Азот – это составляющая часть растительных протеинов, хлорофилла, ДНК (генетический код), энзимов и многих других компонентов, необходимых для роста растений. Растения потребляют азот в виде нитратов (NO3–) и ионов аммония (NH4+). Доминирующей формой является нитрат. Аммоний более предпочтителен на стадии раннего роста растений, однако в течение всего вегетативного периода возрастает и необходимость в азоте; растения усваивают его большую часть в форме нитрата.

Количество азотных удобрений, необходимых для растения, зависит от поставляющей способности почвы. Динамическая область доступных источников азота включает:

1) органические источники азота, например, навоз, сточные воды и компост;

2) азот, фиксируемый Rizobium-бактериями из растительных остатков;

3) азот, фиксируемый микробами;

4) азотные удобрения;

5) связанный почвой азот.

Все эти источники азота со временем минерализуются в нитрат.

Поскольку нитрат является преобладающей формой азота, используемого растениями, перед севом планируемой культуры (кроме бобовых) необходимо использовать метод определения количества остаточного нитрата в корневой зоне, что позволит сделать выводы о необходимом объеме азотных удобрений. Тест на остаточный нитрат – это основной метод определения доступного нитрата в почвах, особенно там, где вымывание нитрата минимально. Исключение составляют почвы, в которых происходит выщелачивание и денитрификация. Нитрат растворяется в воде, становясь, таким образом, мобильным. Там, где количество осадков достаточно большое, азот вымывается в зоны более глубокие, чем корневая, становясь недоступным растению. Следовательно, тест на остаточный азот не является достоверным на плохо дренируемых почвах, сохраняющих влажность в течение длительного периода времени, где азот может быть утрачен за счет денитрификации.

Объем применяемых азотных удобрений зависит от многих факторов. Для начала вам нужно знать следующие характеристики планируемого урожая: сколько азота выносит культура, какой потенциал ее урожайности. Важным фактором является минерализация почвенного органического азота. Высокий уровень минерализации сократит норму внесения азотных удобрений. Урожаи бобовых увеличат степень минерализации. При расчете доз внесения азотных удобрений учитывается остаточный нитрат почвы, доступный для предполагаемого урожая, что сокращает количество азотных удобрений.

ИСТОЧНИКИ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ

Агрономы очень заинтересованы в стабильном источнике азотных удобрений, которые будут использоваться их культурами. Более всего их беспокоят улетучивание, иммобилизация и доступность азотных удобрений. Все источники азота работают эффективно, когда применяются должным образом.

Существует много источников азотных удобрений, используемых в течение многих лет. Азот в большинстве случаев используется в виде смеси нитрата аммония и мочевины (28–0–0 и 32–0–0), мочевины (46–0–0), нитрата аммония (34–0–0), безводного аммиака (82–0–0) и сульфата аммония (21–0–0–24).

Выбор источника азотных удобрений – это главное решение для агрария. Каждый из них имеет свои преимущества и недостатки. Возможны ситуации, когда один источник более предпочтителен, чем другой.

Основным источником азотных удобрений является безводный аммиак (NH3). Аммиак получают в результате взаимодействия азота воздуха (78% атмосферы составляет азот, N2) с природным газом при высокой температуре и давлении. При увеличении цены на энергоносители соответственно растет и цена на азотные удобрения. Аммиак переходит в жидкое состояние при температуре ниже –33°С. Таким образом, аммиак хранят под давлением, чтобы он сохранял жидкую форму. Аммиак, пропущенный над платиновым катализатором, переходит в азотную кислоту (HNO3). Азотная кислота в смеси с аммиаком дает нитрат аммония NH4NO3 (34–0–0). Мочевина (NH2)2CO (46–0–0) является результатом взаимодействия избытка аммиака с углекислым газом (CO2). Взаимодействие аммиака с серной кислотой дает сульфат аммония; аммиака с фосфорной кислотой – фосфат аммония.

В течение многих лет безводный аммиак (NH3) был основным источником азотных удобрений при классической обработке почвы. Безводный аммиак необходимо впрыскивать в землю достаточно глубоко, чтобы избежать потерь газообразного аммиака. Внесение может быть проведено во время сева или в любое другое время. Такой способ внесения является достаточно жестким по отношению к микрофлоре и микрофауне почвы. Сегодня фермеры, работающие по No-till, используют другие источники азотных удобрений, более мягкого действия.

