конспект лекций 2011

Агрохімія. Конспект лекцій.

ЛЕКЦІЯ 10. АЗОТ В ЗЕМЛЕРОБСТВІ

10.1.Серед органогенних елементів азот грає одну з найважливіших ролей у житті рослин, незважаючи на те, що в сухій масі рослинних тканин його міститься лише 1-3%. Він входить до складу всіх простих і складних білків, які є головною складовою цитоплазми рослинних клітин, входить до складу нуклеїнових кислот. Азот міститься в хлорофілі, фосфатидах, алкалоїдах, ферментах.

10.2.Умови азотного живлення сильно впливають на ріст та розвиток рослин. При нестачі азоту ріст їх різко погіршується. Особливо сильно позначається нестача азоту на розвитку листків: вони стають дрібними, здобувають ясно-зелене забарвлення, передчасно жовтіють, стебла стають тонкими й слабко гілкуються. Погіршується також формування й розвиток репродуктивних органів і налив зерна.

10.3.Головним джерелом азоту для харчування рослин служать солі азотної кислоти, зокрема аніон NО3– та солі амонію - катіон NH4+. Іони NH4+ не занадто рухливі, добре абсорбуються аніонами, важко вимиваються опадами, і тому в ґрунтовому розчині їхня концентрація значно вище, ніж NO3–. У ґрунтах, багатих глинистими мінералами, вміст азоту у формі NH4+ може досягати 2–3 т/га. Аніони NO3–, навпроти, рухливі, погано фіксуються в ґрунті, легко вимиваються ґрунтовими водами в більше глибокі шари та водойми.

10.4.Основна частина азоту втримується в ґрунті у вигляді складних органічних сполук. В орному шарі (0-25 см) різних ґрунтів вміст азоту коливається в широ-

ких межах (від 0,05 до 0,5 %). Загальний вміст азоту в ґрунтах залежить від вмісту

вних органічної речовини: найбільше азоту в найбільш багатим гумусом потужних чорноземах, а менше – у бідних гумусом дерново-підзолистих ґрунтах. Загальний запас азоту в орному шарі одного гектара коливається в різних ґрунтах від 1,5 т у супіщаному дерново-підзолистому ґрунту до 15 т у потужному чорноземі. Однак забезпече-

ність сільськогосподарських рослин азотом залежить не стільки від валового вмісту його в ґрунті, скільки від вмісту засвоюваних рослинами мінеральних сполук. Розкла-

дання органічних азотистих сполук у ґрунті в загальному виді може бути представ-

Агрохімія. Конспект лекцій.

лено схемою: білки, гумінові речовини → амінокислоти, аміди → аміак → нітрити → нітрати.

10.5.Розкладання азотистих органічних речовин ґрунту до аміаку називається амоніфікацією. Амоніфікація здійснюється великими групами аеробних й анаеробних мікроорганізмів: бактерій, актиноміцетів та грибів. Амоніфікація відбувається у всіх ґрунтах при різній реакції середовища, у присутності повітря й без нього, але в анаеробних умовах при сильно кислій та лужний реакціях вона сильно сповільнюється. Нітрифікація здійснюється групою специфічних бактерій, для яких це окислювання

єджерелом енергії. У процесі нітрифікації частина нітратів можуть піддаватися денітрифікації – процесу відновлення нітратного азоту до газоподібних форм (NO, N2O, N2). У результаті цього відбуваються втрата азоту із ґрунту.

10.6.У природі існують інші численні шляхи втрат азоту. Основні з них наступні: 1) іммобілізація, тобто споживання азоту ґрунтовою мікрофлорою; 2) вимивання (насамперед, нітратних форм азоту) у ґрунтові води; 3) необмінна фіксація амонію в глинистих мінералах або необмінне його поглинання.

