Що відбувається з безводним аміаком у ґрунті

Ця стаття являє собою збірник наукових даних, які були оцінені науковцями факультету рослинництва та грунтознавства Університету штату Мічиган з властивостей безводного аміаку після того, як його було внесено в ґрунт.

Безводний аміак є основним джерелом азоту, що вноситься з добривами в штаті Мічигані за обсягом фактичного азоту, що застосовується щорічно. Є кілька причин, чому безводний аміак використовується настільки широко. По-перше, тому що він є першим кроком у виробництві майже всього технічного азоту, а по-друге – найдешевшим джерелом азотного добрива. Безводний аміак також містить 82% азоту - це найвища концентрація серед усіх добрив.

Безводний аміак також має деякі недоліки, які обмежують його загальне домінування на ринку добрив. Оскільки безводний аміак — це газ, який зберігається у формі рідини під тиском, необхідне спеціальне обладнання для його застосування. Швидкість роботи при внесенні аміаку нижча порівняно з іншими добривами. Під час того, як аміак вноситься з цистерни в ґрунт, він може становити ризик для здоров'я людини, якщо не дотримуватися належних запобіжних заходів.

Збереження в ґрунті після внесення

Застосування безводного аміаку приводить до утворення осередків неорганічного азоту під поверхнею ґрунту. Осередки,  як правило, овальні або у формі краплини з вертикальним видовженням. Взагалі, більша кількість безводного аміаку розповсюджується вгору, а не вниз, а ширина осередку збільшується відповідно до кількості безводного аміаку. Зона безводного аміаку  поширюється в діаметрі приблизно 5–12,5 см залежно від структури ґрунту, кількості безводного аміаку, обмінного потенціалу катіонів, а також вмісту вологи в ґрунті. Вологість ґрунту відіграє найважливішу роль при удобренні безводним аміаком. Якщо безводний аміак швидко не зреагує з вологою в ґрунті, то залишатиметься в газовій формі і буде випаровуватися в атмосфері.

Безводний аміак  зберігається в ґрунті за допомогою різних хімічних та фізичних механізмів. Найбільш поширеними є реакції з вільними іонами водню в ґрунті (функція рН) і з водою. В результаті цих реакцій амоній утримується в ґрунті.

Втрата безводного аміаку шляхом випаровування при внесенні залежить від глибини внесення та вологості ґрунту. За невеликої вологості аміак може досить швидко випаруватися. Занадто висока вологість запобігає герметизації отвору від ін’єкційного ножа посівного агрегату в поверхні ґрунту. Глибина внесення залежить від відстані, яку аміак повинен пройти, щоб розчинитися в атмосфері.

На рисунку 1 графічно показано вплив глибини внесення та вологості ґрунту на втрату аміаку. Якщо рівень вологості ґрунту становить близько 16%, то це призводить до мінімальної втрати аміаку на будь-якій глибині внесення, більш вологий або сухий стан ґрунту потребує глибшого внесення. На малюнку 1 сухий ґрунт (2%) призводить до негайної (менш, ніж за 2 год) втрати газу, тоді як у вологому ґрунті (23%) азот поступово втрачається протягом перших 36 годин. Зверніть увагу, що максимальна втрата аміаку в обох випадках становила близько 12% для цього досліду, в якому безводний аміак вносився на глибину 7,5 см. У штаті Мічиган ґрунт рідко буває настільки сухим, щоб спостерігати втрату безводного аміаку. З іншого боку, за останні кілька років ґрунти були дуже вологими, що теж призводило до певних втрат.

Для дуже вологих ґрунтів з метою мінімізації втрат азоту безводний аміак вносять на глибину щонайменше 15 см та використовують загортачі, які закривають борозну, зроблену ножем. У дуже сухих умовах зазвичай чим глибше вносиш, тим краще.

