Проблеми азоту в землеробстві

Азот сказав: - Без мене нині нема життя колоска, ще бракуватиме рослині клейковини, жирів, білка.

Азот - надзвичайний елемент природи. Своєрідні та досить суперечливі властивості цього елемента сформували його назву. Відомий хімік Антуан Лоран Лавуаз'є сказав якось, що слово "азот" означає "нежиттєвий", тобто такий, що не підтримує горіння та дихання. Відомо, що азот інертний, тобто важко вступає в реакцію з іншими елементами і навіть із киснем. З одного боку, ця властивість азоту дорого обходиться людству, оскільки потребує значних затрат для створення життєво необхідних сполук. З другого, - інертність азоту запобігає його взаємодії з киснем в атмосфері, де його вміст становить 75,6%, що рятує флору й фауну планети від кислотних дощів. Співвітчизник вченого Лавуаз'є, хімік Шапталь лукаво запропонував назвати азот латино-грецькою назвою "нітрогеніум", що значить "селітру народжуючий". Слід зазначити, що відтоді, як академік Д. М. Прянишніков відкрив теорію азотного живлення, азот атмосфери і водень природного газу стали основою синтезу аміаку, із якого виробляють азотну кислоту, а в подальшому з цих двох речовин - усі селітри та інші азотні добрива.
Азот має надзвичайно велике значення в промисловості, медицині, сільському господарстві, навіть у мистецтві. Та вирішальну фізіологічну роль цей макроелемент відіграє в житті рослин. Він є основою синтезу білка, а білки - це основа життя. Життєдіяльність рослин і будь-якого іншого живого організму неможлива без таких білкових речовин, як ферменти, вітаміни, пігменти, в синтезі яких бере участь азот.
В агрономічній практиці азот називають елементом росту. І це справді так, оскільки всі ростові процеси, фотосинтез, обмін речовин були б неможливі без участі цього елемента, бо він формує врожай і його якість. Зовнішні ознаки нестачі азоту проявляються в зниженні темпів росту: листки дрібні, світло-зелені, швидко жовтіють, стебло тонке, слабо розгалужене.
Рослина споживає азот переважно з грунту. Вміст азоту в грунті коливається від 0,05 до 0,50%, а запаси орного шару - 1,5-15 т/га (табл. 1). Як вміст, так і запас азоту залежать від типу грунту й, зокрема, вмісту гумусу (вміст азоту в гумусі становить близько 5%). Якщо вважати, що винесення азоту основними сільськогосподарськими культурами перебуває в межах 60-200 кг/га, то можна припустити, що запасів азоту в грунті вистачить на сотні років. Однак це далеко не так. Основна (98-99%) частина азоту грунту представлена органічними сполуками, з яких рослина безпосередньо його споживати не може. Для його мінералізації й переходу в простіші доступні для рослин форми потрібні час і певні умови. І тільки 1-2% загального азоту грунту міститься в мінеральних формах, доступних для живлення рослин.
Мінеральний азот грунту представлено обмінним амонієм (NH4+), який поглинутий грунтовими колоїдами. Ця форма азоту нерухома в грунті й не піддається промиванню в грунтовому профілі. Основні джерела надходження цієї форми азоту в грунт - внесення добрив і процес амоніфікації (мінералізація рослинних решток, відмерлих живих організмів, що населяють грунт, органічних добрив).
Для мінерального азоту використовують нітратну (NO3-) й нітритну (NO2-) форми, які перебувають у вигляді розчинних солей у грунтовому розчині. Агрономам-технологам слід пам'ятати, що ця форма азоту дуже динамічна й може легко промиватися горизонтально та вертикально в грунті. Така дія нітратів сприяє втратам азоту із шару грунту, в якому міститься активна зона кореневої системи, а також забрудненню грунтових вод. Особливо активно відбувається промивання нітратів на грунтах із легким гранулометричним складом і тих, що не зайняті рослинністю. На легких грунтах внесення всіх азотних добрив із основного періоду слід переносити на весну.
