Навігація


Головна
ПОСЛУГИ
Авторизація/Реєстрація
Реклама на сайті
Колообіг калію в природіАзот та азотні добриваКолообіг фосфору в природіКонцепція колообігу локальних культурДиоксид азотаТранскордонне забруднення повітря сполуками сірки та азотуЦінності природиЗниження викидів окисів азотуДиоксид азотаВИКОРИСТАННЯ ТАЄМНИЦЬ ПРИРОДИ В ПРОЕКОЛОГІЧНІЙ ОСВІТІ ДІТЕЙ
 
Головна arrow Агропромисловість arrow Агрохімія
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >

Колообіг азоту в природі

Малий колообіг азоту – це процес перетворення азоту в ґрунті. Він включає біологічну фіксацію атмосферного (молекулярного) азоту, його мінералізацію (амоніфікацію і нітрифікацію), денітрифікацію, іммобілізацію. В центрі цього колообігу знаходиться біомаса ґрунту. Мінералізація й іммобілізація азоту відбуваються в протилежних напрямах і визначають його трансформацію. Мікробна маса, на яку припадає 2-3 % загального вмісту азоту ґрунту, при цьому відіграє важливу роль. Вона одночасно є тимчасовим резервом для продуктів мінералізації, джерелом трансформованого азоту для рослин і каталізатором для процесів перетворення азоту в ґрунті.

Співвідношення процесів мінералізації і накопичення органічних азотовмісних речовин визначає азотний режим ґрунту. Воно залежить також від антропогенних чинників, тобто впливу діяльності людини на ґрунт у процесі його сільськогосподарського використання.

У внутрішньогосподарському колообігу азоту крім того, беруть участь тварини. Тому азот, що виноситься з ґрунту з урожаєм сільськогосподарських культур, повертається в ґрунт разом з органічними добривами (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Біоцикл азоту в агроценозі (Г. П. Гамзиков, 2014)

В господарському колообігу сучасного виробництва втрати азоту переважають над його надходженням у ґрунт. Це відбувається внаслідок виведення з колообігу азоту врожаю культур і продуктів тваринництва, що вивозяться за межі господарства.

Геологічний колообіг охоплює широке коло процесів, що відбуваються в природі, в результаті чого поповнення запасів азоту в ґрунті та його втрати відбуваються одночасно (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Схема колообігу азоту в природі

Запаси азоту в ґрунті поповнюються переважно внаслідок азотфіксувальної здатності мікроорганізмів (біологічний азот) і надходження з атмосферними опадами. Розрізняють симбіотичну і несимбіотичну азотфіксацію. Бобові рослини, які внаслідок симбіозу з бульбочковими бактеріями здатні засвоювати атмосферний азот і збагачувати ним ґрунт, називають азотонакопичувачами. Найбільшу азотфіксувальну здатність мають багаторічні бобові трави – люцерна, конюшина, еспарцет, буркун, з однорічних – люпин, кормові боби. Найменшою азотфіксувальною здатністю характеризується горох. Азотфіксація значно змінюється залежно від культури, її врожайності, властивостей ґрунту, внесених добрив та ін.

Фіксація азоту з повітря також відбувається несимбіотичними (вільноіснуючими) азотфіксувальними мікроорганізмами ґрунту (азотобактерії, клостридіум та ін.), ризосферними мікроорганізмами (асоціативна азотфіксація). Вона залежить від багатьох чинників. Життєдіяльність, а відповідно й активність цих мікроорганізмів, обмежують такі чинники: нестача в ґрунті засвоюваних вуглеводів; відсутність достатньої кількості в ґрунті інших поживних речовин; кисла реакція ґрунтового середовища; низька температура; нестача або надлишок вологи в ґрунті; незадовільна аерація. Мікроорганізми, численні представники яких населяють ґрунт, за рік накопичують 5–15 кг/га зв'язаного азоту; за сприятливих умов у дерново-підзолистих і сірих лісових ґрунтах ця величина може сягати 20–25, в чорноземах – 30–40, в умовах тропіків і субтропіків – 80 кг/га і більше. Фіксований мікроорганізмами в ризосфері рослин азот бере участь у живленні рослин, як і азот, фіксований бульбочковими бактеріями. Атмосферний азот зв'язують також гриби, водорості, які існують у симбіозі з деякими вищими рослинами.