10.7.Іммобілізація азоту ґрунту. Особливо велике поглинання азоту мі-

кроорганізмами ґрунту відбувається при внесенні органічних речовин із широким співвідношенням вуглецю та азоту. Це відбувається тому, що внесені в ґрунт органічні речовини, наприклад солома та інші рослинні залишки, містять небагато азоту – 0,5-1,0%. Тобто спостерігається досить широке співвідношення між вуглецем та азотом (20:1). У той же час у плазмі мікробів утримується значно більше азоту, чим в органічних речовинах, що розкладаються ними. А тому мікроорганізми інтенсивно поглинають азот із ґрунту.

10.8.Вимивання азоту. Вимивання нітратів опадами та дренажними водами відбувається тому, що нітрати, як правило, не входять до складу сполук, які погано розчиняються і не поглинаються колоїдами ґрунту. Найбільші втрати азоту від вимивання спостерігаються на ґрунтах легкого гранулометричного складу та з низьким вмістом органічної речовини при високому зволоженні або

на зрошенні.

Агрохімія. Конспект лекцій.

10.9.Необмінне поглинання амонію. Частина азоту, який вноситься з добривами або який вже перебуває в ґрунті, може поглинатися деякими мінералами із групи гідрослюд. Механізм закріплення амонію в необмінній формі можна представити в таким чином. В зволоженому ґрунті кристалічна решітка мінералу розширюється, амоній спочатку поглинається обмінно, але може проникати і в середину мінералу. При підсушуванні ґрунту катіон амонію, який потрапив усередину решітки мінералу, фіксується. Такий фіксований амоній стає малодоступним для рослин. Вміст фіксованого амонію в ґрунтах коливається в межах від 130 до 350 кг/га.

10.10.При аналізі результатів витрат азоту слід враховувати думку Д.М. Прянишнікова про те, що для підвищення родючості і врожаїв необхідно досягти повернення азоту на 80% від виносу їх урожаєм. Розрахунки показують, що рівень повернення азоту в ґрунт за рахунок добрив в другій половині 70-х років

ХХсторіччя в Україні та на Миколаївщині складав приблизно 90%, в 80-ті роки 100−105% (саме тоді, до речі, виникла проблема нітратів, як забруднювача навколишнього середовища), в 1991−1995 рр. − 74 %, в 1996−2000 рр. – 41 %, в 2000-ті роки приблизно 50 %.

10.11.Непогані показники балансу по азоту в 70-80 рр. ХХ століття пов’язані із внесенням достатньої кількості мінеральних та органічних добрив, які застосовувалися в ці роки, а також з більш-менш раціональною структурою посівних площ з посівами багаторічних трав та бобових культур. Економічна криза 90-х років ХХ століття привела до практичного зникнення такої важливої складової технологій вирощування сільськогосподарських культур як внесення мінеральних добрив, а із занепадом тваринницької галузі − пройшла корінна трансформація структури посівних площ, яка супроводжувалась практичним зникненням багаторічних трав та суттєвим зменшенням площ зайнятих бобовими культурами.

10.12.При відсутності азоту мінеральних добрив рослина інтенсивно використовує азот органічної речовини ґрунту, що приводить до інтенсивної

Агрохімія. Конспект лекцій.

дегуміфікації. Враховуючи експортний характер українського землеробства, можна констатувати втрату гумусу в такому випадку, як факт "екологічного колоніалізму”. Таким чином, відбувається, по суті, експорт ґрунтового азоту , а при відсутності компенсуючих внесень добрив − по суті експорт ґрунту, його природної родючості. Наприклад, в 2001-2002 рр. Україна експортувала приблизно 10 млн. тон зерна урожаю 2001 року, що еквівалентно виносу з ґрунту 350 тис. тонн азоту. В 2001 році під зернові культури було внесено приблизно 180 тис. тон діючої речовини азоту добрив. Враховуючі, що реально рослина використовує в кращому випадку лише 50-70 % азотних добрив, то на формування врожаю зерна пішло приблизно 120 тис. тон азоту добрив. Отже в 2001−2002 році було разом з зерном експортовано 230 тис. тонн азоту ґрунту. Враховуючі, що середній вміст азоту в гумусі українських ґрунтів складає приблизно 5 %, то на отримання 230 тис. тон азоту мінералізувалося приблизно 1 млн. тонн гумусу. Ця величина дорівнює вмісту гумусу в 8 тис. га звичайного чорнозему або в 10 тис. га темно-каштанових ґрунтів.

