Як зберегти азот?

Азот — основа всього живого на Землі. І водночас це єдиний з основних поживних елементів, який за нормальних умов перебуває в газоподібному стані. Відтак при вивільненні випаровується. Довгий час цю проблему недооцінювали, поки не відслідкували подальшу долю азоту, що потрапляв у грунт з добривами, методом мічених атомів. Результати шокували вчених: з’ясувалося, що культура засвоює в кращому випадку 50% азоту з добрив. Решта ж випаровується або вимивається. Як же запобігти цьому процесу?

Чому азот «тікає»?

На сьогодні, за словами портофоліо-менеджера з гербіцидів Corteva Agrisciences Галини Радзіцької, вчені оцінюють втрати азоту з внесених добрив у 40–70%. Зокрема, при внесенні рідких добрив втрати азоту через випаровування становлять від 5 до 25%, а азоту, отриманого з основним внесенням — навіть 28–50%. Чому така велика розбіжність в оцінках? Тому що, як пояснює Галина Радзіцька, втрати азоту залежать від низки факторів:

температури грунту,

вологості грунту,

рН грунту,

механічного складу грунту,

виду азотного добрива,

технології внесення добрива,

норми внесення добрива.

При цьому втрати азоту напряму залежать від темпів нітрифікації, адже втрачається азот, що перебуває в найменш стабільній нітратній формі, а вона утворюється з нітритної, в яку переходить азот, що початково перебуває в амонійній формі. Якщо азот не переходить у нітритну форму, то він порівняно стабільний.

А нітрифікація залежить від температури. Наприклад, при 5°С щоб половина азоту, що знаходиться в амонійній формі, перейшла в нітратну, потрібно 6 тижнів, тоді як за температури грунту 10°С — лише 2 тижні, а за температури 20 °С — тільки тиждень.

Оптимальна для процесу нітрифікації вологість грунту — 40–60%. Якщо вона більша, то частина азоту вимивається, якщо менша — випаровується.

Найбільш нестабільний з точки зору втрат азоту, як з’ясували німецькі вчені ще на початку 90-х, — карбамід. Втрати азоту з цього добрива, згідно дослідів протягом 3 сезонів, перевищують 35%, тоді як втрати з КАС та кальцієвої селітри лише трохи перевищують 5%, з сульфату амонію — 2–3%, а з комплексних добрив вони мінімальні.

І це за нейтральної реакції грунту (рН 5,6). Якщо рН зростає до 7,1, то втрати азоту з карбаміду зростають до більш ніж 40%, з сульфату амонію — до 30%, з КАС — до більш ніж 20%, з кальцієвої селітри — майже до 15%, з комплексних добрив — приблизно до 3%.

З піщаних грунтів азот вимивається швидше, тоді як зі зростанням вмісту глинистих частинок та стабільних органічних речовин обсяги випаровування азоту зменшуються.

Залежать втрати азоту і від глибини внесення добрив. Так, з азоту внесеного врозкид карбаміду, за даними німецьких вчених, рослина засвоює лише 25%. З внесеного на глибину до 3 см — вже 35%, на глибину 4 см — 62%, а на глибину 8 см — 82%. А при внесенні, наприклад, рідких добрив на глибину не менше 10 см за оптимальної вологості випаровування знижується до 5%.

Інгібітори нітрифікації

Здавалося б, вирішити проблему втрат азоту нескладно. По-перше, вносити його не одним махом під оранку чи з весни, а частину залишити на потім — на одне, два, а ще краще три підживлення. По-друге, заорювати чи заробляти азотні добрива поглибше.

Однак на практиці ми маємо впровадження технологій мінімального обробітку грунту, коли добрива вносяться в при поверхневий шар, і кліматичні зміни. Останні не тільки спричиняють швидке нагрівання і висушування грунту навесні, а й позбавляють сенсу третє і навіть друге весняні підживлення незалежно від того, здійснюються вони в грунт чи по листу. «У нас навесні трапляється таке швидке наростання температур, що на час другого підживлення умови для нього складаються настільки несприятливо, що його скасовують. Тому у нас часто обмежуються одним підживленням озимини», — відзначає Галина Радзіцька. Ще гірше з кукурудзою, котрій найбільше азоту потрібно в фази викидання волоті, наливання зерна і формування врожаю — тобто, коли вже давно стоїть погода, що сприяє швидким втратам азоту.

До того ж кожне додаткове підживлення — це додатковий прохід по полю, тобто, додаткові затрати. Ось тут і настав час для практичної реалізації ідеї стримування процесу нітрифікації, щоб розтягти його в часі. Було винайдено 2 способи інгібування азоту в складі добрив: за допомогою інгібіторів нітрифікації та інгібіторів уреази. Обидва вони передбачають додання інгібіторів у добрива.

До основних інгібіторів нітрифікації належать нітропірин, діциандіамід (DCD), 3,4-діметилпіразолфосфат (DMPP), 3-метилпіразол (3-МР або на пострадянському просторі КМП), 1-Н-1,2,4-триазол. Нітропірин — чи не найвідоміший і найстаріший з них. Він був відомий ще в СРСР. Однак, як зауважує Галина Радзіцька, довести цю речовину до розуму і домогтися зручної і економічно вигідної капсуляції змогла лише Dow Chemical. На сьогодні наступниця агрохімічного бізнесу Dow Chemical — Corteva Agrisciences — застосовує нітропірин як д. р. мікрокапсульованої суспензії під назвою N-Lock MAX.

Даний препарат виступає інгібітором бактерії Nitrosamonas, яка сприяє переходу азоту з амонійної форми в нітритну. «Дана речовина не вбиває цю бактерію, як дехто спочатку думає, а лише стабілізує, «присипляє» її», — запевняє Г. Радзіцька.

