Значення азоту для рослин і особливості підживлення їм

Ніякий інший поживний елемент не лімітує так запаси продуктів харчування, як азот. Тому в агрономічній практиці азот називають елементом росту. І це так, оскільки всі ростові процеси, фотосинтез і обмін речовин були б неможливі без участі цього елемента мінерального живлення. Адже він формує врожай і поліпшує біохімічні показники його якості. Перш за все, він є структурним компонентом азотовмісних органічних сполук і бере активну участь у всіх життєво- важливих обмінних процесах, які проходять у рослинах упродовж усього їхнього вегетаційного періоду.

Важливий елемент для живлення рослин

Якщо вважати, що для формування однієї тонни основної продукції з урахуванням побічної потрібно 4,4–44,0 кг азоту (рис. 1), а його винесення основними с.-г. культурами перебуває в межах 60–200 кг/га, то в такому разі можна припустити, що запасів у ґрунті цього елемента мінерального живлення рослинам вистачить на сотні років. Однак це далеко не так. Основна (98-99%) частина азоту ґрунту — це органічні сполуки, з яких рослина безпосередньо його споживати не може. Для його мінералізації й переходу в простіші доступні для рослин форми потрібні час певні умови. І тільки 1–2% загального азоту ґрунту міститься в мінеральних формах, доступних для живлення рослин. До того ж процеси азотного живлення рослин доволі складні, тому оптимальне забезпечення рослин цим елементом мінерального живлення можливе лише завдяки їхнього всебічного вивчення і науково- обґрунтованого використання за розробки систем удобрення сільськогосподарських культур.

Загалом удобрення азотом — це складна стратегія, прорахунки в якій можуть не тільки коштувати підприємству надмірних витрат, а й навіть знижувати врожайність і погіршувати якість вирощеної продукції.

Джерела азотних добрив 

Тож спочатку ми розглянемо всі процеси, пов’язані з азотним живленням рослин, а потім вже надамо слушні рекомендації з розробки системи азотного удобрення рослин різних культур. Щодо подальшого зростання врожаїв і підвищення родючості ґрунту слід одночасно використовувати два шляхи фіксації атмосферного азоту — технічний (синтез аміаку) і біологічний (синтез білків в бульбочках бобових культур і робота азотобактера). Джерелом азоту для живлення рослин можуть бути як солі азотної кислоти, так і солі амонію, а також солі азотистої кислоти. Наукові дослідження переконливо довели, що рослини вбирають його із ґрунту здебільшого у формі катіону амонію NH4+ та аніону NO3-, а також незначною кількістю вони можуть засвоювати азот деяких амінокислот, аміноцукрів та інших дещо простих азотовмісних органічних речовин. Ще на початку ХХ століття академік Д.М. Прянішніков установив, що нітратний та амонійний азот для живлення рослин рівноцінний. Однак їхнє функціонування в ґрунті різне. Нітратний в ґрунті постійно рухається вздовж і впоперек ґрунтового профілю (рис. 2). Слід завжди пам’ятати, що ця форма дуже динамічна й легко переміщується горизонтально та вертикально в ґрунтовому профілі. Така дія нітратів сприяє втратам азоту із шару ґрунту, в якому міститься активна зона кореневої системи, та зумовлює забруднення ґрунтових вод. Особливо активно відбувається промивання нітратів у ґрунтах із легким гранулометричним складом і в тих, що не зайняті рослинністю.

Амонійний азот, навпаки, рухається дуже повільно, оскільки в основному знаходиться в поглинутому стані на поверхні ґрунтових колоїдів, які несуть на своїй поверхні вільні зв’язки з негативним зарядом і здатні приєднувати до себе позитивно заряджені катіони, такі як NH4+ й міцно утримувати їх (рис. 3).

Перш за все це пов’язано з тим, що ґрунтові колоїди мають негативний заряд, а амонійний азот позитивний, тому катіон амонію притягується до них й легко та швидко поглинається ґрунтовими колоїдами і буде знаходиться в поглинутому стані на їхній поверхні до початку обмінних реакцій. У зв’язку з цим у ґрунті катіон амонію не рухається і поглинається кореневим волоском коріння лише після проходження обмінних реакцій між ґрунтовими колоїдами та ґрунтовим розчином.