Втрати нітратного азоту з грунту можливі також унаслідок процесу денітрифікації, в основі якого лежить відновлення нітратів грунту до молекулярного азоту. Активно цей процес протікає за надмірного вмісту в грунті слабо мінералізованих рослинних решток і утворення після опадів грунтової поверхневої кірки. Є дані, що, внаслідок цього процесу, добові втрати азоту становлять 0,5 мг/кг грунту. Основним заходом для унеможливлення цього процесу є своєчасне загортання в грунт рослинних решток, внесення добре мінералізованих органічних добрив і розпушення грунтів після опадів.
Вміст і запаси нітратного азоту в грунті поповнюються завдяки внесенню добрив та процесам нітрифікації, тобто мікробіологічного окислення аміаку до нітратів. Цей процес можливий за певних умов, а саме: оптимальної (22...25°С) температури грунту, близької до нейтральної реакції грунтового розчину, наявності кисню й вологи, спеціальних мікроорганізмів нітрифікаторів. Фактично процес нітрифікації триває з кінця весни до середини осені. За даними професора Лебедянцева, в процесі нітрифікації може утворюватися майже 300 кг/га нітратного азоту. З агрономічного погляду, інтенсивність процесів нітрифікації є показником окультуреності грунту.
У повітряній фазі грунту міститься газоподібна аміачна (NH3+) форма азоту, яка теж бере участь у живленні рослин.
У процесі росту й розвитку рослина споживає всі форми мінерального азоту, проте інтенсивність їхнього поглинання залежить від грунтово-кліматичних умов. Так, встановлено, що на грунтах із легким гранулометричним складом і кислою та слабокислою реакцією грунтового розчину краще використовується нітратна форма, а на грунтах із середнім та важким гранулометричним складом і нейтральною реакцією - амонійна форма азоту.
Амонійний азот, що надходить у рослину внаслідок реакції амінування й переамінування, вступає в білковий синтез. Нітратна форма азоту в рослині піддається ферментативному перетворенню в аміачну, що, з одного боку, активує синтез білка, а з другого - знижує концентрацію нітратів, які в надмірній кількості можуть бути токсичними й знижують екологічну цінність продукції.
Для оцінки забезпеченості рослин азотом в агрономічній практиці існує поняття про сполуки азоту, що легко гідролізуються. Вчені Тюрін і Кононова до них зараховують мінеральні сполуки азоту та частину азоту простих органічних речовин, які входять до складу амінокислот і амідів, унаслідок мінералізації яких може утворюватися амонійний та нітратний азот.
Існує також поняття про лужногідролізований азот. Цей азот характеризує ступінь окультуреності грунтів, а також ступінь забезпеченості азотом, оскільки його вміст показує тісну кореляційну залежність між азотом, який вилучається, вмістом гумусу, загальним вмістом азоту та нітрифікаційною здатністю. Вчений Корнфілд до цих сполук додає азот обмінного амонію, вільного й увібраного аміаку, амідів, частково амінокислот і аміноцукрів. Методом визначення лужногідролізованого азоту, за Корнфілдом, користуються державні технологічні центри охорони родючості грунтів, за його даними визначають рівень забезпеченості рослин азотом (табл. 2).
Слід зазначити, що більшість грунтів України мають дуже низьку, низьку й незначна їхня частина - середню забезпеченість азотом, що пов'язано з високим насиченням структури посівних площ культур, з високим рівнем винесення азоту та недостатнім використанням добрив. Низька забезпеченість азотом тісно пов'язана з втратами гумусу, які в середньому щороку становлять: на Поліссі - 0,76, в Лісостепу - 0,48 та в Степу - 0,81 т з гектара.
