Управление азотом в почве

Открытие в начале 20-го века способа синтеза азотных (N) удобрений стало поворотным событием в истории человечества. Способность улавливать относительно инертный газ N2 и преобразовывать его в более реактивную форму аммиака (NH3) в конечном итоге привела к значительному повышению производительности сельского хозяйства. По оценкам, около половины населения земного шара в настоящее время зависит от азотных удобрений, необходимых для обеспечения их продуктами питания. Помимо выращивания сельскохозяйственных культур, азотные удобрения необходимы для поддержания таких видов деятельности, как животноводство, производство биотоплива и выращивание древесины.

Только часть азотных удобрений, внесенных на поля, удаляется с убранными культурами. Оставшийся азот участвует в ряде сложных биологических, химических и физических реакций, прогнозировать и управлять которыми может быть сложно. Этот нераскрытый азот может каскадом проходить через почву, микроорганизмы, растения, пресноводные и океанические экосистемы, продолжая свои реакции. Цель ответственного управления состоит в том, чтобы использовать азотные удобрения как можно эффективнее и свести к минимуму предотвратимые потери из почвенной системы.

Базовое понимание реакций азота в почве обеспечивает прочную основу для принятия разумных решений по рациональному использованию питательных веществ. Эта серия информационных бюллетеней (таблиц), изложенных ниже, охватывает основные преобразования азотных удобрений, которые происходят в растениеводстве. Из-за широкого спектра условий, которые встречаются на фермах, эти руководства содержат только общую информацию, которую необходимо адаптировать к местным условиям с помощью опытных специалистов.

1️⃣Нитрификация. Почвенные бактерии превращают аммоний (NH +) в нитрат (NO3) в течение нескольких дней или недель, когда почвы теплые и влажные. Существует множество источников аммония в почве, таких как компосты, навоз, растительные остатки и коммерческие удобрения. Независимо от источника азота, образующийся нитрат идентичен и подвержен одинаковым почвенным процессам. Большинство сельскохозяйственных и садовых культур используют нитраты в качестве основного источника питания азотом.

2️⃣Денитрификация. Нитраты могут улетучиваться в атмосферу, когда они превращаются в газ в результате реакций почвенного микробиологического восстановления. Денитрификация происходит быстрее всего, когда почвы насыщены водой и содержание кислорода в почве низкое, но процесс продолжается даже во влажных ненасыщенных почвах.

В зависимости от почвенных условий, образующийся газ может быть N2, N2O (закись азота) или NO (окись азота). Эти последние два газа оказывают пагубное воздействие на атмосферу.

3️⃣Превращения мочевины. Мочевина является наиболее часто используемым азотным удобрением в мире. При нанесении в почву, она сначала подвергается расщеплению естественным ферментом (уреазой) на аммоний. Впоследствии аммоний преобразуется в нитрат с помощью нитрифицирующих бактерий. Понимание этих преобразований помогает принимать управленческие решения для наиболее эффективного использования мочевины.

4️⃣Улетучивание аммиака. В щелочной почве аммиак, содержащийся в удобрениях и навозе, химически превращается в газообразный аммиак, который может улетучиваться в атмосферу. Это не только экономическая потеря ценного питательного вещества, но и отрицательное влияние на качество воздуха. Существует ряд практических приемов управления ростом растений, азотом и водой. Чтобы свести к минимуму потери от выщелачивания нитратов, требуется тщательное планирование управления питательными веществами и методов орошения.

5️⃣Минерализация. Почвенные организмы превращают органические азотсодержащие соединения в аммоний и нитраты, прежде чем их можно будет использовать в качестве основных источников питания растений. Скорость минерализации определяет, насколько быстро источники питательных веществ, такие как компост, навоз, растительные остатки и органическое вещество почвы могут быть полезны для питания растений. Различные факторы окружающей среды и свойства органического материала во многом определяют скорость этого процесса.

6️⃣Иммобилизация. Почвенным микробам часто требуется больше азота, чем содержится в разлагающихся органических материалах, поэтому они включают неорганический азот в свою биомассу. Включение нитратов и аммония в органические соединения временно снизит их концентрацию в почве и оставит меньше неорганического азота, доступного для поглощения растениями в течение определенного периода времени.

7️⃣Динамика поглощения азота растениями. Ключом к эффективному питанию сельскохозяйственных культур является обеспечение азота в то время, когда растения могут его использовать. Многие культуры имеют определенные периоды максимального поглощения, а также другие периоды вегетации, когда поглощается меньше азота. Согласование сроков внесения азотных удобрений с этими периодами пикового спроса может улучшить извлечение азота и минимизировать вероятность выщелачивания нитратов. Понимание закономерности поглощения азота для каждого вида важно для разработки эффективных стратегий процесса удобрения.

Использование нитратов в оросительной воде💧 Нитраты в оросительной воде могут служить ценным источником питания сельскохозяйственных культур. Правильное использование этого нитрата требует точного химического анализа воды и оценки количества применяемой воды. Растения усваивают нитраты только в период созревания урожая. Орошение богатой нитратами водой в периоды, когда растения маленькие или когда транспирация низкая, не приводит к эффективному использованию нитратов. Для правильного использования воды и эффективного использования этого источника нитратов необходимы надлежащие методы орошения.

🌿Покровные культуры. Культуры, которые обеспечивают растительный покров почвы, но не убираются, предлагают несколько преимуществ для управления питательными веществами. Покровная бобовая культура обеспечит дополнительный азот следующей культуре, когда она будет уничтожена. Небобовые покровные культуры могут удалять нитраты и воду из почвы, что часто приводит к меньшему вымыванию (выщелачиванию) нитратов. Покровные культуры могут обеспечить множество других преимуществ, таких как защита от эрозии и среда обитания для диких животных и насекомых. Обработка остатков покровных культур требует заблаговременного планирования.

Азот - это питательное вещество для растений, которое чаще всего ограничивает рост и урожайность сельскохозяйственных культур. Недостаток N часто виден по замедленному росту и бледно-зеленым листьям.

Потери азота в воздух и воду можно рассматривать как отверстия в трубе. Труба представляет собой почвенную систему, содержащую множество форм азота, в том числе иммобилизованный азот или азот, “изолированный” органическим веществом. Цель управления азотом состоит в том, чтобы преобразовать как можно больше входящего азота в восстанавливаемый выходящий азот, минимизируя эти “утечки” из системы.