Ці дві форми  відрізняються між собою не тільки своїми властивостями, в них по-різному проявляється участь у синтезі органічних азотумісних речовин. Так, амонійний азот рослини використовують швидше в своїх біохімічних процесах, ніж нітратний, оскільки для синтезу органічних азотовмісних речовин їм потрібна насамперед відновлена форма азоту. А от нітратний - перш ніж увійти до складу амінокислот і білків, спочатку має бути відновлений у рослинах до амонійного. За достатньої кількості вуглеводів і ферментів азот нітратів відновлюється до амонійного ще в коренях. За нестачі вуглеводів нітрати надходять до надземної частини рослини. Амонійний азот, який потрапляє у рослини з ґрунту та утворюється в них в результаті обмінних процесів, зокрема реакції дезамінування амінокислот і відновлення нітратів, не нагромаджується в рослинах, а використовується для синтезу азотистих органічних сполук.

Слід зазначити, що надлишок аміачного азоту в тканинах шкідливий для рослин. Основним шляхом зв’язування аміаку в рослинах є взаємодія його з кетокислотами. До того ж утворюються амінокислоти, які можуть передавати свої амінні групи іншим кетокислотам (процес переамінування). Цей процес особливо важливий для синтезу білків, а також для нових кетокислот, які беруть участь у синтезі жирів, вуглеводів та інших сполук. За участі аміаку утворюються аміди амінодикарбонових кислот — аспарагін і глютамін. Це також запобігає утворення зайвого аміаку в рослинах. У цілому весь складний цикл синтезу азотистих речовин у рослинах починається з аміаку, а їхній розпад завершується його утворенням. За висловом академіка Д.М. Прянішнікова, аміак є альфою та омегою обміну азотистих речовин у рослинах.

Залежно від конкретних умов вирощування рослини можуть віддавати перевагу чи амонійній, чи нітратній формам азоту. Так, за нейтральної реакції ґрунту перевагу має амонійна форма азоту, а на кислих ґрунтах — нітратна. Неоднаково впливає й катіонний склад ґрунтового розчину на засвоєння мінеральних форм азоту. Так, калій і натрій сприяють засвоєнню нітратів, а кальцій та магній збільшують інтенсивність використання рослинами амонійного азоту.

Особливо чутливі до різних форм азотного живлення рослини в молодому віці. Так, сходи рослин, у яких насіння має недостаньо запасних поживних речовин, значно гірше переносять надлишок аміачного азоту, ніж нітратного, оскільки амонійний азот спричинює токсикоз у насіння, що проростає.

Доречно відмітити, що у всіх ґрунтово-кліматичних зонах України з трьох головних поживних елементів, що впливають на продуктивність рослин і якість урожаю, провідна роль належить азоту. З посиленням азотного живлення у рослинах зростає синтез азотистих білкових речовин і зменшується кількість вуглеводів (цукрі, крохмалю). Це насамперед пов’язане з тим, що без нього не буде білка, без білкових речовин не утвориться протоплазма, а отже, без білка не може бути життя. А життя на планеті буде продовжуватися до тих пір, поки буде збережений на її поверхні родючий шар ґрунту і наявні в ньому в доступній для рослин формі мінеральний азот разом з іншими поживними речовинами. До такого цілковитого розуміння провідної ролі поживного режиму ґрунту та особливо вмісту в ньому мінеральних форм азоту в житті людей і вирішенні продовольчої проблеми на Землі прийшли нині вчені в усьому світі. Тож дефіцит у ґрунті рухомих форм поживних речовин і насамперед недостача в ґрунті мінеральних форм азоту порушують усі найважливіші функції і розвиток рослин, адже він — надзвичайно важливий органогенний елемент. Поряд з білками цей елемент мінерального живлення входить до складу молекул усіх без винятку видів амінокислот, поліпептидів, нуклеїнових кислот, АТФ, міститься у хлорофілі, фосфатидах, алкалоїдах, ферментах, вітамінах, пігментах, фітогормонах і в інших сполуках. Оскільки всі вище перераховані органічні речовини містять у своєму складі азот, тож вони без нього не можуть утворюватись в рослинах.

