Азот в почве удобрение

АЗОТ В РАСТЕНИЯХ

Здоровые растения часто содержат 3-4% азота в надземных тканях. Это намного более высокая концентрация по сравнению с другими питательными веществами. Углерод, водород и кислород, питательные вещества, которые не играют существенной роли в большинстве программ управления плодородием почвы, являются единственными другими питательными веществами, присутствующими в более высоких концентрациях.

Азот так важен, потому что он является основным компонентом хлорофилла, соединения, с помощью которого растения используют энергию солнечного света для производства сахаров из воды и углекислого газа (т.е. фотосинтез). Это также основной компонент аминокислот, строительные блоки белков. Без белков растения увядают и умирают. Некоторые белки действуют как структурные единицы в растительных клетках, в то время как другие действуют как ферменты, делая возможными многие биохимические реакции, на которых основана жизнь. Азот является компонентом соединений, передающих энергию, таких как АТФ (аденозинтрифосфат). АТФ позволяет клеткам сохранять и использовать энергию, выделяемую при обмене веществ. Наконец, азот является важным компонентом нуклеиновых кислот, таких как ДНК, генетический материал, который позволяет клеткам (и в конечном итоге целым растениям) расти и размножаться. Без азота не было бы жизни, какой мы ее знаем.

СТРУКТУРА АМИНОКИСЛОТЫ

Азот необходим растениям для достижения оптимальной урожайности. Важный компонент аминокислот в белке, он также увеличивает содержание белка в растениях напрямую.

АЗОТ ПОЧВЫ

Почвенный азот существует в трех основных формах: органические азотные соединения, ионы аммония (NH₄⁺) и ионы нитрата (NO₃⁻).

В любой момент времени от 95 до 99 процентов потенциально доступного азота в почве находится в органических формах, либо в растительных и животных остатках, в относительно стабильном органическом веществе почвы, либо в живых почвенных организмах, главным образом микробах, таких как бактерии. Этот азот не доступен напрямую для растений, но некоторые могут быть преобразованы в доступные формы микроорганизмами. Очень небольшое количество органического азота может существовать в растворимых органических соединениях, таких как мочевина, которые могут быть слегка доступны для растений.

Большая часть доступного для растений азота находится в неорганических формах NH₄⁺ и NO₃⁻ (иногда их называют минеральным азотом). Ионы аммония связываются с отрицательно заряженным катионообменным комплексом почвы (CEC) и ведут себя подобно другим катионам в почве. Нитрат-ионы не связываются с твердыми частицами почвы, потому что они несут отрицательные заряды, но существуют растворенными в почвенной воде или осажденными в виде растворимых солей в сухих условиях.

ПРИРОДНЫЕ ИСТОЧНИКИ АЗОТА ПОЧВЫ

Азот в почве, который в конечном итоге может использоваться растениями, имеет два источника: азотсодержащие минералы и огромный запас азота в атмосфере. Азот в почвенных минералах выделяется по мере разложения минерала. Этот процесс обычно довольно медленный и вносит незначительный вклад в азотное питание на большинстве почв. Однако на почвах, содержащих большое количество глин с высоким содержанием NH₄⁺ (встречающихся в природе или образованных путем фиксации NH₄⁺, добавленного в качестве удобрения), азот, поставляемый минеральной фракцией, может быть значительным через несколько лет.

Атмосферный азот является основным источником азота в почвах. В атмосфере он существует в очень инертной форме N₂ и должен быть преобразован, прежде чем станет полезным в почве. Количество азота, добавляемого в почву таким образом, напрямую связано с грозовой активностью, но большинство районов, вероятно, получают не более 20 фунтов азота / акр в год из этого источника.

Бактерии, такие как Rhizobia, которые заражают (нодулируют) корни бобовых растений и получают от них много энергии от пищи, могут выделять гораздо больше азота в год (некоторые из них более чем на 100 фунтов азота / акр). Когда количество азота, фиксируемого ризобией, превышает количество, необходимое самим микробам, его выделяют для использования растением-хозяином бобовых. Вот почему хорошо бобовые бобовые не часто реагируют на добавление азотных удобрений. Они уже получают достаточно от бактерий.

АЗОТНЫЙ ЦИКЛ

Азот может проходить через многие преобразования в почве. Эти преобразования часто группируются в систему, называемую азотным циклом, которая может быть представлена с различной степенью сложности. Азотный цикл подходит для понимания управления питательными веществами и удобрениями. Поскольку микроорганизмы ответственны за большинство этих процессов, они происходят очень медленно, если вообще происходят, когда температура почвы ниже 50 ° F, но их скорость быстро увеличивается по мере того, как почвы становятся теплее.

