Спецвозможности
Агрохимия

Значение азота для растений и особенности удобрения им

24.04.2019
2158
Значение азота для растений и особенности удобрения им фото, иллюстрация

Никакой другой питательный элемент не лимитирует так запасы продуктов питания, как азот. Поэтому в агрономической практике азот называют элементом роста. И это так, поскольку все ростовые процессы, фотосинтез и обмен веществ были бы невозможны без участия этого элемента минерального питания. Ведь он формирует урожай и улучшает биохимические показатели его качества. Прежде всего, он является структурным компонентом азотсодержащих органических соединений и активно участвует во всех жизненно важных обменных процессах, которые проходят в растениях на протяжении всего их вегетационного периода.

Если считать, что для формирования одной тонны основной продукции с учетом побочной нужно 4,4-44 кг азота (рис. 1), а его вынос основными сельскохозяйственными культурами находится в пределах 60-200 кг/га, то в таком случае можно предположить, что запасов в почве этого элемента минерального питания растениям хватит на сотни лет. Однако это далеко не так. Основная (98-99%) часть азота почвы - это органические соединения, из которых растение непосредственно его потреблять не может. Для его минерализации и перехода в более простые доступные для растений формы нужно время определенные условия. И только 1-2% общего азота почвы содержится в минеральных формах, доступных для питания растений. К тому же процессы азотного питания растений довольно сложные, поэтому оптимальное обеспечение растений этим элементом минерального питания возможно лишь благодаря их всестороннему изучению и научно обоснованному использованию по разработке систем удобрения сельскохозяйственных культур.

В общем удобрение азотом - это сложная стратегия, просчеты в которой могут не только стоить предприятию чрезмерных расходов, но даже снижать урожайность и ухудшать качество выращенной продукции.

Нітратний азот у ґрунті постійно рухається

Поэтому сначала мы рассмотрим все процессы, связанные с азотным питанием растений, а затем уже предоставим дельные рекомендации по разработке системы азотного удобрения растений различных культур. Относительно дальнейшего роста урожаев и повышения плодородия почвы следует одновременно использовать два пути фиксации атмосферного азота - технический (синтез аммиака) и биологический (синтез белков в клубеньках бобовых культур и работа азотобактера). Источником азота для питания растений могут быть как соли азотной кислоты, так и соли аммония, а также соли азотистой кислоты. Научные исследования убедительно доказали, что растения впитывают из почвы азот преимущественно в форме катиона аммония NH4 + и аниона NO3-, а также в незначительном количестве они могут усваивать азот некоторых аминокислот, аминосахаров и других несколько простых азотсодержащих органических веществ. Еще в начале ХХ века академик Д.М. Прянишников установил, что нитратный и аммонийный азот для питания растений равноценен. Однако их функционирование в почве разное. Нитратный азот в почве постоянно движется вдоль и поперек почвенного профиля (рис. 2). Следует всегда помнить, что эта форма азота очень динамична и легко перемещается горизонтально и вертикально в почвенном профиле. Такое действие нитратов способствует потерям азота из слоя почвы, в котором содержится активная зона корневой системы, и приводит к загрязнению грунтовых вод. Особенно активно происходит промывание нитратов в почвах с легким гранулометрическим составом и в тех, которые не заняты растительностью.
 
Аммонийный азот, наоборот, движется очень медленно, поскольку в основном находится в поглощенном состоянии на поверхности почвенных коллоидов, которые несут на своей поверхности свободные связи с отрицательным зарядом и способны присоединять к себе положительно заряженные катионы, такие как NH4 + и прочно удерживать их ( рис. 3).
 
Прежде всего это связано с тем, что почвенные коллоиды имеют отрицательный заряд, а аммонийный азот положительный, так катион аммония притягивается к ним легко и быстро поглощается почвенными коллоидами и будет находиться в поглощенном состоянии на их поверхности до начала обменных реакций. В связи с этим в почве катион аммония не двигается и поглощается корневым волоском корней только после прохождения обменных реакций между почвенными коллоидами и почвенным раствором.