Уміст азоту в рослинних білках доволі високий і становить 14–19%. У сухій речовині рослин його вміст варіює від 0,4 до 5%. Слід підкреслити, що всі без винятку ферменти, які є каталізаторами процесів обміну в рослинах, — це білкові речовини. Отже, у разі азотного дефіциту відбуватиметься уповільнення процесів біосинтезу, обміну хімічних сполук і зниження інтенсивності фотосинтезу. Також без азоту неможлива побудова хромосом — основних носіїв спадковості — й передача спадкової інформації. За недостатнього азотного живлення рослин у них зменшується нагромадження запасних білків і погіршується якість багатьох видів вирощеної продукції. Тривалі наукові дослідження і виробнича практика переконливо доказують, що азот завжди був і нині залишається, а також мабуть буде ще й довго надалі основним лімітуючим елементом мінерального живлення, а його поступова акумуляція — головним чинником подальшого розвитку родючості ґрунтів.

За нестачі азоту рослини відстають у рості, а їхні листки набувають блідо-зеленого, жовтуватого забарвлення. Внаслідок реутилізації (відтоку азоту з раніше утворених частин рослин в молоді), нестача цього елемента насамперед проявляється на листках, що вже закінчили ріст, тобто старих, які зазвичай розташовані в нижній частині стебла. Пожовтіння цих листків через розкладання хлорофілу поступово переходить у побуріння тканин та їхнє засихання, особливо верхнього кінчика листка, що в кінцевому результаті зменшує продуктивність рослин, знижує інтенсивність проходження в них біохімічних процесів і погіршує якість вирощеної продукції. Нормальне азотне живлення, навпаки, підвищує продуктивність рослин. До того ж листки мають темно- зелене забарвлення, рослини добре кущаться, формують велике листя і повноцінні репродуктивні органи, в яких прискорюється синтез білка. Тож вони тривалий час упродовж всієї вегетації зберігають свою активну життєдіяльність.

У зв’язку з цим потреба сільськогосподарських культур в азоті порівняно з іншими елементами мінерального живлення виявляється частіше і більшою мірою. Тому й вплив азоту на врожайність сільськогосподарських культур є найвищим і як наслідок — найповніша реалізація генетичного потенціалу сучасних сортів і гібридів тісно пов’язана з необхідністю успішного вирішення проблеми азоту в землеробстві. Адже вітчизняна і зарубіжна аграрна практика переконливо доводить, що неможливо отримувати високі врожаї всіх без винятку сільськогосподарських культур без внесення азотних добрив. Тож ця проблема не тільки нашої держави, а також вона стосується і інших країн світу. Вирішити її можна шляхом внесення в ґрунт найефективніших азотних добрив в оптимальних дозах.

Переваги КАС добрив

Наразі серед наявного асортименту азотних добрив товаровиробники все більше розпочинають приваблювати карбамід-аміачні суміші КАСи, не зважаючи на те, що вони не належать до концентрованих азотних добрив. У чому ж тут справа? Розглянемо це досить важливе питання. Спочатку перелічимо основні переваги цього добрива щодо твердих туків. КАС, не дивлячи на свою зовнішню простоту, належить до інноваційних видів добрив. Його рідка форма якнайкраще підходить для точного землеробства і технологій землеробства в умовах нинішніх кліматичних змін.

Основні загальні переваги КАСів над гранульованими азотними добривами такі: в них немає непродуктивних втрат азоту; вони нетоксичні і вибухобезпечні; після внесення проявляють пролонговану дію впродовж 8-25 днів; це єдине добриво, що містить у своєму складі одночасно три форми азоту:

• нітратна — доступна відразу після внесення;
• амонійна — доступна після переходу в нітратну форму;
• амідна — переходить в амонійну, а потім амонійна в нітратну.

КАС — універсальне добриво, його можна вносити в будь-яку пору року, йому характерно висока технологічність внесення:

• під основний обробіток ґрунту і перепосівну культивацію;
• підживлення сільськогосподарських культур у всі фази вегетації (в т.ч. на якість продукції) навіть у посушливий період;
• універсальне добриво для підживлення, особливо в запізнілі терміни;
• призупиняє негативну дію вірусів мікоплазми;
• забезпечує високу рівномірність внесення порівняно з твердими (гранульованими) азотними добривами;
• його можна ефективно вносити в баковій суміші із засобами захисту рослин та іншими водорозчинними добривами;
• найефективніше азотне добриво, яке можна успішно використати в посушливих умовах, що нині дуже часто виникають в зв’язку з глобальним потеплінням.