На основі азотобактера (вільноіснуючого азотфіксатора) методами генної інженерії створено бактеріальні препарати, які дають змогу в системі удобрення культур замінити частину азоту мінеральних добрив на біологічно фіксований азот.

Високі норми мінеральних добрив (понад 60 кг/га д. р.) різко знижують продуктивність вільноіснуючих мікроорганізмів. Депресія триває 2–2,5 міс після внесення добрив, потім рівень азотфіксації відновлюється і значно перевищує початковий. У ґрунтах із вмістом гумусу понад 2,5 % депресія не спостерігається. Процеси денітрифікації і несимбіотичної азотфіксації спряжені, тобто кількість несимбіотично фіксованого азоту прирівнюється до сумарної кількості його газоподібних втрат з ґрунту, мінеральних і органічних добрив.

Поліпшити азотне живлення небобових культур (пшениці, ячменю, кукурудзи, буряку та ін.) здатні асоціативні азот фіксатори, наприклад азоспірила. Ці мікроорганізми оселяються в зоні кореневих систем рослин і за сприятливих умов можуть на 30–40 % забезпечити потребу рослин в азоті.

Слід зазначити, що активізації біологічної азотфіксації сприяє вапнування кислих ґрунтів, оптимізація фосфорного і калійного живлення рослин, внесення фізіологічно виправданих норм мінерального азоту або його повне виключення.

Запаси азоту в ґрунті деякою мірою поповнюються азотом атмосферних опадів. У вигляді аміаку та нітратів у ґрунт за рік потрапляє від 2 до 10 кг/га азоту. Ці сполуки азоту утворюються в атмосфері під час грозових розрядів та осідають у вигляді промислових викидів. За даними спостережень, з останніми щорічно надходить від кількох до 100 кг/га азоту.

У процесі сільськогосподарського використання запаси азоту в ґрунті також збільшуються за рахунок насіння і садивного матеріалу. Ці джерела поповнення природних запасів азоту практично цікаві, але вони відновлюють лише частину азоту, який виноситься з урожаями культур. Найреальніший шлях поповнення запасів азоту – використання органічних і мінеральних добрив.

Нестача азоту досить часто є чинником, що лімітує приріст урожаю. В природі є багато шляхів зниження доступності для рослин азоту, основними з яких є такі: 1) винесення з господарською частиною врожаю; 2) втрати внаслідок водної і вітрової ерозії; 3) газоподібні втрати аміаку, оксидів азоту і молекулярного азоту; 4) вимивання нітратної форми азоту в ґрунтові води; 5) іммобілізація азоту ґрунтовою мікрофлорою; 6) фіксація амонію в ґрунті або необмінне його поглинання.

Втрати азоту внаслідок водної і вітрової ерозії можуть сягати значних величин. Разом з часточками ґрунту виносяться гумус та інші азотовмісні сполуки. Так, на чорноземних ґрунтах втрата азоту через водну ерозію становить 12–17 кг/га.

Найбільша кількість газоподібного азоту втрачається у вигляді аміаку NH3, молекулярного азоту N2 та геміоксиду азоту N2O. Серед цих втрат значна кількість припадає на аміак, який втрачається із сечі та гною домашніх тварин, унаслідок виділення з ґрунту та внесених добрив. Що вища карбонатність ґрунту, то більші втрати аміачного азоту. Крім того, втрати значно зростають на легких за гранулометричним складом ґрунтах і за високої температури.

Велика частина газоподібного азоту втрачається з ґрунту внаслідок процесів денітрифікації. Найсприятливішими умовами для цього процесу є анаеробне середовище, лужна реакція ґрунтового розчину, надлишок у ґрунті енергоємного органічного матеріалу, висока вологість ґрунту. Процес денітрифікації досить поширений і відбувається майже в усіх ґрунтах. Залежно від ґрунтово-кліматичних умов втрати азоту від них у дослідах з нуклідом азоту I5N коливалися від 10 до 35 % внесеної норми азоту і в середньому становили 15 %.

