6.3Модель передвижения азота в почве

П одвижный азот в почве обычно находится в виде катиона аммония NH₄⁺ и нитрата-аниона HO₃^-.Содержание нитрит-аниона NO₂^- в почве мало, он образуется в результате окисления аммония и затем быстро окисляется до нитрат-иона. Этот процесс называется нитрификацией.

Аммоний образуется в результате разложения органических азотистых веществ, включая и гуминовые кислоты, микроорганизмами (аммонификация). Значительное количество аммония попадает в почву при орошении сточными водами.

Нитратов в сточных водах содержится мало, их содержание в почве определяется нитрификацией аммония и денитрификацией, т.е. восстановлением нитратов до газообразных форм (NO, N₂O, N₂), а также отбором корнями растений. Для почв с большой ёмкостью поглощения на балансе аммония в почве существенно сказываются процессы обменной сорбции и десорбции.

Естественно, что перечисленные факторы, определяющие динамику азота в почве, идут на фоне заметного конвективного и диффузионного переноса растворённых аммония и нитратов.

Всё сказанное позволяет записать общепринятое дифференциальное уравнение для аммония NH₄⁺ в виде:

И для нитратов NO₃^- в виде :

В этих уравнениях:

С_а, С_n - концентрация аммония и нитратов в почвенном растворе, соответственно, грэкв/м_в³;

Gum-содержание азота в гумусе, грэкв/м³;

-интенсивность сорбции или десорбции аммония ППК,

грэкв/м³/сут;

K₁,K₂,K₃ - коэффициенты скорости нитрификации, денитрификации и

аммонификации, соответственно, 1/сут;

• интенсивность отбора аммонийного и нитратного азота корнями растений из единичного объёма почвы, соответственно, грэкв/м³/сут;

-объёмная влажность почвы, м_в/м³ ;

q - объёмный поток почвенной влаги, м_в/м²/ сут;

D_k - коэффициент конвективной диффузии, м²/ сут;

D_k = D_м+q;

D_м - коэффициент молекулярной диффузии, принят равным 0,0004 м²/ сут;

 - параметр дисперсии, для суглинистых почв он примерно равен

0,1…0,2 м, для тяжелосуглинистых - 0,2…0,5 м, для глинистых - 0,5…1,0м.

Значения влажности почвы и потоков влаги, изменяющиеся по глубине и во времени, принимаются в результате параллельного расчёта передвижения влаги.

Интенсивность сорбции аммония ППК обычно описывают выражением:

Где: - коэффициент скорости сорбционного обмена, по немногочисленным данным для суглинистых почв он лежит в пределах 0,02…0,2 1/сут;

- безразмерный коэффициент распределения вещества, характеризующий физико-химические свойства катиона и ППК, распределение катионов по поверхности коллоидных частиц, величина 1/ называется константой Генри, ориентировочно для суглинистых почв  = 0,2…1,0.

Аммонификация и нитрификация зависят от влажности, температуры и pH почвы. Наиболее интенсивно они идут при влажности 0,6…0,8ППВ, при температуре 28…30⁰С и pH=7…8. В связи с этим коэффициенты скорости аммонификации и нитрификации приняты изменяющимися следующим образом:

Где:К_1max-коэффициент скорости нитрификации для чернозёмов при оптимальной влажности и температуре почвы, по обобщённым И.П. Айдаровым данным он равен 0,02…0, 10;

К_3max- коэффициент скорости аммонификации для тех же условий равен 0,000051/сут;

f₁()-функция, учитывающая влажность почвы;

f₂()-функция, учитывающая температуру почвы;

Интенсивность денитрификации тоже зависит от температуры, влажности и pH почвы, поэтому:

Наиболее интенсивно она идёт при pH=7…8, что свойственно чернозёмам, для которых по И.П. Айдарову К_2max=0,02…0,04 1/сут при влажности почвы, превышающей ППВ и температуре порядка 28…30⁰С.