Сердцем азотного цикла является превращение неорганического азота в органический, и наоборот. По мере роста микроорганизмов они удаляют H₄⁺ и NO₃⁻ из имеющегося в почве пула неорганического азота, превращая его в органический азот в процессе, называемом иммобилизацией. Когда эти организмы умирают и разлагаются другими, избыток NH₄⁺ может быть выпущен обратно в неорганический пул в процессе, называемом минерализацией. Азот также может быть минерализован, когда микроорганизмы разлагают материал, содержащий больше азота, чем они могут использовать за один раз, такие материалы, как остатки бобовых или навоз. Иммобилизация и минерализация проводятся большинством микроорганизмов и наиболее быстры, когда почва теплая и влажная, но не насыщена водой.

Ионы аммония (NH₄⁺), не иммобилизованные или быстро поглощаемые высшими растениями, обычно быстро превращаются в ионы NO₃⁻ с помощью процесса, называемого нитрификацией. Это двухэтапный процесс, во время которого бактерии, называемые Nitrosomonas, превращают NH₄⁺ в нитрит (NO₂⁻), а затем другие бактерии, Nitrobacter, превращают NO₂⁻ в NO₃⁻. Этот процесс требует хорошо проветриваемой почвы и происходит достаточно быстро, так что обычно в почве в течение вегетационного периода в основном обнаруживается NO₃⁻, а не NH₄⁺.

Азотный цикл содержит несколько путей, по которым азот, доступный для растений, может быть потерян из почвы. Нитрат-азот обычно более подвержен потере, чем аммоний-азот. К существенным механизмам потерь относятся выщелачивание, денитрификация, улетучивание и удаление урожая.

Нитратная форма азота настолько растворима, что легко вымывается, когда избыток воды просачивается через почву. Это может быть основным механизмом потерь в грунтах с грубой текстурой, где вода свободно проникает, но менее проблематично в тонко текстурированных, более непроницаемых почвах, где перколяция очень медленная.

Эти последние почвы имеют тенденцию легко насыщаться, и когда микроорганизмы истощают свободный запас кислорода во влажной почве, некоторые получают его, разлагая NO₃⁻. В этом процессе, называемом денитрификацией, NO₃⁻ превращается в газообразные оксиды азота или в газ N₂, которые недоступны для растений. Денитрификация может привести к значительным потерям азота, когда почвы теплые и остаются насыщенными более нескольких дней.

Потери азота NH₄⁺ встречаются реже и происходят в основном из-за улетучивания. Ионы аммония в основном представляют собой молекулы безводного аммиака (NH₃) с дополнительным присоединенным ионом водорода (H⁺). Когда этот дополнительный H⁺ удаляется из иона NH₄ другим ионом, таким как гидроксил (OH⁻), получающаяся молекула NH₃ может испаряться или испаряться из почвы. Этот механизм наиболее важен в почвах с высоким pH, которые содержат большое количество ионов OH⁻.

Удаление урожая представляет собой потерю, потому что азот в собранных частях урожая полностью удаляется с поля. Азот в растительных остатках возвращается обратно в систему, и его лучше считать иммобилизованным, а не удаленным. Многое в конечном итоге минерализуется и может быть повторно использовано культурой.

ПОТРЕБНОСТИ И ПОГЛОЩЕНИЕ АЗОТА В РАСТЕНИЯХ

Растения поглощают азот из почвы как ионы NH₄⁺ и NO₃⁻, но поскольку нитрификация настолько распространена в сельскохозяйственных почвах, большая часть азота поглощается в виде нитратов. Нитрат свободно движется к корням растений, так как они поглощают воду. Оказавшись внутри растения, NO₃⁻ восстанавливается до формы NH₂ и усваивается для получения более сложных соединений. Поскольку растениям требуется очень большое количество азота, обширная корневая система необходима для обеспечения неограниченного поглощения. Растения с корнями, ограниченными уплотнением, могут демонстрировать признаки дефицита азота, даже если в почве присутствует достаточное количество азота.

Источник: TFI

Большинство растений непрерывно берут азот из почвы в течение всей жизни, и потребность в азоте обычно увеличивается с увеличением размера растений. Растение, снабженное достаточным количеством азота, быстро растет и производит большое количество сочной зеленой листвы. Обеспечение достаточным количеством азота позволяет однолетним культурам, таким как кукуруза, расти до полной зрелости, а не задерживать их. Растение с дефицитом азота, как правило, небольшое и развивается медленно, потому что в нем нет азота, необходимого для производства адекватных структурных и генетических материалов. Это обычно бледно-зеленый или желтоватый, потому что ему не хватает адекватного хлорофилла. Старые листья часто становятся некротичными и отмирают, поскольку растение перемещает азот из менее важных более старых тканей в более важные более молодые.