Эти две формы азота отличаются между собой не только своими свойствами, у них по-разному проявляется участие в синтезе органических азотосодержащих веществ. Так, аммонийный азот растения используют скорее в своих биохимических процессах, чем нитратный, поскольку для синтеза органических азотсодержащих веществ им нужна прежде всего восстановленная форма азота. А вот нитратный азот прежде чем войти в состав аминокислот и белков, сначала должен быть восстановлен в растениях до аммонийного. При достаточном количестве углеводов и ферментов азот нитратов восстанавливается до аммонийного азота еще в корнях. При недостатке углеводов нитраты поступают в надземной части растения. Аммонийный азот, который попадает в растения из почвы и образуется в них в результате обменных процессов, в частности реакции дезаминирования аминокислот и восстановления нитратов, не накапливается в растениях, а используется для синтеза азотистых органических соединений.
 
Следует отметить, что избыток аммиачного азота в тканях вреден для растений. Основным путем связывания аммиака в растениях является взаимодействие его с кетокислотами. К тому же образуются аминокислоты, которые могут передавать свои аминные группы другим кетокислотам (процесс переаминирования). Этот процесс особенно важен для синтеза белков, а также для новых кетокислот, которые участвуют в синтезе жиров, углеводов и других соединений. С участием аммиака образуются амиды аминодикарбоновых кислот - аспарагин и глютамин. Это также предотвращает образование лишнего аммиака в растениях. В целом весь сложный цикл синтеза азотистых веществ в растениях начинается с аммиака, а их распад завершается его образованием. По выражению академика Д.Н. Прянишникова, аммиак является альфой и омегой обмена азотистых веществ в растениях.
 
В зависимости от конкретных условий выращивания растения могут предпочитать или аммонийную, или нитратную формы азота. Так, при нейтральной реакции почвы преимущество имеет аммонийная форма азота, а на кислых почвах - азотная. Неодинаково влияет и катионный состав почвенного раствора на усвоение минеральных форм азота. Так, калий и натрий способствуют усвоению нитратов, а кальций и магний увеличивают интенсивность использования растениями аммонийного азота.
 
Особенно чувствительны к различным формам азотного питания растения в молодом возрасте. Так, всходы растений, у которых семена имеют недостаточный запасных питательных веществ, значительно хуже переносят избыток аммиачного азота, чем нитратного, поскольку аммонийный азот вызывает токсикоз прорастающих семян.

Уместно отметить, что во всех почвенно-климатических зонах Украины из трех главных питательных элементов, влияющих на продуктивность растений и качество урожая, ведущая роль принадлежит азоту. С усилением азотного питания в растениях возрастает синтез азотистых белковых веществ и уменьшается количество углеводов (сахара, крахмала). Это прежде всего связано с тем, что без азота не будет белка, без белковых веществ не образуется протоплазма, а следовательно, без белка не может быть жизни. А жизнь на планете будет продолжаться до тех пор, пока будет сохранен на ее поверхности плодородный слой почвы и имеющиеся в нем в доступной для растений форме минеральный азот вместе с другими питательными веществами. К такому полному пониманию ведущей роли питательного режима почвы и особенно содержания в нем минеральных форм азота в жизни людей и решении продовольственной проблемы на Земле пришли сейчас ученые во всем мире. Поэтому дефицит в почве подвижных форм питательных веществ и прежде всего нехватка в почве минеральных форм азота нарушают все важнейшие функции и развитие растений, ведь азот - чрезвычайно важный органогенный элемент. Наряду с белками этот элемент минерального питания входит в состав молекул всех без исключения видов аминокислот, полипептидов, нуклеиновых кислот, АТФ, содержится в хлорофилле, фосфатидах, алкалоидах, ферментах, витаминах, пигментах, фитогормонах и в других соединениях. Поскольку все вышеперечисленные органические вещества содержат в своем составе азот, поэтому они без него не могут образовываться в растениях.

Содержание азота в растительных белках довольно высоко и составляет 14-19%. В сухом веществе растений его содержание варьирует от 0,4 до 5%. Следует подчеркнуть, что все без исключения ферменты, которые являются катализаторами обменных процессов в растениях - это белковые вещества. Следовательно, в случае азотного дефицита будет происходить замедление процессов биосинтеза, обмена химических соединений и снижения интенсивности фотосинтеза. Также без азота невозможно построение хромосом - основных носителей наследственности - и передача наследственной информации. При недостаточном азотном питании растений в них уменьшается накопление запасных белков и ухудшается качество многих видов выращенной продукции. Длительные научные исследования и производственная практика убедительно доказывают, что азот всегда был и сейчас остается, а также видимо будет еще и долго в дальнейшем основным лимитирующим элементом минерального питания, а его постепенная аккумуляция - главным фактором дальнейшего развития плодородия почв.

