Значение азота для роста растений

Как в почве, так и в удобрениях азот может содержаться в разных формах. При этом наиболее распространенной формой является нитрат, что также связано с тем, что в процессе превращений в почве различные азотные удобрения так или иначе доходят до нитратной формы. Таким образом, и большая часть удобрения усваивается растениями в форме нитрата. В свою очередь, разные формы азота ведут себя в растении по-разному и также оказывают на его развитие разное влияние. В целом, удобрение азотом является сложной стратегией, просчеты в которой могут не только стоить предприятию чрезмерных затрат, но даже снижать урожайность и ухудшать качество выращенной продукции.

Очень сложно правильно просчитать потребности растений в азотных удобрениях. Для этого недостаточно знать, какой объем питательного элемента требуется определенной культуре исходя из ожидаемого уровня урожайности. Важными факторами здесь является минерализация почвенного органического азота, возможно доставка азота дальше вегетации растений, а также его вероятная фиксация в почве. Да, высокий уровень минерализации дает возможность сокращать норму внесения азотных удобрений, хотя просчитать поставки азота очень трудно. Это связано с тем, что оно сильно зависит от погодных условий. В зависимости от того, как будет быстро прогреваться почва, сколько в ней будет влаги и насколько активно сразу же сработают микроорганизмы, осуществляющие минерализацию, высвобождение азота может проходить как медленно и в необходимое культуре время, так и молниеносно, в период, когда потребности в элементе уже может и не быть. Различные предшественники также способны по-разному влиять на возможное высвобождение азота из их пожнивных остатков. Так, самая высокая степень минерализации наблюдается после выращивания бобовых. Как вероятный объем высвобожденного азота зависит от вида грунтов, так и разные почвы нуждаются в разном объеме так называемого остаточного азота. Соответственно, при расчете фактической потребности в удобрении учитывается ряд показателей.

Важным показателем является содержание минерального азота в почве (Nmin), которая измеряется в зоне расположения корней, обычно на глубине до одного метра. Следует отметить, что этот показатель является одномоментным, то есть он показывает объем минерализованного азота на время проведения отбора пробы, обычно ранней весной, поэтому его можно рассматривать как объем доступного для растений азота в начале вегетации. В зависимости от качества почв и погодных условий показатель Nmin может значительно изменяться, поэтому при возможности его желательно определять точным проведением анализа. Часто замеры производят на трех слоях: 0-30 см; 30-60 см; и 60-90 см. Для дальнейшей работы берут общую сумму минерализованного азота из всех трех слоев, данные по каждой отдельной прослойке также могут помочь сориентироваться, в какое именно время развития растение доберется до каких запасов. Если же возможности провести точный анализ не существует, то используют усредненные данные. Обычно чем тяжелее почва и чем больше в нем доля глины и гумуса, тем больше ожидаемый показатель Nmin можно брать в расчет. В среднем на дилювиальных почвах показатель Nmin может составлять от 30 до 60 кг/га, на лесных и бурых почвах – 80-120 кг/га, на черноземах – 120-180 кг/га, на глинистых почвах – 100-210 кг/га.  При этом минерализованный в почве азот имеет две формы: NH₄ + NO ₃, где самая большая доля приходится на нитрат. На показатель Nmin влияет много факторов. Наиболее весомыми среди них является объем оставшегося после предшественника азота, объем высвобожденного азота осенью, внесение его с удобрениями, встраивание в органическое вещество почвы, усвоение азота посевами до зимней паузы в вегетации и т.д.

Вторым показателем, характеризующим предложение азота из почв, является Nmob. Он также должен приниматься во внимание при расчете потребности в азотном удобрении. Следует отметить, что именно Nmob больше усложняет расчеты по азоту, поскольку именно доля его высвобождения сильно зависит от температуры и влажности почвы. Наиболее активное высвобождение будет наблюдаться при температуре выше 20°С и водонасыщенности грунтов на уровне 50-60%.

Данный показатель характеризует объем азота в почве, который является органически связанным, но может мобилизоваться со временем. Nmob объединяет в себе три показателя: Nmob из почвы, которая образуется при высвобождении азота из органического вещества почвы в течение вегетации; Nmob из предшественника, характеризующий объем азота, высвободившийся из пожнивных остатков предшественника в зависимости от того, какая это была культура; и Nmob из органических удобрений, если они вносятся.