С другой стороны, некоторые растения могут расти так быстро, когда снабжаются избыточным азотом, что они развивают протоплазму быстрее, чем они могут создавать достаточное количество поддерживающего материала в клеточных стенках. Такие растения часто бывают довольно слабыми и могут быть подвержены механическим травмам. Развитие слабой соломы и полегание мелких зерен — пример такого эффекта.

УПРАВЛЕНИЕ УДОБРЕНИЯМИ

АЗОТНЫЙ ЦИКЛ

Нормы азотных удобрений определяются культурой, которую нужно выращивать, целью урожайности и количеством азота, которое может быть обеспечено почвой. Коэффициенты, необходимые для достижения разных урожаев с разными культурами, различаются в зависимости от региона, и такие решения обычно основываются на местных рекомендациях и опыте.

ФАКТОРЫ, КОТОРЫЕ ОПРЕДЕЛЯЮТ КОЛИЧЕСТВО АЗОТА, ПОСТАВЛЯЕМОГО ПОЧВОЙ

• Количество азота, выделяемого из почвы органическим веществом
• Количество азота, выделяющегося при разложении остатков предыдущего урожая
• Любой азот, поставляемый предыдущими применениями органических отходов
• Любой азот перенесен из предыдущих применений удобрений.

Такой вклад может быть определен путем взятия баллов азота (выраженных в фунтах / акр) для этих переменных. Например, для кукурузы, следующей за люцерной, обычно требуется меньше дополнительного азота, чем для кукурузы, следующей за кукурузой, и требуется меньше азотных удобрений для достижения заданного уровня урожайности при внесении навоза. Как и в случае ставок, кредиты обычно основаны на местных условиях.

Почвенное тестирование чаще предлагается в качестве альтернативы взятию азотных кредитов. Испытания почвы на азот были полезной практикой в засушливых районах Великих равнин в течение многих лет, и в этом регионе нормы внесения удобрений часто корректируются с учетом NO₃⁻, обнаруженного в почве до посадки. В последние годы наблюдается некоторый интерес к тестированию кукурузных полей на содержание NO₃⁻ в более влажных районах восточной части Соединенных Штатов и Канады с использованием образцов, взятых поздней весной, после появления урожая, а не перед посадкой. Эта стратегия, предварительное испытание азотной почвы (PSNT), получила широкую огласку и, как представляется, дает некоторое представление о том, нужен ли дополнительный азот с боковой обработкой или нет.

РАЗМЕЩЕНИЕ УДОБРЕНИЙ

Решения о размещении должны максимизировать доступность азота для сельскохозяйственных культур и минимизировать потенциальные потери. Корни растения обычно не прорастают через корневую зону другого растения, поэтому азот должен быть расположен там, где все растения имеют прямой доступ к нему. Широковещательные приложения достигают этой цели. Обвязка также происходит, когда все ряды обрезки находятся непосредственно рядом с полосой. Для кукурузы объединение безводного аммиака или мочевинно-аммиачной селитры (UAN) в серединах чередующихся рядов, как правило, столь же эффективно, как и полосы в каждой середине, поскольку все ряды имеют доступ к удобрению.

Влажные условия почвы необходимы для поглощения питательных веществ. Размещение под поверхностью почвы может увеличить доступность азота в сухих условиях, потому что корни с большей вероятностью обнаружат азот во влажной почве при таком размещении. Инъекция UAN с боковой отделкой может давать более высокий урожай кукурузы, чем поверхностное внесение в годы, когда сухая погода следует за боковой обработкой. В те годы, когда вскоре после нанесения выпадает дождь, размещение под землей не столь критично.

Подземное размещение обычно используется для контроля потерь азота. Безводный аммиак должен быть помещен и герметизирован под поверхностью, чтобы исключить прямые потери летучего газообразного аммиака. Улетучивание из растворов мочевины и UAN можно контролировать путем введения или инъекции. Включение мочевинных материалов (механически или в результате осадков вскоре после внесения) особенно важно в ситуациях, когда нет необходимости в обработке, в которых испарение усугубляется большим количеством органического материала на поверхности почвы. Однако применение небольших количеств «стартового» азота в качестве UAN в гербицидных аэрозолях обычно не представляет большой проблемы.

Размещение азота с фосфором часто увеличивает поглощение фосфора, особенно когда азот находится в форме NH₄⁺, а урожай растет в щелочной почве. Причины этого эффекта не совсем ясны, но могут быть связаны с азотом, увеличивающим корневую активность и потенциал для поглощения фосфора, и нитрификацией NH2, обеспечивающей кислотность, которая повышает растворимость фосфора.