Поповнення запасів азоту в грунті здійснюється кількома способами. Відомо, що атмосфера - це невичерпне джерело азоту. Адже над площею 1 га в її кілометровій товщі міститься близько 70 тис. т азоту. Незначна (5-10 кг/га) частина цього елемента надходить у грунт з опадами. В основному, це азот у нітратній формі, який утворюється внаслідок громових розрядів. Важливим способом поповнення вмісту азоту в грунті є діяльність мікроорганізмів. Зокрема, внаслідок несимбіотичної фіксації азоту атмосфери вільноживучими мікроорганізмами в грунти Полісся за рік надходить 5 кг цього елемента, Лісостепу - 10, Степу - 8 кг. Помітно більше значення для надходження атмосферного азоту в грунт мають бульбочкові бактерії, які живуть у симбіозі з кореневою системою бобових культур. Розмір такої фіксації залежить від виду бобової рослини та грунтово-кліматичних умов.
У господарствах, які, крім рослинництва, мають іще й розвинене тваринництво, безперечно, важливим джерелом поліпшення азотного режиму грунтів є використання різних видів органічних добрив. В умовах нестачі останніх із агрономічного, екологічного й економічного поглядів ефективним є висівання швидкорослих бобово-злакових та хрестоцвітих культур на зелене добриво. Це один із способів поповнення елементів живлення в грунтах і поліпшешення їхніх фізико-хімічних, агрохімічних, біологічних та екологічних властивостей.
Безумовно, найвагомішим джерелом поповнення вмісту й запасів азоту в грунті є використання мінеральних добрив. Їхній асортимент досить широкий, але, вносячи їх, слід враховувати їхні властивості, дію в грунті й використовувати раціональні норми, строки та способи внесення.
В основу класифікації азотних добрив покладено фізичні властивості (тверді, рідкі, порошкоподібні, гранульовані) та форму наявного в них азоту. За останньою ознакою азотні добрива поділяють на амонійні, аміачні, нітратні, амонійно-нітратні та амідні (табл. 3).
Сульфат амонію [(NH4)2SО4] містить 20,5-21,0% азоту і 24% сірки. Це кристалічна сіль білого або сірого кольору, добре розчинна у воді, має незначну гігроскопічність, майже не злежується, добре розсівається. Добриво фізіологічно кисле. Після внесення в грунт амоній поглинається грунтом, що обмежує його втрати:
Сульфат амонію найкраще застосовувати для основного удобрення й загортати на глибину розміщення коренів на нейтральних і лужних грунтах. Вносять його під усі культури, особливо з родини хрестоцвітих бобових та під рис, які добре реагують на сірку.
Хлористий амоній (NH4Cl) - побічний продукт під час виробництва соди. Це добриво містить 24-25% азоту й близько 67% хлору. Дрібнокристалічна, малогігроскопічна, розчинна у воді сіль білого або жовтуватого кольору. Добриво фізіологічно кисле, взаємодіє з грунтом аналогічно сульфату амонію. Враховуючи високий вміст хлору, це добриво краще вносити восени, щоб хлор за осінньо-зимовий період вимився у глибші шари грунту. Хлористий амоній не рекомендується застосовувати під картоплю, льон, тютюн, виноград, овочеві та плодові культури, чутливі до хлору.
До нітратних добрив належать  натрієва й кальцієва селітри, які містять азот у формі NО3-, однак їх випускають у незначних кількостях.
Натрієва селітра (NaNО3) містить 15-16% азоту. Це біла чи бурувато-жовта дрібнокристалічна сіль, добре розчинна у воді. Має високу гігроскопічність, тому може злежуватися. Добриво фізіологічно лужне. Після внесення в грунт нітратний азот залишається в грунтовому розчині, а натрій поглинається грунтовим вбирним комплексом.
Ця форма азоту легко засвоюється рослинами, однак може вимиватись і втрачатись. Натрієву селітру краще вносити під час сівби та для підживлення на кислих грунтах під культури, чутливі до натрію (цукрові буряки, коренеплоди).
Кальцієва селітра [Са(NО3)2] містить не менше 17% азоту. Отримують її під час нейтралізації азотної кислоти вапном. У звичайному стані кристалічна сіль білого кольору, добре розчинна у воді. Дуже гігроскопічна й навіть за правильних умов зберігання швидко втрачає свої властивості (пливе). Для усунення цього недоліку її гранулюють, хоча це мало поліпшує ситуацію. Добриво фізіологічно лужне. Особливості застосування такі самі, як і натрієвої селітри.