Вплив на мікробіоту ґрунту

Хімічні властивості безводного аміаку обумовлюють його токсичність для мікроорганізмів у зоні застосування. Обсяг вимирання мікробів сильно залежить від мікросередовища в зоні внесення. Ґрунт, відібраний у день внесення добрива,  показав різке зниження концентрації ґрунтових бактерій, але не повне знищення популяції (табл. 1). Через деякий час після внесення спостерігалося збільшення популяції бактерій в порівнянні з зоною, де не застосовувався рідкий аміак. Через 5 тижнів після внесення не було суттєвих відмінностей у кількості бактерій між ділянками, незалежно від норми внесення — 0 чи 100 кг/га.

Вплив безводного аміаку на ґрунтові гриби трохи триваліший, ніж на бактерії. Цей ефект характеризується даними, наведеними в табл. 2, при цьому через 31 день після застосування спостерігалася сумарна негативна реакція. За 10–20 см від центру зони застосування ефективність безводного аміаку різко зменшилася. Автори дослідження щодо бактерій та грибів у ґрунті підсумовують: «Незважаючи на те, що застосування безводного аміаку впливало на мікробіологічну популяцію ґрунту, воно навряд чи може зробити щось більше, ніж тимчасова дестабілізація умов у зоні розташування добрива".

Вплив на фізичні та хімічні властивості ґрунту

Безводний аміак часто сприймається як шкідлива речовина для деяких фізико-хімічних характеристик ґрунту; ці дані є результатом довгострокового (10-річного) дослідження, яке порівнює ефект від кількох джерел азотного добрива, які пройшли контрольовану перевірку даних (таблиця 3). Вимірювання ущільнення ґрунту, показали, що цей показник суттєво не відрізнявся між різними джерелами азоту або від контрольного показника (без внесення азоту). При вимірювані орного та більш глибокого шарів грунту ці дані підтвердилися.

Внесення будь-яких азотних добрив, однак, суттєво знизило рН ґрунту порівняно з контрольним удобренням. Зниження рН серед усіх азотних добрив було однаковим у зразках, взятих як з неглибокого, так і з більш глибокого шарів ґрунту. Оскільки нітрифікація амонію є реакцією утворення кислоти, сумарним ефектом буде зниження рН; виняток становить сульфат амонію. Органічні речовини протягом всього часу дослідження не були пошкоджені жодним азотним добривом.

Відстань між ділянками і концентрація безводного аміаку

Практика ведення господарства, що протягом останніх декількох років привертала до себе широку увагу, полягає у тому, щоб змінити ширину міжряддя при внесенні безводного аміаку з 75 до 150 см. Ця практика дозволить використовувати меншу кількість пального для проходу техніки через поле та встановлювати менше ножів.

З агрономічної перспективи може існувати реальна перевага такої технології внесення за рахунок концентрації безводного аміаку в кожній зоні внесення. Коли безводний аміак потрапляє в ґрунт, він підвищує рН, і це призводить до гальмування процесу нітрифікації амонію. Чим більша концентрація азоту, тим довший гальмуючий ефект. Отже, якщо збільшити міжряддя з 75 до 150 см, концентрація безводного аміаку зросте вдвічі у кожній зоні.

Досліди в штаті Небраска в 1993 р. показали, що на деяких ґрунтах дрібного механічного складу стійкість амонію значно збільшується. Так, при 150-сантиметровому міжрядді період напіврозпаду безводного аміаку становив 66 днів. Таким чином, 25% застосовуваного рідкого аміаку буде присутнім у формі амонію навіть через 132 дні після нанесення.

Важливою рекомендацією стало й те, що ширші міжряддя застосовуються тільки за умови внесення безводного аміаку збоку рядка. За 150-сантиметрових проміжків при внесенні кожна рослина розташовуватиметься не ближче 38 см від зони внесення азоту. Дослідницька робота в штаті Іллінойс, що порівнювала 75- і 150-сантиметрові міжряддя, дійшла висновку, що відстань між ножами агрегату не мала суттєвого впливу на урожайність (табл. 4).