СРОКИ ПРИМЕНЕНИЯ ПИТАТЕЛЬНЫХ ВЕЩЕСТВ

Сроки имеют большое влияние на эффективность систем управления азотом. Азот следует применять, чтобы избежать периодов значительной потери и обеспечить достаточный азот, когда культура нуждается в этом больше всего. Пшеница поглощает большую часть своего азота весной и в начале лета, а кукуруза поглощает большую часть азота в середине лета, поэтому достаточная доступность в это время имеет решающее значение. Если ожидается, что потери будут минимальными или могут эффективно контролироваться, применение до или сразу после посадки будет эффективным для обеих культур. Если ожидаются значительные потери, особенно те, которые связаны с денитрификацией или выщелачиванием, разделенные применения, при которых большая часть азота применяется после появления урожая, могут быть эффективными для снижения потерь. Осенние аппликации для кукурузы могут быть использованы на хорошо дренированных почвах,®; однако следует избегать падений на плохо дренированных почвах из-за почти неизбежного потенциала значительных потерь денитрификации. Когда большая часть запаса азота в культуре будет применена после значительного роста культуры или размещена вдали от ряда семян (безводный аммиак или UAN в полосках посередине), внесение небольшого количества азота, легко доступного для рассады при посадке, гарантирует, что урожай не станет азотом дефицит, прежде чем получить доступ к основным источникам азота.

МИНИМИЗАЦИЯ ПОТЕРЬ УДОБРЕНИЙ

Основными механизмами потери азотных удобрений являются денитрификация, выщелачивание и улетучивание. Денитрификация и выщелачивание происходят в условиях очень влажной почвы, в то время как улетучивание наиболее распространено, когда почвы только влажные и высыхают.

ПРАКТИКА ПРЕДОТВРАЩЕНИЯ ПОТЕРЬ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ

Использование источника азота NH₄⁺ окисляет почву, потому что ионы водорода (H⁺), выделяющиеся при нитрификации NH the, являются основной причиной кислотности в почвах. Со временем подкисление и понижение pH почвы могут стать значительными.

Азотные удобрения, содержащие NO₃⁻, но не содержащие NH₄⁺, делают почву немного менее кислой с течением времени, но обычно используются в гораздо меньших количествах, чем другие. Подкисление азотом NH₄⁻ является важным фактором подкисления сельскохозяйственных полей, но его легко можно контролировать с помощью обычной практики ограничения.

* Знак минус указывает количество фунтов эквивалента карбоната кальция, необходимое для нейтрализации кислоты, образующейся при добавлении 1 тонны материала в почву. (Обратите внимание, что примерно в два раза это количество потребуется, если используется ag-lime.) Знак плюс указывает, что материал является основным по своей природе.

УДОБРЕНИЕ БОБОВ АЗОТОМ

Поскольку бактерии Rhizobia, которые заражают корни бобовых, обычно поставляют достаточное количество азота в растение-хозяин, бобовые с хорошей нормой роста редко реагируют на добавление азотных удобрений. Однако иногда соевые бобы могут реагировать на применение азота в конце сезона, предположительно потому, что уровень фиксации азота в клубеньках значительно снизился. Однако такие ответы довольно неустойчивы, и применение азота в соевых бобах в конце сезона обычно не рекомендуется. Количество атмосферного азота, фиксируемого несимбиотическими почвенными организмами, зависит от типа почвы, присутствующего органического вещества и рН почвы.

Адаптировано из «Поправок к удобрениям» Фоллетта, Мерфи и Донахью.

ДОБАВКИ ДЛЯ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ

N-SERVE

N-Serve (нитрапирин) — это проверенный материал, который избирательно ингибирует одну из бактерий, ответственных за нитрификацию. При добавлении к азотному материалу NH₄⁺ он задерживается в течение нескольких недель до превращения в азот NO… Наиболее эффективен при смешивании с безводным аммиаком. Эта отложенная нитрификация защищает удобрение от потерь из-за денитрификации и выщелачивания в сезоны, когда в период торможения происходит чрезмерное количество осадков. Использование N-Serve похоже на покупку страхового полиса, который оплачивается в годы, когда возникают проблемы.

N-Serve является зарегистрированной торговой маркой Dow AgroScience.

AGROTAIN ®

AGROTAIN ® (NBPT) — это продукт, который ингибирует превращение мочевины в карбонат аммония, тем самым снижая вероятность испарения аммиака из материалов мочевины, включая растворы UAN. Как и N-Serve ®, его можно рассматривать как страховой полис, который уменьшит потенциальные потери азота в сезоны, когда выращивание или дождь не включают мочевину в почву вскоре после внесения. AGROTAIN наиболее полезен, когда мочевину или UAN наносят без включения на поверхность полей с высоким уровнем остатков урожая, таких как в условиях отсутствия обработки, или полей с высоким уровнем pH на поверхности.