Можна виділити шість основних причин, за яких 89% фермерів Європи переходять на КАС: Œ

• низька собівартість азоту в КАС; 
• низькі втрати азоту за внесення до 10%, а у твердих гранульованих азотних добрив — 30-40%; Ž
• простіша та ефективніша логістика: менше часу витрачається на завантаження, перевезення й внесення;
• скорочені технологічні витрати завдяки можливості внесення КАС сумісно з мікродобривами та пестицидами;
• можливість використання КАС у різні фази розвитку рослин;
• одночасне кореневе й позакореневе живлення рослин: через листкову поверхню амідним азотом; а через кореневу систему — завдяки нітратній та амонійній формам цього елемента живлення рослин.

Ознайомимось із цими добривами детальніше. По-перше розглянемо їхній хімічний склад і технології виробництва. Карбамід- аміачна селітра (КАС), або карбамід- аміачна суміш — це суміш концентрованих водних розчинів карбаміду та аміачної селітри, масові частки яких відповідно мають 31-36 і 40-44%. Наразі є три види цього добрива: КАС-28, КАС-30 і КАС-32 із умістом азоту відповідно 28, 30 і 32.

Якщо весь азот, який міститься в складі КАС, становить 100%, то у складі всіх трьох марок КАСів азот перебуває у трьох формах — аміачній (25%), нітратній (25%) та амідній (50%) (рис. 4). Усі ці форми не леткі й не спричинюють втрат азоту, тому його можна вносити поверхнево без загортання в ґрунт. Нітратна та аміачна форми є безпосередньо доступні для рослин. Спочатку засвоюється нітратний азот, який дуже рухомий у ґрунті. Аміачний азот затримується в ґрунті й не вимивається у глибші шари. За внесення КАС у ґрунт ця форма акумулюється в орному шарі і стає доступною для рослин упродовж вегетації. Частина аміачної форми перетворюється у нітратну. Амідна форма в ґрунті трансформується у аміачну, а пізніше — в нітратну. Добриво має прозору або світло-жовту консистенцію з незначним запахом аміаку, його густина 1,26–1,31 г/см3, рН 7-8. До речі, щільність КАСів можна перевірити самостійно за допомогою ареометра (ним вимірюють щільність розчину сірчаної кислоти в акумуляторах), а їхню якість оцінюють за стандартизованими методиками в спеціальних агрохімічних лабораторіях, які точно встановлюють вміст в них амонійного, нітратного та амідного азоту. Наприклад, у КАС-28 міститься NO₃ — 7%, NH4+ — 7, NH₂ — 14%. 100 кг КАС-28 займає об’єм 78 л і містить 28 кг азоту; 100 л КАС-28 добрива — 35,8 кг азоту і має масу 128 кг.

Розчини КАС використовують також для приготування подвійних і потрійних рідких тукосумішей. Техніка приготування азотно-фосфорних сумішей проста, оскільки розчини КАС можна змішувати з РКД (рідкі комплексні добриви) марки 10-34-0 у будь-яких співвідношеннях безпосередньо в ємностях машин для внесення. У потрійних рівнозначних за вмістом поживних речовин розчинів сумарна концентрація кожної поживної речовини не перевищує 30%. Для збільшення концентрації в рідку тукосуміш потрібно вводити стабілізатори, що перешкоджають швидкому осаду твердої фази.

Приготування рідких тукосумішей (розчинів і суспензій) проводять шляхом послідовного дозування, перемішування або подрібнення компонентів. Щоб прискорити процеси розчинення твердих вихідних компонентів, слід підігріти воду до температури 70–80°С. В якості вихідних компонентів використовують РКД 10-34-0, КАС, сечовину, калій хлористий, воду. Для стабілізації суспензій застосовують бентонітову глину (глинопорошок) фосфогіпс або суперфосфат, які додають у кількості 1-3% маси суспензії. Для отримання розчинів компоненти перемішуються до повного розчинення, для одержання суспензій потрібно утворити стійку суміш, яка не осідає протягом декількох діб. Потрійні розчини, а також суспензовані тукосуміші готують тільки у спеціальних змішувальних установках.

С. Крамарьов, зав кафедри агрохімії, д-р с.-г. наук, професор, Дніпровський державний аграрно-економічний університет

журнал «Пропозиція», №4, 2018 р.