Амонійно-нітратні добрива містять як амонійну (NH4+), так і нітратну (NО3-) форми азоту.
Аміачна селітра (NH4NО3) - одне з найпоширеніших азотних добрив. Містить 34% азоту (50% у формі NH4 і 50% у формі NО3). Одержують способом нейтралізації аміачної кислоти аміаком. Це фізіологічно слабокисла сіль білого або червонуватого кольору, що легко розчиняється у воді. Випускають переважно в гранульованому вигляді. Після внесення в грунт амоній поглинається грунтовим вбирним комплексом, що знижує його рухомість, певна частина зазнає нітрифікації. Нітратна форма азоту утворює легкорозчинні солі, які можуть вимиватися в глибші шари грунту, тобто втрачатися. Встановлено, що за осінньо-зимовий період ці втрати можуть становити 25-30%. Ця властивість аміачної селітри обмежує її використання для основного удобрення, на легких грунтах вносити взагалі недопустимо.
Аміачну селітру вважають універсальним добривом. Її застосовують різними способами під усі культури, вона є незамінним добривом для підживлення озимих і коренево-просапних культур та для внесення в рядки під час ранньовесняного висіву. Аміачну селітру доцільно вносити для посилення мінералізації післяжнивних решток, з розрахунку 10-15 кг азоту на 1 т. Працюючи з аміачною селітрою, слід пам'ятати, що це добриво - вогне- і вибухонебезпечне.
Вапняно-аміачна селітра (NH4NО3 + CаCО3 + MgCО3) - аміачна селітра, нейтралізована вапняком. Містить 20-28% азоту, 4-6 - оксиду кальцію (в перерахунку на CаCО3 - 28-32%) і 2-6% оксиду магнію. Порівняно з аміачною та іншими селітрами, у неї значно кращі фізико-хімічні властивості: негігроскопічна, не злежується, має високу сипкість і аеродинаміку. Це добриво фізіологічно нейтральне, завдяки вмісту Са2+ і Mg2+ може зберігатися в мішках штабелями на відкритому повітрі. Ефективне на кислих грунтах із легким гранулометричним складом. Добре реагують на підживлення цим добривом такі культури, як буряки цукрові й кормові, озима пшениця, ріпак, соняшник, соя, овочеві культури та інші рослини, які виносять високий вміст кальцію і магнію та є чутливими до фізіологічно кислих добрив. Вапняково-аміачну селітру додають під усі сільськогосподарські культури поверхнево або локально в основне внесення, припосівне та в рядки із загортанням у грунт. Можна використовувати для виготовлення тукосумішей. Добриво в значних обсягах виробляє МХК "Єврохім" у Росії та широко постачає його на ринок України.
Амідні азотні добрива містять азот в амідній органічній формі (NH2).
Сечовина (карбамід) (СО(NH2)2) - найбільш концентроване тверде азотне добриво із вмістом азоту 46%. Це кристалічна або гранульована речовина білого кольору, малогігроскопічна, майже не злежується під час зберігання, має високу сипкість, добре розсівається. Добувають добриво взаємодією аміаку з вуглекислим газом за температури 185...200°С і тиску 180-200 кПа:
У грунті, під дією уробактерій, які виділяють фермент уреазу, сечовина швидко амоніфікується й перетворюється на карбонат амонію. Амонійна група азоту вбирається грунтовим вбирним комплексом, що унеможливлює втрати азоту та сприяє раціональному його використанню рослиною.
Спочатку сечовина діє як слаболужне добриво, тож вона ефективна й на кислих та слабокислих грунтах. Частина амонію під час вегетації може зазнавати нітрифікації, внаслідок чого утворюється незначна кількість нітратного азоту, який легко поглинається рослинами. За таких умов реакція змінюється і відбувається незначне біологічне підкислення. Після засвоєння рослинами всього азоту від сечовини в грунті немає ні кислих, ані лужних залишків, і реакція грунтового розчину не змінюється. Останнім часом доведено, що органічна форма азоту сечовини може частково засвоюватися рослинами без попереднього перетворення на інші форми.