Нітрати вимиваються у нижчі шари ґрунту та в підґрунтові води тому, що зазвичай вони утворюють у ґрунті водорозчинні сполуки і не поглинаються негативно зарядженими колоїдами ґрунту. При вимиванні нітратів спостерігається така послідовність дії чинників: річне випадання опадів, випаровування, температура, рослинність (вид і тривалість вирощування) – водопроникність ґрунту – запаси гумусу в ґрунті – біологічна активність ґрунту – технологія застосування добрив (строки, норми, форми і т. д.). Найбільші втрати азоту від вимивання виявляються на ґрунтах легкого гранулометричного складу з низьким вмістом органічних речовин, за високого зволоження або надмірного зрошення.

Зазвичай глибину вимивання нітратів розраховують за формулою

d = a/R,

де d – глибина вимивання, см; а – товщина шару води, см; R – водоутри му вальна здатність ґрунту, %.

Наприклад, якщо водоутримувальна здатність пилуватого суглинку становить 46 % і шар води товщиною 1 см переміщується нижче від кореневої зони, то нітрати вимиваються по профілю ґрунту на 2,2 см. У ґрунтах легкого гранулометричного складу, водоутримувальна здатність яких становить ½ від пилуватих суглинків, вимивання нітратів буде вдвічі більшим на кожен сантиметр шару води, або 4,4 см/см води.

У природних фітоценозах утворення мінерального азоту і поглинання його рослинами урівнюються так, що надлишок його в ґрунтах не накопичується. Теоретично в ґрунті до періоду збирання врожаю не має залишатися азоту, який був внесений з добривами.

В умовах інтенсивного землеробства міграція нітратів по профілю ґрунту і підґрунтя може мати цілу низку негативних наслідків насамперед унаслідок потрапляння їх у підґрунтові води, оскільки вже з глибини 2 м вони майже не використовуються польовими культурами.

Питання доступності для рослин нітратів із різних глибин достатньо ще не вивчено. Вважають, що більшість культур погано засвоюють цю форму азоту вже з глибини 80–100 см, а з глибини понад 1,5 м частково засвоювати азот нітратів можуть лише багаторічні трави.

Переміщення нітратів углиб складно пояснити переміщенням із капілярною вологою, оскільки вологість чорноземів уже на глибині 3–5 м зазвичай мало змінюється. З глибиною вмикається механізм переміщення нітратів з плівковою водою, яка вистилає простір ґрунтових пор. Це є однією з причин того, що характер розподілу нітратів по профілю ґрунту і підґрунтя не відповідає розподілу в ньому вологи. На цю відмінність впливають також тріщинуватість гумусового профілю чорноземів, яка значною мірою перешкоджає висхідному переміщенню нітратів у результаті витрат вологи на дифузне випаровування, підтримання інгредієнта низхідного переміщення нітратів у період ранньовесняного і пізньоосіннього зволоження, повернення їх у ґрунт унаслідок слабкого засвоєння рослинами з підґрунтя.

Переміщення нітратів по профілю ґрунту прямо пропорційно залежить від проникнення води. Вільна ґрунтова вода просочується по профілю ґрунту під дією сили гравітації і сил капілярності. Досить швидко переміщується вода після дощів і паводків, на швидкість цього процесу впливають характер ґрунту (розміри і форма ґрунтових порожнин) та його вологість. Що вища вологість ґрунту, то швидше проходить по ній, витісняючи ґрунтове повітря, фронт гравітаційної і капілярної вологи.

Капілярна вода може підійматися від рівня ґрунтових вод на висоту до 6 м у ґрунтах важкого гранулометричного складу і до 2 м у ґрунтах легкого гранулометричного складу. На чорноземах капілярне підняття спочатку відбувається зі швидкістю близько 1 см/хв, але потім швидко уповільнюється. На висоту 1 м капілярна вода підіймається близько одного року, а на висоту 3 м – до трьох років.

У разі зниження загальної вологості ґрунту швидкість переміщення води в ньому значно спадає. За підрахунками В. Г. Ротмістрова, проведеними ще в 1904 р., швидкість відновлення вологості висушеного ґрунту за рахунок сусідніх ділянок, які містять вільну воду, становить 1 см/доба. В порівняно сухих ґрунтах вона зменшується до сотих і тисячних часток сантиметра за добу. Загалом ґрунт є середовищем, для якого характерна низька швидкість переміщення води до межі висушування.