Агрохімія. Конспект лекцій.

ЛЕКЦІЯ 11. АЗОТНІ ДОБРИВА

11.1.Хімічна промисловість виготовляє наступні групи азотних добрив: нітратні - натрієва селітра, кальцієва селітра, калієва селітра; амонійний та аміачні - сульфат амонію, сульфат амонію-натрію, хлористий амоній, карбонат амонію, бікарбонат амонію, безводний аміак, аміачна вода; аміачно-нітратні: аміачна селітра; амідні: сечовина, ціанамід кальцію та аміакати.

11.2.Азотні добрива є похідними від аміаку та азотної кислоти. Аміак отримають шляхом зв’язування атмосферного азоту:

N2+3H2=2NH3

11.3. А азотну кислоту для синтетичних добрив одержують шляхом окислюванням синтетичного аміаку:

4NH3+5О2=4NO+H2O 2NO+O2=2NO2 4NO2+O2+2H2O=4HNО3

11.4. Нітратні азотні добрива. Довгий час єдиним представником нітратних азотних добрив була чилійська селітра. У результаті тисячолітніх процесів розкладання рослинних і тваринних органічних залишків (в основному пташиного посліду – гуано) в пустелі Атакама утворилися унікальні поклади селітри. Протягом десятків років чилійська селітра − природний нітрат натрію задовольняв потреби людини. Але з відкриттям способу зв'язування атмосферного азоту з'явилася синтетична селітра.

Натрієва селітра NaNO3 містить 15-16 % азоту та 26 % натрію. Її одержують на заводах по виробництву азотної кислоти з аміаку шляхом лужної абсорбції окислів азоту. Вона добре розчиняється у воді, має помітну гігроскопічність. У сухому стані при правильному зберіганні має непогану розсипчастість, а тому зручна для внесення в ґрунт.

Кальцієва селітра Са(NО3)2, містить 13-15% азоту. Її одержують шляхом нейтралізації 40-48% азотної кислоти крейдою або вапном:

СаСО3 + 2 НNО3 = Са(NО3)2 + Н2О + СО2

Агрохімія. Конспект лекцій.

Кальцієва селітра дуже гігроскопічна. При звичайній температурі легко приєднує вологу та переходить у гідратну форму. Найбільш стабільна при звичайній температурі повітря сіль Са(NО3)2·4Н2О, яка містить 14,8 % азоту. Натрієва й кальцієва селітри – фізіологічно лужні добрива, а тому систематичне внесення цих сполук помітно знижує кислотність ґрунтів. Селітри можна застосовувати на різних ґрунтах під всі сільськогосподарські культури як передпосівне добриво, для рядкового внесення та для підживлення під озимі й просапні сільськогосподарські культури. Головний недолік селітр пов’язаний не тільки з можливим підлуженням ґрунтового середовища та гігроскопічністю цих сполук, а з низьким вмістом поживної речовини – азоту.

11.5. Амонійні та аміачні азотні добрива. Амонійне добриво сульфат амонію

(сірчанокислий амоній) (NН4)2SО4 містить 20,5% азоту. Одержують його нейтралізацією сірчаної кислоти аміаком, який виділяють з газів, які утворюються при коксуванні вугілля або поглинанням сірчаною кислотою газоподібного синтетичного аміаку. Це добриво легко розчиняється у воді. У сухому стані має непогані фізичні властивості: мало злежується при зберіганні, добре розсіюється туковою сівалкою. Гігроскопічність цього добрива невелика. По зовнішньому вигляду сульфат амонію – кристалічна сіль різного кольору. Наявність сірки (24%) робить його ефективним для тих культур, які потребують велику кількість цього елементу (буряки, бобові, христоцвітні). Недоліками цього добрива є невеликий вміст азоту та підкислення ґрунтів при безперервному його використанні.

