
Педагогика
Политология
Политэкономия
Право
Психология
Региональная экономика
Религиоведение
Риторика
Социология
Статистика
Страховое дело
Техника
Товароведение
Туризм
Философия
Финансы
Экология
Экономика
Этика и эстетика
Прочее