Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Агропромышленность arrow Агрохимия

Круговорот азота в природе

Малый круговорот азота - это процесс преобразования азота в почве. Он включает биологическую фиксацию атмосферного (молекулярного) азота, его минерализацию (аммонификации и нитрификацию), денитрификацию, иммобилизации. В центре этого круговорота находится биомасса почвы. Минерализация и иммобилизация азота происходят в противоположных направлениях и определяют его трансформацию. Микробная масса, на которую приходится 2-3% общего содержания азота почвы, при этом играет важную роль. Она одновременно является временным резервом для продуктов минерализации, источником трансформированного азота для растений и катализатором для процессов преобразования азота в почве.

Соотношение процессов минерализации и накопления органических азотсодержащих веществ определяет азотный режим почвы. Оно зависит также от антропогенных факторов, то есть влияния деятельности человека на почву в процессе его сельскохозяйственного использования.

В внутрихозяйственному круговорота азота кроме того, участвуют животные. Поэтому азот, выносится из почвы с урожаем сельскохозяйственных культур, возвращается в почву вместе с органическими удобрениями (рис. 5.1).

Биоцикл азота в агроценозах (Г. П. Гамзиков, 2014)

Рис. 5.1. Биоцикл азота в агроценозах (Г. П. Гамзиков, 2014)

В хозяйственном круговороте современного производства потери азота преобладают над его поступлением в почву. Это происходит вследствие вывода из круговорота азота урожая культур и продуктов животноводства, вывозимых за пределы хозяйства.

Геологический круговорот охватывает широкий круг процессов, происходящих в природе, в результате чего пополнения запасов азота в почве и его потери происходят одновременно (рис. 5.2).

Схема круговорота азота в природе

Рис. 5.2. Схема круговорота азота в природе

Запасы азота в почве пополняются в основном вследствие азотфиксирующих способности микроорганизмов (биологический азот) и поступления с атмосферными осадками. Различают симбиотическую и несимбиотичну азотфиксации. Бобовые растения, которые в результате симбиоза с клубеньковыми бактериями способны усваивать атмосферный азот и обогащать им почву, называют азотонакопичувачамы . Наибольшую азотфиксирующих способность имеют многолетние бобовые травы - люцерна, клевер, эспарцет, донник, из однолетних - люпин, кормовые бобы. Наименьшей азотфиксирующих способностью характеризуется горох. Азотфиксация значительно меняется в зависимости от культуры, ее урожайности, свойств почвы, внесенных удобрений и др.

Фиксация азота из воздуха также происходит несимбиотичнимы (свободноживущих) азотфиксирующих микроорганизмами почвы (азотобактерии, клостридиум и др.), Ризосферных микроорганизмами (ассоциативная азотфиксация). Она зависит от многих факторов. Жизнедеятельность, а соответственно и активность этих микроорганизмов, ограничивают такие факторы: недостаток в почве усвояемых углеводов; отсутствие достаточного количества в почве других питательных веществ; кислая реакция почвенной среды; низкая температура, недостаток или избыток влаги в почве; неудовлетворительная аэрация. Микроорганизмы, многочисленные представители которых населяют почву, за год накапливают 5-15 кг / га связанного азота при благоприятных условиях в дерново-подзолистых и серых лесных почвах эта величина может достигать 20-25, в черноземах - 30-40, в условиях тропиков и субтропиков - 80 кг / га и более. Фиксированный микроорганизмами в ризосфере растений азот участвует в питании растений, как и азот, фиксированный бульбочковими бактериями. Атмосферный азот связывают также грибы, водоросли, которые существуют в симбиозе с некоторыми высшими растениями.

На основе азотобактера (свободноживущих азотфиксаторы) методами генной инженерии созданы бактериальные препараты, которые позволяют в системе удобрения культур заменить часть азота минеральных удобрений на биологически фиксированный азот.

Высокие нормы минеральных удобрений (60 кг / га д. Г..) Резко снижают производительность свободноживущих микроорганизмов. Депрессия длится 2-2,5 мес после внесения удобрений, затем уровень азотфиксации восстанавливается и значительно превышает первоначальный. В почвах с содержанием гумуса более 2,5% депрессия не наблюдается. Процессы денитрификации и несимбиотичнои азотфиксации сопряженные, то есть количество несимбиотично фиксированного азота приравнивается к суммарному количеству его газообразных потерь из почвы, минеральных и органических удобрений.

Улучшить азотное питание небобовых культур (пшеницы, ячменя, кукурузы, свеклы и др.) Способны ассоциативные азот фиксаторы, например азоспирила. Эти микроорганизмы поселяются в зоне корневых систем растений и при благоприятных условиях могут на 30-40% обеспечить потребность растений в азоте.

Следует отметить, что активизации биологической азотфиксации способствует известкование кислых почв, оптимизация фосфорного и калийного питания растений, внесение физиологически оправданных норм минерального азота или его полное исключение.