Сульфат амонію-натрію (NН4)2SО4·Nа2SО4 містить не менш 16 % азоту та до 2,5 % органічних домішок. Це добриво є відходом виробництва капролактаму. По зовнішньому вигляду це кристалічна сіль жовтуватих кольорів. Вміст Nа2SО4 – 20-25 %, Nа2О – близько 9 %.

Хлористий амоній NН4Сl містить 24-25% азоту. Хлористий амоній є дрібнокристалічною речовиною білого кольору, яка добре розчиняється у воді та має гарні фізичні властивості. Це добриво мало гігроскопічне та при зберіганні не злежується. Головний недолік хлористого амонію – висока фізіологічна кислотність та вміст великої

Агрохімія. Конспект лекцій.

кількості хлору (66%), який може знизити якість урожаю деяких культур (зокрема, тютюну, гречки, овочевих культур). А тому це добриво вноситься в ґрунт, як правило восени, з розрахунком на те, що аніони хлору будуть вилужені за зиму з орного шару ґрунту.

Карбонат амонію (NН4)2СО3. Карбонат амонію дуже нестійка сполука, на відкритому повітрі розкладається з виділенням аміаку та переходить у бікарбонат амонію. Технічний продукт містить 21-24 % азоту і являє собою суміш карбонату амонію та бікарбонату амонію.

Найбільш відоме рідке аміачне добриво - безводний аміак (NН3). Найбільш концентроване безбаластне добриво, що містить 82,0 % азоту. Отримується скрапленням газоподібного аміаку під тиском. По зовнішньому вигляду це безбарвна рухлива рідина, щільність 0,61 при 20° С, температура кипіння 34°С. При більш високій температурі швидко перетворюється в газ й об'єм його збільшується. При зберіганні у відкритих посудинах швидко випаровується. Внесений у ґрунт безводний аміак перетворюється з рідини в газ, що абсорбується колоїдною фракцією й поглинається ґрунтовою вологою, утворюючи гідроксид амонію.

Аміачна вода. Це розчин синтетичного або коксохімічного аміаку у воді. Випускається двох сортів: перший сорт містить 20,5 % азоту, другий - 16,4 % азоту. При внесенні аміачної води в ґрунт аміак адсорбується колоїдами. Із часом аміачний азот нітріфікується та здобуває більшу рухливість, мігруючи із ґрунтовим розчином. Головною проблемою в застосуванні аміачної води є відсутність у господарствах техніки й устаткування для зберігання, транспортування й внесення її в ґрунт. Аміачну воду необхідно вносити на певну глибину і одночасно закладати в ґрунт з метою зменшення непродуктивних втрат.

11.6. Аміачно-нітратні добрива. Найпоширеніше азотне добриво, що містить азот в амонійній і нітратній формах − це аміачна селітра (нітрат амонію, азотнокислий амоній) NН4NО3 Містить 34,6 % нітратного й аміачного азоту. Отримують нейтралізацією 56-60 %-ною азотною кислотою газоподібним аміаком. Для виділення аміачної селітри розчин випарюють до вмісту 95-98% NH4NO3, потім піддають перекристаліза-

Агрохімія. Конспект лекцій.

ції та висушуванню. Це добриво дуже гігроскопічне, та має високу здатність до злежування. Наявність в аміачній селітрі частини азоту в легко рухомій нітратній формі, а частину – у менш рухливій аміачній формі вигідно відрізняє її від інших азотних добрив та робить це добриво дуже популярними у агрономів. Аміачну селітру застосовують як у якості допосівного (основного) добрива так і вносять у рядки або в лунки при посіві й при підживленні в період вегетації.