У паровому полі на зволожених ґрунтах відбуваються значні втрати нітратів, але їх кількість можна регулювати і різко зменшувати (вирощувати культури суцільного посіву; роздрібно вносити добрива під час вегетації та у фази найбільшого засвоєння азоту; своєчасно вносити азотні добрива і регулювати поживний режим під час зрошення, добирати відповідні норми мінеральних добрив тощо). Велика кількість азоту може поглинатися мікроорганізмами при внесенні органічних речовин із великим співвідношенням вуглецю до азоту. Наприклад, солома та інші органічні рештки містять 0,5-1,0 % азоту, тоді як солома зернобобових – 1,5-2,0 % азоту і має співвідношення вуглецю до азоту 20 : 1. Водночас вміст азоту в плазмі мікроорганізмів становить 5–10 % (співвідношення азоту до вуглецю в середньому 1 : 10). Майже таке ж співвідношення між азотом і вуглецем у гумусі. Тому внесення в ґрунт, бідний на азот, органічних речовин сприяє інтенсивному розвитку ґрунтової мікрофлори і призводить до зниження вмісту в ґрунті мінерального азоту, який використовується на будову плазми мікроорганізмів, а це, в свою чергу, зумовлює погіршення азотного живлення культурних рослин.

Процес іммобілізації азоту з ґрунту мікроорганізмами не завжди є негативним чинником. На легких за гранулометричним складом ґрунтах, зокрема за достатнього зволоження, внаслідок іммобілізації мінеральний азот закріплюється у верхніх його шарах. У подальшому під час розкладання плазми мікроорганізмів частина його перетворюється на амонійний азот, а потім у процесі нітрифікації – на нітратний. При цьому амонійний і нітратний азот може засвоюватися рослинами.

Негативна дія іммобілізації азоту під культурними рослинами найчастіше виявляється після заорювання соломи або рослинних решток без внесення мінеральних азотних добрив.

Частина азоту ґрунту або азоту, внесеного з добривами, поглинається деякими мінералами з групи гідрослюд. Кристалічна гратка мінералу при цьому розширюється і поглинає іони амонію спочатку обмінно. Потім він може проникнути в його середину, займаючи вільні радикали. У разі підсушування ґрунту катіони амонію неначе стискаються, тобто фіксуються, тому нітрифікувальні бактерії на них не діють і вони майже не витісняються розчинниками. Такий фіксований амоній вважають умовно втраченим. У верхніх шарах ґрунту вміст фіксованого азоту становить 2–7 % загального, а в підґрунті частка його підвищується до 30–35 %. У ґрунті амоній може бути природно фіксованим або фіксованим після внесення азотних добрив; останній для рослин доступніший.

Отже, лише азот біосфери підтримує життєдіяльність живих організмів на Землі. У біосфері відбувається складний процес: з інертного газу за допомогою азотфіксувальних мікроорганізмів атмосферний азот перетворюється на органічні сполуки, які далі вступають в азотний обмін мікроорганізмів, рослин і тварин. Грунт при цьому є середовищем, в якому здійснюється повний цикл перетворення азоту: азотфіксація, амоніфікація, нітрифікація, денітрифікація. Застосування мінеральних добрив дає змогу керувати колообігом азоту в землеробстві. Це одна з найважливіших умов інтенсивного землеробства. Мінеральні добрива за хімічним складом ідентичні наявним у живій природі і за правильного їх використання є могутнім чинником її розвитку.

 
Якщо Ви помітили помилку в тексті позначте слово та натисніть Shift + Enter
< Попередня   ЗМІСТ   Наступна >
 
Дисципліни
Агропромисловість
Банківська справа
БЖД
Бухоблік та Аудит
Географія
Документознавство
Екологія
Економіка
Етика та Естетика
Журналістика
Інвестування
Інформатика
Історія
Культурологія
Література
Логіка
Логістика
Маркетинг
Медицина
Менеджмент
Нерухомість
Педагогіка
Політологія
Політекономія
Право
Природознавство
Психологія
Релігієзнавство
Риторика
РПС
Соціологія
Статистика
Страхова справа
Техніка
Товарознавство
Туризм
Філософія
Фінанси