Запасы азота в почве в определенной степени пополняются азотом атмосферных осадков. В виде аммиака и нитратов в почву за год попадает от 2 до 10 кг / га азота. Эти соединения азота образуются в атмосфере при грозовых разрядов и оседают в виде промышленных выбросов. По данным наблюдений, последним ежегодно поступает от нескольких до 100 кг / га азота.

В процессе сельскохозяйственного использования запасы азота в почве также увеличиваются за счет семян и посадочного материала. Эти источники пополнения природных запасов азота практически интересные, но они восстанавливают только часть азота, выносится с урожаями культур. Самый реальный путь пополнения запасов азота - использование органических и минеральных удобрений.

Недостаток азота достаточно часто является фактором, лимитирующим прирост урожая. В природе есть много путей снижения доступности для растений азота, основными из которых являются: 1) вынесение с хозяйственной частью урожая; 2) потери в результате водной и ветровой эрозии; 3) газообразные потери аммиака, оксидов азота и молекулярного азота 4) вымывание нитратной формы азота в грунтовые воды; 5) иммобилизация азота почвенной микрофлорой; 6) фиксация аммония в почве или Необменная его поглощения.

Потери азота в результате водной и ветровой эрозии могут достигать значительных величин. Вместе с частичками почвы выносятся гумус и другие азотсодержащие соединения. Так, на черноземных почвах потеря азота через водную эрозию составляет 12-17 кг / га.

Наибольшее количество газообразного азота теряется в виде аммиака NH3, молекулярного азота N2 и гемиоксиду азота N2O. Среди этих потерь значительное количество приходится на аммиак, который теряется из мочи и навоза домашних животных, вследствие выделения из почвы и внесенных удобрений. Чем выше карбонатность почвы, тем больше потери аммиачного азота. Кроме того, потери значительно возрастают на легких по гранулометрическому составу почвах и при высокой температуре.

Большая часть газообразного азота теряется из почвы в результате процессов денитрификации . Благоприятными условиями для этого процесса является анаэробная среда, щелочная реакция почвенного раствора, избыток в почве энергоемкого органического материала, высокая влажность почвы. Процесс денитрификации достаточно распространен и происходит почти во всех почвах. В зависимости от почвенно-климатических условий потери азота от них в опытах с нуклидом азота I5N колебались от 10 до 35% внесенной нормы азота и в среднем составляли 15%.

Нитраты вымываются в низшие слои почвы и в подпочвенные воды потому, что обычно они образуют в почве водорастворимые соединения и не поглощаются отрицательно заряженными коллоидами почвы. При вымывании нитратов наблюдается такая последовательность действия факторов: годовое выпадение осадков, испарения, температура, растительность (вид и продолжительность выращивания) - водопроницаемость почвы - запасы гумуса в почве - биологическая активность почвы - технология применения удобрений (сроки, нормы, формы и т. Д .). Наибольшие потери азота от вымывания оказываются на почвах легкого гранулометрического состава с низким содержанием органических веществ, при высоком увлажнения или избыточного орошения.

Обычно глубину вымывания нитратов рассчитывают по формуле

d = a / R,

где d - глубина вымывания, см; а - толщина слоя воды, см; R - водоутры м тельная способность почвы,%.

Например, если водоудерживающая способность пылевато суглинка составляет 46% и слой воды толщиной 1 см перемещается ниже корневой зоны, то нитраты вымываются по профилю почвы на 2,2 см. В почвах легкого гранулометрического состава, водоудерживающая способность которых составляет ½ от пылевидных суглинков, вымывание нитратов будет вдвое больше на каждый сантиметр слоя воды, или 4,4 см / см воды.

В естественных фитоценозах образования минерального азота и поглощения его растениями уравниваются так, что избыток его в почвах не накапливается. Теоретически в почве до периода сбора урожая не должно оставаться азота, который был внесен с удобрениями.

В условиях интенсивного земледелия миграция нитратов по профилю почвы и основание может иметь целый ряд негативных последствий прежде всего вследствие попадания их в подпочвенные воды, поскольку уже с глубины 2 м они почти не используются полевыми культурами.

Вопрос доступности для растений нитратов из разных глубин достаточно еще не изучено. Считают, что большинство культур плохо усваивают эту форму азота уже с глубины 80-100 см, а с глубины более 1,5 м частично усваивать азот нитратов могут только многолетние травы.

Перемещение нитратов вглубь сложно объяснить перемещением с капиллярной влагой, поскольку влажность черноземов уже на глубине 3-5 м обычно мало меняется. С глубиной включается механизм перемещения нитратов с пленочной водой, которая выстилает пространство грунтовых пор. Это является одной из причин того, что характер распределения нитратов по профилю почвы и основание не отвечает распределения в нем влаги. На это различие влияют также трещиноватость гумусового профиля черноземов, в значительной степени препятствует восходящем перемещению нитратов в результате расходов воды на диффузное испарения, поддержание ингредиента нисходящего перемещения нитратов в период ранневесеннего и позднеосеннего увлажнения, возвращение их в почву вследствие слабого усвоения растениями с основания.