11.7. Амідні добрива. Це група добрив, які містять азот в амідній формі. Найбільш широко застосовується сечовина (карбамід) СО(NН2)2. Синтетична сечовина містить 46% азоту. Це саме концентроване із твердих азотних добрив. По зовнішньому вигляду сечовина – білий кристалічний продукт, який дуже добре розчиняється у воді. Гігроскопічність її при температурі до 20ºС порівняно невелика (близька до гігроскопічності сульфату амонію), але з підвищенням температури помітно збільшується. При зберіганні кристалічна сечовина може злежуватись і її здатність до розсівання погіршується. У ґрунті сечовина повністю розчиняється ґрунтовою вологою й під дією ферменту уреази, який виділяється уробактеріями, швидко амоніфікується, перетворюючись у вуглекислий амоній. А тому при поверхневому внесенні сечовини без зароблення її в ґрунт і при відсутності опадів може привести до втрат азоту у вигляді аміаку. У ґрунті вуглекислий амоній піддається гідролізу з утворенням бікарбонату амонію та NН4ОН. Амоній, який утворюються при внесенні сечовини в ґрунт, поглинається колоїдною фракцією, але потім поступово засвоюється рослинами. Сечовина застосовується в якості допосівного добрива на всіх ґрунтах під різні сільськогосподарські культури. Її можна застосовувати також для підживлення просапних та овочевих культур, але з негайним заробленням у ґрунт.

Ціанамід кальцію СаСN2 містить 20-22% азоту. До складу технічного продукту входить 58-60% СаСN2, 20-28% СаО, 9-12% вугілля та незначні кількості кремнієвої кислоти, оксиду заліза, алюмінію та карбіду кальцію. По зовнішньому вигляду ціанамід кальцію – легкий тонкий чорний або темно-сірий порошок.

11.8. Аміакати - розчини аміачної селітри, сечовини або інших азотних добрив у водному аміаку. Отримують ці розчини в заводських умовах шляхом введення в

Агрохімія. Конспект лекцій.

20-25% аміачну воду 70-80% гарячого розчину аміачної селітри, сечовини або суміші цих добрив. Аміакати – рідини ясно-жовтих кольорів. Азот у них представлений на 20-40% аміаком і на 60-80% – азотом аміачної селітри або сечовини. Одне з основних умов ефективного застосування аміакатів це внесення їх у ґрунт на достатню глибину, щоб не допустити втрат азоту внаслідок випаровування аміаку.

Агрохімія. Конспект лекцій.

ЛЕКЦІЯ 12. ФОСФОРНІ ДОБРИВА

12.1 Головне джерело фосфору для рослин у природних умовах – солі ортофосфорної кислоти (Н2РО4). Ортофосфорна кислота може дисоціювати на три аніони: Н2РО4–, НРО42–, РО43–. У ґрунтових умовах, коли рН розчину коливається від 5 (дерновопідзолисті ґрунти) до 7 (чорноземи), рослини мають у своєму розпорядженні головним чином іон Н2РО4– та НРО42–.

12.2За вегетаційний період рослини споживають із ґрунту з 1 га від 20 до 60 кг Р2О5. Найбільший вміст фосфору в зерні, менше − в соломі, тому значна частина засвоєного рослинами фосфору разом із зерном й іншою товарною продукцією відчужується з ґрунту господарства. Якщо запаси азоту в ґрунті поповнюються за рахунок фіксації азоту з повітря, то відносно фосфору немає інших джерел для його поповнення в ґрунтах, крім фосфорних добрив.

12.3Фосфор входить в склад нуклеїнових кислот та нуклеопротеїдів, які беруть участь у побудові цитоплазми і ядра кліток. Він міститься у фітині − запасній речовині насіння, який використається як джерело фосфору під час проростання, а також у фосфатидах, цукрофосфатах, вітамінах і багатьох ферментах. У тканинах рослин присутні в невеликих кількостях також неорганічні фосфати, які відіграють важливу роль у створенні буферної системи клітинного соку та служать резервом фосфору для утворення різних фосфорорганічних сполук.

12.4Фосфорне живлення сільськогосподарських культур підвищує врожай і поліпшує його якість. У хлібів збільшується частка зерна в загальній масі, зерно стає більше багатим крохмалем. У коренеплодах і плодах накопичується більше вуглеводів. Прядильні культури мають більш довге й міцне, тонке волокно. Підвищений вміст розчинних вуглеводів у клітинному соку знижує крапку замерзання рослин. Це приводить до посилення зимостійкості озимих культур і багаторічних бобових трав під впливом фосфорних добрив, внесених з осені. Збільшується міцність соломини й стійкість до полягання в хлібів.