При недостатке азота растения отстают в росте, а их листья приобретают бледно-зеленый, желтоватый окрас. Вследствие реутилизации (оттока азота из ранее образованных частей растений в молодые), недостаток этого элемента в первую очередь проявляется на листьях, которые уже закончили рост, то есть старых, которые обычно расположены в нижней части стебля. Пожелтение этих листьев из-за разложения хлорофилла постепенно переходит в побурение тканей и их высыхания, особенно верхнего кончика листа, что в конечном итоге уменьшает продуктивность растений, снижает интенсивность прохождения в них биохимических процессов и ухудшает качество выращенной продукции. Нормальное азотное питание, наоборот, повышает продуктивность растений. К тому же листья имеют темно-зеленую окраску, растения хорошо кустятся, формируют большие листья и полноценные репродуктивные органы, в которых ускоряется синтез белка. Поэтому они длительное время в течение всей вегетации сохраняют свою активную жизнедеятельность.

В связи с этим потребность сельскохозяйственных культур в азоте по сравнению с другими элементами минерального питания оказывается чаще и больше. Поэтому и влияние азота на урожайность сельскохозяйственных культур является более высоким и как следствие - полная реализация генетического потенциала современных сортов и гибридов тесно связана с необходимостью успешного решения проблемы азота в земледелии. Ведь отечественная и зарубежная аграрная практика убедительно доказывает, что невозможно получать высокие урожаи всех без исключения сельскохозяйственных культур без внесения азотных удобрений. Поэтому это проблема не только нашего государства, а также она касается и других стран мира. Решить ее можно путем внесения в почву эффективных азотных удобрений в оптимальных дозах.

Сейчас среди имеющегося ассортимента азотных удобрений товаропроизводителей все больше начинают привлекать карбамид-аммиачные смеси КАСы, несмотря на то, что они не принадлежат к концентрированным азотных удобрениям. В чем же здесь дело? Рассмотрим это достаточно важный вопрос. Сначала перечислим основные преимущества этого удобрения по сравнению с твердыми туками. КАС, несмотря на свою внешнюю простоту, относится к инновационным видам удобрений. Его жидкая форма как нельзя лучше подходит для точного земледелия и технологий земледелия в условиях нынешних климатических изменений.
 
Основные общие преимущества КАСов над гранулированными азотными удобрениями таковы: у них нет непроизводительных потерь азота, они нетоксичны и взрывобезопасны; после внесения проявляют пролонгированное действие в течение 8-25 дней; это единственное удобрение, содержащее в своем составе одновременно три формы азота:
  • азотная - доступна сразу после внесения;
  • аммонийная - доступна после перехода в нитратную форму;
  • амидная - переходит в аммонийную, а затем аммонийная в нитратную.

КАС — универсальное удобрение, его можно вносить в любое время года, для него характерна высокая технологичность внесения:

  • под основную обработку почвы и предпосевную культивацию;
  • подкормка сельскохозяйственных культур во все фазы вегетации (в том числе на качество продукции) даже в засушливый период;
  • универсальное удобрение для подкормки, особенно в запоздалые сроки;
  • приостанавливает негативное воздействие вирусов микоплазмы;
  • обеспечивает высокую равномерность внесения по сравнению с твердыми (гранулированными) азотными удобрениями;
  • его можно эффективно вносить в баковой смеси со средствами защиты растений и другими водорастворимыми удобрениями;
  • эффективное азотное удобрение, которое можно успешно использовать в засушливых условиях, что сейчас очень часто возникают в связи с глобальным потеплением.
Можно выделить шесть основных причин, по которым 89% фермеров Европы переходят на КАС:
  • низкая себестоимость азота в КАС;
  • низкие потери азота при внесении до 10%, а у твердых гранулированных азотных удобрений - 30-40%;
  • проще и эффективнее логистика: меньше времени тратится на погрузку, перевозку и внесение;
  • сокращены технологические расходы благодаря возможности внесения КАС совместно с микроудобрениями и пестицидами;
  • возможность использования КАС в разные фазы развития растений;
  • одновременное корневое и внекорневое питания растений: через листовую поверхность амидным азотом; а через корневую систему - благодаря нитратной и аммонийной формам этого элемента питания растений.
Ознакомимся с этими удобрениями подробнее. Во-первых рассмотрим их химический состав и технологии производства. Карбамид- аммиачная селитра (КАС), или карбамид-аммиачная смесь - это смесь концентрированных водных растворов карбамида и аммиачной селитры, массовые доли которых соответственно имеют 31-36 и 40-44%. Сейчас есть три вида этого удобрения: КАС-28, КАС-30 и КАС-32 с содержанием азота соответственно 28, 30 и 32.
 