УЛЕТУЧИВАНИЕ АЗОТА ИЗ МОЧЕВИНЫ

Мочевина (NH2)2CO (46–0–0) – сухое азотное удобрение, которым обычно пользуются аграрии. Мочевина, внесенная в почву или на растительные остатки, реагирует с водой и с помощью энзима уреазы быстро превращается в аммоний. Это так называемый гидролиз мочевины. Катион аммония (NH4+) превращается в аммиак (NH3). Поскольку аммиак – это газ, он улетучивается в атмосферу. Если аммоний захватывается частичками почвы, тогда он удерживается в ней и не улетучивается. Количества осадков или ирригации в норме 850 мм достаточно, чтобы переместить мочевину в почву. Поскольку реакция преобразования мочевины в аммоний – это ферментная реакция, соответственно скорость преобразования возрастает при повышении температуры. Лучше всего применять мочевину в течение прохладных периодов с большим количеством осадков.

Сухая мочевина может быть внесена ленточным способом. При этом используется лента шириной 38 см для маленьких зерен или по ширине рядка. Мочевина может также быть применена как стартовое удобрение на 5–8 см в стороне от семени. Норма азота составляет 70–100 кг/га.

Сегодня аграрии используют разные способы внесения азота. Например, смешивая растворы мочевины и нитрата аммония, получают жидкое удобрение, содержащее приблизительно половину мочевины и половину нитрата аммония. Такие растворы – хорошие источники азота для культур. Во избежание улетучивания NH3 такие удобрения можно впрыскивать в землю. Глубина внесения не является критичной, однако она должна быть достаточно большой; с такой задачей хорошо справляется вращающийся культиватор.

Раствор необходимо впрыскивать для снижения активности уреазы. Многоразовое внесение данной смеси также работает эффективно. Однако во избежание потерь азота путем улетучивания необходимо придерживаться правил внесения.

Другие азотные удобрения не имеют проблем потери NH3. Улетучивание NH3 происходит потому, что уреаза разлагает мочевину до NH3 и CO2. NH3 растворяется в воде, образуя аммоний (NH4+). CO2 понижает рН раствора. Аммоний, входящий в состав нитрата, сульфата и фосфата аммония, не испаряется. рН растворов этих аммонийных солей низкий, поскольку азотная, серная и фосфорная кислоты являются сильными, а NH4ОН – это слабая основа. Сильная кислотная характеристика солей предотвращает потерю NH3. CO2 – это более слабая кислота, чем NH3 – слабое основание; таким образом, кислотность возрастает с увеличением CO2.

РАСЧЕТ ВРЕМЕНИ ПРИМЕНЕНИЯ

Оптимальное время для внесения азотных удобрений зависит от:

1) возделываемой культуры;

2) характеристики потребления азота;

3) текстуры почвы;

4) корневой зоны;

5) климата;

6) количества необходимого азота.

Менеджмент по азоту является наиболее важным для культур с неглубокой корневой системой, возделываемых на песчаных почвах, чем культур с глубокой корневой системой на суглинистых почвах. Максимальное потребление азота происходит в период бурного роста.

Пшеница, например, имеет самый бурный рост и соответственно максимальное потребление азота в фазе выхода в трубку. Наибольшую часть или все азотное удобрение следует внести достаточно рано, чтобы микроорганизмы имели время на минерализацию азотных удобрений в нитрат и азот стал доступен растению. Пониженные температуры почвы замедляют процессы минерализации, поэтому азотные удобрения нужно вносить заблаговременно.

Самое быстрое потребление азота на кукурузе происходит в фазе от 8-го листа до выброса метелки. Большая часть азота должна быть внесена за 2 недели до фазы максимального потребления при условии, что этот азот находится в доступной для растения форме – в виде нитрата.

ПОТЕРИ АЗОТА ПРИ ВЫМЫВАНИИ И ДЕНИТРИФИКАЦИИ

Потери азота из почвы могут проходить при:

1) вымывании (выщелачивании);

2) денитрификации;

3) улетучивании NH3.

Вопрос потери NH3 рассмотрен выше. Выщелачивание – это процесс вымывания растворимого нитрата с водой. Почвы с высокой способностью удерживания воды могут аккумулировать значительное ее количество вместе с нитратом.

Для почв с легкой текстурой азотное удобрение может быть внесено непосредственно перед посевом или в качестве подкормки в период наиболее активного роста. Внесение азота должно быть проведено вовремя во избежание вымывания в более глубокие слои почвы. В районах с небольшим количеством дождей в период вегетации, соответственно, данная проблема не актуальна. Но в районах с большим количеством осадков время проведения подкормки является критичным.