Сечовину можна застосовувати на всіх типах грунтів під усі культури. Крім того, це найкраще добриво для позакореневого підживлення озимих і ярих зернових культур. Внесення розчину сечовини навіть у підвищених концентраціях (1-5%), на відміну від інших азотних добрив, не спричиняє опіків у рослин і сприяє підвищенню вмісту білка та клейковини в зерні.
У тваринництві сечовину використовують як кормову добавку. Сечовина є незамінним компонентом тукосумішей.
Аміачні рідкі азотні добрива містять азот у формі NH3. До цієї групи належить безводний аміак, який містить 82% азоту. Отримують його зрідженням газоподібного аміаку під тиском. Це безбарвна рідина, яка на повітрі бурхливо кипить і швидко випаровується. Безводний аміак має високу пружність парів, тому його слід зберігати в спеціальній тарі, що витримує високий тиск. Має ряд переваг перед твердими азотними добривами: висока технологічність внесення, нерухомість у грунті та стійкість проти вимивання, рівномірний розподіл у грунті та висока доступність азоту рослинам, вартість одиниці діючої речовини азоту нижча на 40%, менші витрати на транспортування та внесення. У разі внесення на грунтах із середнім та важким гранулометричним станом глибина загортання має бути 12-15, а на легких - 16-18 см. Під час внесення слід чітко дотримуватися правил техніки безпеки. Останніми роками добриво широко застосовують передові агрофірми України одночасно з основним унесенням під цукрові буряки, кукурудзу, соняшник з використанням сучасних машин.
Аміачна вода (водний аміак) (NH4OH) - водні 25- і 20%-й розчини аміаку; випускають двох сортів - із вмістом 20 і 16% азоту. Це жовтувата рідина із запахом нашатирного спирту. Тиск парів над аміачною водою незначний, тому її можна зберігати у звичайних цистернах, але герметичних та стійких проти корозії. Добриво фізіологічно лужне, може піддаватися процесам нітрифікації. Вносять аміачну воду як основне удобрення та для підживлення просапних культур з обов'язковим загортанням у грунт.
Водний розчин аміачної селітри і сечовини (КАС) містить 28-32% азоту, 40-42% NH4NО3 і 30-32% Co(NH2)2. Собівартість одиниці азоту в КАС нижча, ніж у твердих азотних добривах. Це добриво, на відміну від рідких аміачних добрив, не містить вільного аміаку, тому його можна вносити поверхнево без загортання в грунт. У процесі його внесення досягаються висока точність дозування й рівномірність розміщення на поверхні грунту. Низька температура кристалізації і замерзання дає змогу транспортувати та зберігати це добриво цілий рік у звичайних простих сховищах.
В умовах запровадження інтенсивних і ресурсоощадних технологій вирощування культур велике значення має можливість уведення до складу КАС мікроелементів і пестицидів. У передових господарствах їх широко використовують для позакореневого підживлення озимої пшениці в період відновлення весняної вегетації, у фазі виходу в трубку та на початку колосіння.
У країнах СНД одноосібним лідером з виробництва КАС (1,1 млн т за рік) є МХК "Єврохім".
Таким чином, можна зробити висновок, що азот - один із головних макроелементів, який забезпечує ростові процеси й синтез білків. Незважаючи на відносно високі запаси азоту в грунтах, останніми роками помітно погіршилися як баланс цього елемента в землеробстві України, так і рівень забезпеченості його рослинами. Тож до поліпшення азотного режиму грунтів потрібно підходити комплексно: висівати бобові й сидеральні культури, ефективно використовувати органічні добрива й нетоварні рештки врожаю, вдосконалювати і впроваджувати нові технології внесення мінеральних добрив. 

І. Марчук,
канд. с.-г. наук