2. Азотний фонд ґрунту і діагностика ефективності застосування азотних добрив

Азотний фонд ґрунту залежить від швидкості мінералізації органічних речовин за спрощеною схемою:

Білки, гумінові речовини, амінокислоти, аміди→ Аміак → Ні­трити →Нітрати →Молекулярний азот.

Розкладання органічних речовин грунту під впливом різних мікроорганізмів (бактерій, актиноміцетів, плісеневих грибів) до аміаку називається процесом амоніфікації. Типовими представни­ками мікроорганізмів є Вас. Vulgare, Вас. pytrijicus, Вас. subtilis, Вас. mesentericum, Вас. micoides. Представниками плісеневих гри­бів є Aspergillus, Penicillium, Trichoderma.

Під впливом протеолітичних ферментів, які виділяються мікро­організмами, білки гідролізуються до амінокислот. У свою чергу, амінокислоти під впливом спеціальних ферментів дезамінуються і дезамідуються. Внаслідок цього вивільнюється аміак і утворю­ються органічні кислоти, наприклад:

CH₂NH₂ —COOH+ О₂→ НСООН + СO₂ + NH₃.

Гліцин Мурашина

кислота

Органічні кислоти далі розкладаються на СO₂, Н₂O, СН₄ і Н₂, а аміак утворює солі з мінеральними й органічними кислота­ми, які є в ґрунті:

2NH₃ + Н₂СO₃ = (NH₄)₂ СO₃.

Іони амонію NH₄⁺ поглинаються ґрунтовим вбирним комплек­сом:

Амонійний азот у ґрунті піддається нітрифікації — окисленню аміаку до азотної кислоти та її солей. Нітрифікація відбувається під впливом аеробних бактерій, для яких окислення є джерелом енергії. Спочатку за допомогою бактерій роду Nitrosomonos, Nitrosocystis, Nitrosospira аміак окислюється до HNO₂, а потім бак­терії роду Nitrosobacter окислюють HNO₂ до HNO₃:

2NH₃ + ЗО₂ = 2HNO₂ + 2Н₂O;

2HNO₂ + O₂ = 2HNO₃.

Оптимальними умовами для бактерій-нітрифікаторів є достат­ня аерація ґрунту, температура 23—28 °С, вологість ґрунту 60— 70 % його повної вологомісткості, нейтральна або слабколужна реакція ґрунтового розчину.

Отже, азотний фонд ґрунту містить такі форми азоту:

а) мінеральний азот (NH₄⁺, NO₃^-) — доступний для рослин, характеризує забезпеченість грунту азотом на період визначення;

б) легкогідролізований азот— резерв для поповнення мінераль­них форм азоту, складається з іонів NH₄⁺, NO₃^-, NO₂^- , амідів і амінокислот, характеризує забезпеченість ґрунту азотом протягом усього періоду вегетації;

в ) важкогідролізований азот — подальший резерв для збага­чення ґрунтів на мінеральні форми азоту, це азот амінів, частина необмінного аміаку та азот гумінів;

г) негідролізований азот (гуміни, меланіни, бітуми, необмінний амоній)—майже не бере участі в азотному обміні між ґрунтом і рослиною.

Висока нітрифікаційна здатність є показником ступеня окуль­турення ґрунту і характеризує його родючість. Останнім часом забезпеченість рослин азотом оцінюють за нітрифікаційною здат­ністю ґрунту (табл. 1), яка дає змогу виявити, скільки утворюється нітратів у ґрунті за найсприятливіших умов за певний час.

Кількість нітратного азоту, що нагромаджується в ґрунті, залежить від вмісту гумусу в ньому,а також від удобрення рослин (табл. 2). Як правило, нітратів утворюється тим більше,чим вища родючість ґрунту.

Нагромадження азоту в ґрунті відбувається різними шляхами. Джерелом азоту для ґрунту насамперед є азот атмосфери. Над кожним гектаром земної поверхні в атмосфері є близько 70 тис. т азоту. Проте молекулярний азот рослини(крім бобових) не засвоюють. Зв’язування молекулярного азоту повітря відбувається під час грозових розрядів і азотфіксуючими мікроорганізмами,що вільно живуть у ґрунті,особливо бульбочковими бактеріями. Кількість зв’язаного азоту,що утворюється в атмосфері під час грозових розрядів,невелика-до 2-5 кг/га щорічно. Цей азот у вигляді аміаку і нітратів разом з опадами надходить у ґрунті. Більше значення має зв’язування (фіксація) молекулярного азоту азотфіксуючими бактеріями(азотобактер, клостридіум, тощо). Щорічно вони поповнюють ґрунт азотом,зв’язуючи від 5 до 15 кг азоту на 1 га.

Бульбочкові бактерії,що живуть у симбіозі з бобовими рослинами(біологічний синтез азоту),можуть зв’язувати за вегетаційний період від 70 до 200 кг і більше азоту на 1 га.

Крім поповнення ґрунту азотом весь час відбувається його витрачання внаслідок використання рослинами і виносу з урожаєм,а також внаслідок вимивання з ґрунту опадами і поливними водами та процесу денітрифікації. Нестача азоту може візуально проявлятися за такими ознаками, див. мал. 1. Денітрифікацією називається процес відновлення нітратного азоту до молекулярного N ₂ або до оксидів NO,N₂O під впливом денітрифікуючих бактерій. В основному втрати азоту з ґрунту є наслідком денітрифікації.

Як бачимо,сполуки азоту в ґрунті весь час перетворюються, тобто відбувається кругообіг азоту. Цей колообіг можна розглядати як внутрішньогрунтовий , внутрішньогосподарський і геологічний.

Внутрішньогрунтовий кругообіг азоту відбувається в межах ґрунту. Рослини використовують азот у вигляді іонів NO₃- і NH₄ + , що входять до складу органічних речовин. Азотовмісні сполуки рослинних решток під впливом амоніфікуючих бактерій перетворюються на NH₃ і NO₃- і включаються в кругообіг. Отже, утворюється коло:

Нітрати→Органічні речовини→NH₄+→NO₂^- →NO₃^- →Рослини.

У внутрішньогосподарському кругообігу беруть участь і тварини. Азот, що виноситься з ґрунту, повертається в ґрунт разом з гноєм. Гній мінералізується, утворюється аміак, потім нітрати, які й використовуються рослинами.

Геологічний колообіг охоплює ширше коло процесів. Так, нітрати разом з опадами попадають у ріки і моря,де служать елементами живлення для морських рослин, а через них і тварин. Після розкладання органічних решток і мінералізації утворюється аміак, який потрапляє в атмосферу. Разом з опадами він знову повертається в ґрунт і включається в колообіг. Коли в колообігу витрати азоту більші, ніж його надходження в ґрунт, слід вносити мінеральні добрива.

Мал. 1. Ознаки азотного голодування рослин

1 – буряк

2 – картопля

3 – кукурудза

4 – табак (махорка)

5 – бромус

6 – коноплі