Для почв с легкой текстурой, с плохой аэрацией из-за повышенной увлажненности очень важно внести большую часть азотного удобрения после того, как почва подсохнет. Если азот внесен заранее перед севом – основной потенциал азота теряется вследствие денитрификации.

Для песчаных почв часть азота может быть внесена с гербицидом или со стартовым удобрением. Оставшуюся часть нужно внести перед фазой максимального потребления азота (как это обсуждалось выше).

Количество вымываемого азота зависит от свойств почвы и способности удерживать воду. Улучшение структуры земли, бесспорно, уменьшает количество вымываемых нитратов. Когда макропоры разработаны, вода может войти в землю самотеком, перемещаясь через поры вертикально вниз и распространяясь горизонтально. Вымывание происходит по капиллярам. Капиллярное движение воды переносит растворимый нитрат.

Стандартная оценка вымываемого нитрата может быть рассчитана по следующей формуле:

d = 100a/Pv,

где d – глубина вымывания, Pv – емкость (водопогло­щающая способность), а – количество промывных вод. Например, если водопоглощающая способность суглинка составляет 46% и 2,5 см воды движется вдоль корневой зоны, то нитрат переместится на глубину 5,5 см. На песчаных почвах с половинной водопоглощающей способностью, нитрат вымывается на глубину в 2 раза больше – 11 см.

Денитрификация – это микробный процесс, с помощью которого анаэробные почвенные бактерии (бактерии, способные к жизни без кислорода воздуха) земли утилизируют (перерабатывают) кислород нитрата (NO3) для поддерживания своих жизненных процессов.

Процесс денитрификации – это превращение готового запаса нитрата в различные формы азота, которые могут быть утрачены в атмосфере. Процесс денитрификации можно отобразить следующей схемой: 2NO3 —> 2NO2 —> 2NO —> N2O —> N2.

Чтобы уменьшить потенциальные потери азота вследствие денитрификации, необходимо синхронизировать время внесения азота с фазой максимального его потребления. Если азотные удобрения придется вносить до фазы максимального потребления азота, можно использовать замедлитель нитрификации для восстановления азота из удобрения до нитрата.

ПОТРЕБЛЕНИЕ И ВЫНОС АЗОТА КУЛЬТУРАМИ

В процессе вегетации питательные вещества расходуются на образование листьев, зерен, стеблей и т. п. Количество азотных удобрений, необходимое растению, зависит от урожайности и количества азота, выносимого с урожаем.

Вынос азота используется для того, чтобы показать, сколько его выносится из почвы культурой. Требование по азоту – это количество азота, потребляемого растением для роста листьев, стеблей, корней и зерна. Пожнивные остатки содержат остаточный азот. Этот органический азот будет «выпущен» через какое-то время. Однако для технологии No-till необходимо добавить некоторое количество азотных удобрений для более быстрой переработки азота в доступную форму. Только через 3–4 года азот из пожнивных остатков после перегнивания становится доступным. Впоследствии этот факт будет учтен при снижении дозы азотных удобрений. Бобовые культуры используют в большей части и «свой» азот, который может быть доступен и для последующих, не бобовых культур.

Таким образом, значение кредита можно вычесть из общего количества необходимых азотных удобрений.

ВЫВОДЫ

В данной статье рассмотрены функции азота как удобрения и как питательного вещества для растений. Азот необходим для выращивания здорового и высококачественного урожая. Количество азота, которое необходимо внести, зависит от многих факторов, таких как остаточный нитрат в почве, прошлые/настоящие урожаи бобовых, потребление азота культурой, потенциал урожайности, иммобилизация пожнивных остатков азотными удобрениями, степень минерализации нитрата, органическое вещество почвы, цена на зерно, уровень протеина, уровень белка и другие показатели качества урожая.

Эффективность применения азотного удобрения может возрасти при правильном выборе источника азота. Существует много эффективных способов внесения азотных удобрений. Исходя из времени, оборудования и других составляющих, лучший метод внесения – это то, что мы вообще можем сделать. Обычно наиболее эффективным методом является впрыскивание азота в землю. Однако и все остальные методы внесения работают хорошо. Целесообразно также учитывать показатели для потерь азота при вымывании, денитрификации и выветривании, приведенные в статье.