Особливістю нітропірину є дуже висока стійкість за температури грунту до +5°С, завдяки якій препарат особливо вигідно застосовувати під основне внесення добрив. За температури грунту від 10 до 20°С препарат тримається близько 45 днів, а якщо температура грунту перевищує 20°С, то строк «життя» препарату в грунті зменшується до 9–16 днів.

Препарати на основі нітропірину, як розповіла Г. Радзіцька, можна вносити з сухими добривами, в т. ч. з органікою (гноєм), однак найкраще його застосовувати з рідкими добривами — КАС і аміачною водою, в т. ч. через сопла розпилювачів — даний препарат не спричиняє корозії, на відміну від деяких інших інгібіторів нітрифікації. Ці препарати слід заробляти в грунт — якщо не з основним внесенням, то з передпосівною культивацією. Під кукурудзу інгібітори нітрифікації можна вносити разом з гербіцидами.

Для того, щоб вони спрацювали, необхідна волога — хоча б 10–15 мм протягом 10 днів після внесення. Також Г. Радзіцька відзначила, що ефект від застосування подібних препаратів найбільш відчутний на культурах з тривалим терміном вегетації — озимих (пшениці та ріпаку) і кукурудзі а також картоплі. Причому чим інтенсивніша технологія вирощування, тим відчутніший ефект. «В Польщі цей препарат з’явився 5 років тому, а зараз його вносять практично на всій площі під ріпак і кукурудзу», — додає Г. Радзіцька.

Діціандіамід теж стримує розвиток бактерії Nitrosamonas, стабілізуючи амонійний азот у грунті на 4–10 тижнів. Особливо ефективний він на легких грунтах у зонах з достатнім або надлишковим зволоженням.

3,4-діметилпіразолфосфат (DMPP) має такі переваги, як слабка мобільність у грунті і ефективність за високих температур.

3-метилпіразол ще з 60-х років досліджувався в СРСР і застосовувався шляхом заробляння в грунт.

Загалом інгібітори нітрифікації сприяють покращенню засвоєння не тільки азоту, а й фосфору та мікроелементів і зменшенню обсягів вимивання азоту в водойми. Останнім зараз серйозно переймаються американські та західноєвропейські фермери у зв’язку з запровадженням більш жорстких екологічних норм. Однак головною перевагою інгібіторів нітрифікації є, звичайно ж, підвищення ефективності азотних добрив, що дає змогу зменшити обсяги їх використання. Наприклад, на озимих пшениці та ріпаку і на кукурудзі, за словами Г. Радзіцької, інгібітори нітрифікації забезпечують прибавку врожайності в межах 4–8%, на картоплі — 3 т/га. Або ж при збереженні планової врожайності картоплі знизити обсяг застосування азотних добрив на 20%. При цьому відзначалося підвищення крохмалистості кукурудзи та картоплі і збільшення розміру бульб на картоплі. Дослідження компанії EuroChem Agro показали, що інгібітори нітрифікації також підвищують урожайність цибулі на перо (на 5%) і листового салату (на 40%).

Тож недарма у США, передусім при внесенні безводного аміаку, інгібітори нітрифікації використовують уже 40 років. Ці препарати, за словами Г. Радзіцької, на сьогодні застосовуються вже на 40% посівних площ у США і на 25% площ у Європі. А на кукурудзі та озимих пшениці й ріпаку деякі господарства цих країн застосовують інгібітори нітрифікації на всій площі.

Водночас екологи називають негативним ефектом часткову загибель грунтових бактерій Nitrosamonas внаслідок дії інгібіторів нітрифікації.

Інгібітори уреази

Інгібітори уреази блокують в зоні контакту добрива з грунтом уреазу, що виділяється уреазобактеріями та корінням рослин і перетворює внесений у грунт карбамід на гідрокарбонат амонію — досить нестабільну речовину, що розпадається з вивільненням у повітря вільного аміаку. Мало того, що витрачені на добрива гроші випаровуються, так цей аміак ще й сходи культури ушкоджує. Особливо якщо великі обсяги карбаміду вносяться під час сівби, що має місце за технологій «ноу-тілл» і «міні-тілл». Така специфіка зумовлює застосування інгібіторів уреази передусім при внесенні карбаміду і КАС.

Тривалість дії інгібіторів уреази — 7–14 днів. За цей час карбамід можна заробити в грунт, а за «ноу-тілл» чи «міні-тілл» — дочекатись опадів, які змиють карбамід у нижче розташовані шари грунту, що ускладнить випаровування азоту.

Дослідження німецьких учених показали, що застосування інгібітора уреази дало змогу зменшити втрати азоту з внесеного врозкид карбаміду з 75 до 25%, з карбаміду, внесеного на глибину 4 см — з 38 до 15%, на глибину 8 см — з 18 до 13%. Таким чином, її ефективно змішувати з добривами, що вносяться на поверхню чи на невелику глибину за «ноу-тілл» і «міні-тілл».

Прибавка врожайності озимої пшениці від застосування інгібіторів уреази в умовах Австрії становила більше 2 ц/га, а кукурудзи в умовах США — більше 15% за традиційної технології, майже 20% за «стріп-тілл» і майже в 1,5 рази за «ноу-тілл».

На сьогодні в Україні випускається т. зв. жовтий карбамід з доданням інгібітора уреази. Крім того, низка препаратів пропонується на ринку сільгоспвиробникам окремо: інгібітори нітрифікації N-Lock MAX (компанії Corteva Agriscience), Entec компанії EuroChem Agro та StabilureN чеської компанії Agra Group та інгібітор уреази UTEC компанії EuroChem Agro.