Если весь азот, содержащийся в составе КАС, составляет 100%, то в составе всех трех марок КАСов азот находится в трех формах - аммиачной (25%), азотной (25%) и амидной (50%). Все эти формы не летучие и не вызывают потерь азота, поэтому его можно вносить поверхностно без заделки в почву. Азотная и аммиачная формы является непосредственно доступными для растений. Сначала усваивается нитратный азот, который очень подвижен в почве. Аммиачный азот задерживается в почве и не вымывается в более глубокие слои. При внесении КАС в почву эта форма аккумулируется в пахотном слое и становится доступной для растений в течение вегетации. Часть аммиачной формы превращается в нитратную. Амидная форма в почве трансформируется в аммиачную, а позже - в нитратную. Удобрение имеет прозрачную или светло-желтую консистенцию с незначительным запахом аммиака, его плотность 1,26-1,31 г/см3, рН 7-8. Кстати, плотность КАСов можно проверить самостоятельно с помощью ареометра (им измеряют плотность раствора серной кислоты в аккумуляторах), а их качество оценивают по стандартизованным методикам в специальных агрохимических лабораториях, точно устанавливают содержание в них аммонийного, нитратного и амидного азота. Например, в КАС-28 содержится NO3 - 7%, NH4 + - 7, NH2 - 14%. 100 кг КАС-28 занимает объем 78 л и содержит 28 кг азота, 100 л КАС-28 удобрения - 35,8 кг азота и имеет массу 128 кг.
 
Растворы КАС используют также для приготовления двойных и тройных жидких тукосмесей. Техника приготовления азотно-фосфорных смесей простая, поскольку растворы КАС можно смешивать с ЖКУ (жидкие комплексные удобрения) марки 10-34-0 в любых соотношениях непосредственно в емкостях машин для внесения. У тройных равнозначных по содержанию питательных веществ растворов суммарная концентрация каждого питательного вещества не превышает 30%. Для увеличения концентрации в жидкую тукосмесь нужно вводить стабилизаторы, препятствующие быстрому выпадению в осадок твердой фазы.

Приготовление жидких тукосмесей (растворов и суспензий) проводят путем последовательного дозирования, перемешивания или измельчения компонентов. Чтобы ускорить процессы растворения твердых исходных компонентов, следует подогреть воду до температуры 70-80°С. В качестве исходных компонентов используют ЖКУ 10-34-0, КАС, мочевину, калий хлористый, воду. Для стабилизации суспензий применяют бентонитовые глины (глинопорошок), фосфогипс или суперфосфат, которые добавляют в количестве 1-3% массы суспензии. Для получения растворов компоненты перемешиваются до полного растворения, для получения суспензий нужно создать устойчивую смесь, которая не оседает в течение нескольких суток. Тройные растворы, а также суспензированные тукосмеси готовят только в специальных смесительных установках.

 

С. Крамарьов, зав кафедрой агрохимии, д-р с.-х. наук, профессор, Днепровский государственный аграрно-экономический университет

журнал «Пропозиція», №4, 2018 р.

Ключевые слова: КАС

Интервью
FAO не только задается вопросом, как накормить человечество, но и пытается спрогнозировать дальнейшее развитие АПК. Каким может быть сельское хозяйство через десяток лет, рассказывает эксперт FAO,
Родион Рыбчинский, председатель ассоциации «Мукомолы Украины»
Украинский рынок муки несмотря на негативные тенденции развивается, для продукции отрываются границы новых стран, а предприятия строят и обновляют свои мощности. О жизни мукомолам вопреки проблемам и

1
0