Сівба кукурудзи після застосування безводного аміаку

Загальне питання щодо застосування безводного аміаку полягає в тому, як скоро після удобрення можна сіяти кукурудзу. Основна мета полягає в тому, що насіння не можна сіяти в зоні розташування безводного аміаку, отже кількість аміаку, глибина внесення, вологість та структура ґрунту є ключовими факторами.

На малюнку 3 зображений ефект застосування азоту, враховуючи ступінь та глибину внесення, на схожість кукурудзи. При внесенні 112 кг/га азоту на невелику глибину схожість кукурудзи трохи зменшувалась, тоді як  після внесення 450 кг/га азоту на глибину 10 і 17,5 см схожість різко зменшилася. Ефекти при застосуванні на 224 та 336 кг/га азоту були середніми. Нормальна кількість застосування безводного аміаку, як правило, становить від 110 до 225 кг/га азоту, при типовій глибині внесення приблизно 17,5 см. Виходячи з результатів цього дослідження, схожість тоді будуть на рівні 90% і більше.

У цьому дослідженні кукурудза була посіяна безпосередньо над зазначеною ділянкою внесення безводного аміаку, і у той самий день. Враховуючи типову зону розташування рідкого аміаку та інтервал внесення у 75 см, імовірність того, що насінина потрапить прямо над зоною розташування аміаку, складала приблизно одну шосту. Отже, схожість з базових для даного дослідження 90% зростала до 98%, якщо рядки сівби були випадково розташовані відносно рядків внесення безводного аміаку.

Засівання поля через деякий час після внесення безводного аміаку збільшить схожість, як показано на на рисунку 3, особливо з кількістю у 336 та 450 кг/га азоту. За нормальної або високої вологості ґрунту, коли прискорюється перетворення аміаку на амоній в зоні внесення, для типових мічиганських умов і практики підійде затримка від декількох годин до дня між внесенням добрив та обробкою ґрунту, або між застосуванням та сівбою.

Підсумок

Безводний аміак – це широко використовуване азотне добриво завдяки велику кількості переваг агрономічного та матеріально-технічного характеру. Вплив безводного аміаку на фізичні та хімічні властивості ґрунту в порівнянні з іншими джерелами азотних добрив, як правило, мінімальний.

Незважаючи на те, що безводний аміак може одразу вплинути на мікробіоту ґрунту, цей вплив локальний і довго не триває. Управління концентрацією безводного аміаку в зоні внесення за рахунок зміни міжрядь може мати вплив на продовження тривалості збереження амонію в рядку. Це може призвести до більшої кількості азоту в ґрунті за поганих умов. Дослідження врожайності не показали істотної різниці в урожаях зерна при різній ширині міжряддя при внесенні безводного аміаку.

Переклала Анна Сказатна

Таблиця 1. Кількість бактерій у ґрунті в рядку з безводним аміаком порівняно з необробленими ділянками.

Таблиця 2. Зміна популяції ґрунтових грибів (сумарний ефект, оброблена ділянка та менш удобрена ділянка), в залежності від точки введення безводного аміаку та часу після нанесення

Таблиця 3. Фізичні та хімічні властивості ґрунту, що був взятий з двох шарів на польових ділянках

Таблиця 4. Врожайність кукурудзяного зерна під впливом внесення азотного добрива збоку рядка та кількість азоту в ґрунті дрібного механічного складу (шт. Іллінойс).

Рисунок 1. Втрати аміаку в ґрунті (в %, вертикальна вісь) в залежності від глибини внесення (відповідно 7,5, 15 і 22,5 см) та вологості ґрунту (в %, горизонтальна вісь)

Рисунок 2. Темпи втрати аміаку (вертикальна вісь) з ґрунту при різних ступенях вологості ґрунту (горизонтальна вісь — час у годинах після внесення)

Рисунок 3. Схожість кукурудзи (в %, вертикальна вісь) через 12 днів після сівби, в залежності від глибини (в дюймах, горизонтальна вісь) та кількості внесення безводного аміаку (у фунтах д. р. азоту на акр, 1 фунт/акр відповідає 1,13 кг/га)