Перемещение нитратов по профилю почвы прямо пропорционально зависит от проникновения воды. Свободная грунтовая вода просачивается по профилю почвы под действием силы гравитации и сил капиллярности. Довольно быстро перемещается вода после дождей и паводков, на скорость этого процесса влияют характер почвы (размеры и форма грунтовых полостей) и его влажность. Чем выше влажность почвы, тем быстрее проходит по ней, вытесняя почвенный воздух, фронт гравитационной и капиллярной влаги.

Капиллярная вода может подниматься от уровня грунтовых вод на высоту до 6 м в почвах тяжелого гранулометрического состава и до 2 м в почвах легкого гранулометрического состава. На черноземах капиллярное поднятие сначала происходит со скоростью около 1 см / мин, но затем быстро замедляется. На высоту 1 м капиллярная вода поднимается около года, а на высоту 3 м - до трех лет.

В случае снижения общей влажности почвы скорость перемещения воды в нем значительно падает. По подсчетам В. Г. Ротмистрова, проведенными еще в 1904 г.., Скорость восстановления влажности высушенного грунта за счет соседних участков, которые содержат свободную воду, составляет 1 см / сутки. В сравнительно сухих почвах она уменьшается до сотых и тысячных долей сантиметра в сутки. В общем почву является средой, для которого характерна низкая скорость перемещения воды до предела высушивания.

В паровом поле на увлажненных почвах происходят значительные потери нитратов, но их количество можно регулировать и резко уменьшать (выращивать культуры сплошного посева; рознично вносить удобрения в период вегетации и в фазы крупнейшего усвоения азота своевременно вносить азотные удобрения и регулировать питательный режим во время орошения, подбирать соответствующие нормы минеральных удобрений и т.д.). Большое количество азота может поглощаться микроорганизмами при внесении органических веществ с большим соотношением углерода к азоту. Например, солома и другие органические остатки содержат 0,5-1,0% азота, тогда как солома зернобобовых - 1,5-2,0% азота и имеет соотношение углерода к азоту 20: 1. В то же время содержание азота в плазме микроорганизмов составляет 5 -10% (соотношение азота к углероду в среднем 1: 10). Почти такое же соотношение между азотом и углеродом в гумусе. Поэтому внесение в почву, бедный азотом, органических веществ способствует интенсивному развитию почвенной микрофлоры и приводит к снижению содержания в почве минерального азота, используемого на строительство плазмы микроорганизмов, а это, в свою очередь, приводит к ухудшению азотного питания культурных растений.

Процесс иммобилизации азота из почвы микроорганизмами не всегда является негативным фактором. На легких по гранулометрическому составу почвах, в частности при достаточном увлажнении, в результате иммобилизации минеральный азот закрепляется в верхних его слоях. В дальнейшем во время разложения плазмы микроорганизмов часть его превращается в аммонийный азот, а затем в процессе нитрификации - на нитратный. При этом аммонийный и нитратный азот может усваиваться растениями.

Негативное воздействие иммобилизации азота под культурными растениями зачастую оказывается после запашки соломы или растительных остатков без внесения минеральных азотных удобрений.

Часть азота почвы или азота, внесенного с удобрениями, поглощается некоторыми минералами из группы гидрослюд. Кристаллическая решетка минерала при этом расширяется и поглощает ионы аммония сначала обменно. Затем он может проникнуть в его середину, занимая свободные радикалы. В случае подсушивания почвы катионы аммония будто сжимаются, то есть фиксируются, поэтому нитрификувальни бактерии на них не действуют и они почти не вытесняются растворителями. Такой фиксированный аммоний считают условно потерянным. В верхних слоях почвы содержание фиксированного азота составляет 2-7% общего, а в основе доля его повышается до 30-35 %. В почве аммоний может быть естественно фиксированным или фиксированным после внесения азотных удобрений; последний для растений доступнее.

Итак, только азот биосферы поддерживает жизнедеятельность живых организмов на Земле. В биосфере происходит сложный процесс: из инертного газа с помощью азотфиксирующих микроорганизмов атмосферный азот превращается в органические соединения, которые далее поступают в азотный обмен микроорганизмов, растений и животных. Грунт при этом является средой, в которой осуществляется полный цикл превращения азота: азотфиксация, аммонификации, нитрификация, денитрификация. Применение минеральных удобрений позволяет управлять коловращением азота в земледелии. Это одно из важнейших условий интенсивного земледелия. Минеральные удобрения по химическому составу идентичны имеющимся в живой природе и при правильном их использовании является мощным фактором ее развития.

 
< 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