Необходимо помнить, что Nmob только приблизительное значение. К тому же, если почвы уплотнены или заилены, с образованием больших комочков и с плохой структурой, доля вероятно мобилизованного со временем азота также будет снижаться. Поэтому даже после определения суммы Nmob целесообразно хорошо оценить состояние грунтов и при необходимости брать в расчет только часть высчитанного объема азота. Часто при неудовлетворительном состоянии почвы принимают около 70-80% рассчитанного количества азота Nmob. К тому же заданные характеристики Nmob существенно зависят от глубины рыхлого слоя земли. Это связано с тем, что высвобождение азота в рыхлом слое проходит более легко и активно, чем в уплотненном. Поэтому, если хозяйство работает по технологии прямого сева, в расчет берется не более 40% высчитанного объема Nmob.

Общий показатель Nmob также зависит от вида почвы и содержания в нем гумуса. Так, на дилювиальных почвах с содержанием около 2% гумуса он может составлять 30-50 кг/га, в то время как на черноземах из 3,5% гумуса – 120-150 кг/га. Для упрощения подсчета показатель Nmob из почвы может быть приравнен к количеству баллов, полученных почвами при бонитировании, как это делается, например, в Германии. Там оценка грунтов ведется от 0 до 100 баллов, где 100 баллов получают высококачественные черноземы. Соответственно, у них показатель Nmob тоже берется за 100 кг/га. В то же время от дилювиальных грунтов, оцененных примерно в 30 баллов, можно ожидать около 30 кг/га. Nmob из предшественника тоже может значительно отличаться у разных культур. Так, например, зерновые оставляют после себя около 10-20 кг/га азота, рапс – 40-70 кг/га, сахарная свекла – 40-80 кг/га, в то время как бобовые – 40-100 кг/га. Nmob из органического удобрения очень трудно определить. Его размер зависит от вида удобрения и регулярности его внесения. Следует помнить, что высвобождение азота из органических удобрений проходит не равномерно, а в большем объеме в первый год после применения и далее в среднем по 10-20% в течение 3-4 лет.

Зная потребность в азоте в определенной культуре и ожидаемый уровень ее урожайности, можно рассчитать, какой действительный объем удобрения должен быть внесен.

Также важен показатель так называемого остаточного азота, или Nfix, который является тем объемом элемента, который будет фиксироваться почвой и не будет поступать в растения. Весь азот, содержащийся в почве, не может быть использован растениями полностью, поэтому его часть всегда остается. Разным почвам характерна разная способность к содержанию азота. Это связано со встраиванием азота в органическое вещество почвы и содержанием в почве так называемых коллоидов, которые представлены частицами гумуса и глинистыми минералами. Они несут на своей поверхности свободные связи с отрицательным зарядом и способны присоединять к себе положительно заряженные катионы, такие как NH ⁴⁺, держа их. Поэтому объем Nfix, который будет фиксироваться, также должен приниматься в расчет. Чем беднее почвы на питательные вещества, тем вероятнее, что большая часть удобрений свяжется. Чем тяжелее почвы и чем больше в них содержание глины и гумуса, тем выше будет показатель Nfix . Так, например, песчаные почвы способны связать около 10-25 кг/га, суглинки – 25-50 кг/га, лесные почвы – 20-40 кг/га и глинистые – 30-60 кг/га азота.

Еще одним показателем, характеризующим возможную доставку азота, является так называемый Nair – или азот, который может фиксироваться из воздуха. Следует отметить, что этот показатель довольно редко принимается в расчет и даже при благоприятных предпосылках составляет не более 10-25 кг/га. Поэтому им при расчете часто пренебрегают. Таким образом, зная потребность в азоте в определенной культуре и ожидаемый уровень ее урожайности, можно рассчитать, какой действительный объем удобрения должен быть внесен, когда от общей потребности в удобрении будут отняты все возможные источники доставок: Nmin, Nmob и возможно Nair, а также будет добавлена ​​потребность самого грунта – Nfix.

Следующим важным вопросом азота является выбор его правильной формы для удобрения. Следует помнить, что азот преимущественно попадает в растение двумя путями. Так, благодаря хорошей растворимости и слабому связыванию в почве, нитратная форма усваивается растением с током массы. Это означает, что для того, чтобы нитратный азот усвоился, растение должно только осуществлять транспирацию жидкости, а всасывание нитратов будет проходить самовольно вместе с водой – грунтовым раствором, в котором они растворены. С другой стороны, это также означает, что, когда концентрация нитратов в почвенном растворе высока, растение не может регулировать их попадание в нее. Поэтому азотные удобрения иногда могут попадать в посевы в неблагоприятное время и обуславливать на них даже негативное действие. Второй путь усвоения азотных удобрений – это диффузия, путём которой к растениям попадает аммонийная форма азота. Благодаря вероятной крепкой фиксации аммония на коллоидах-ионообменниках для его усвоения растение должно «прилагать усилия», а проникновение азота внутрь тогда проходит за градиентом концентрации. Это делает невозможным перенасыщение растения аммонийным азотом, поэтому его усвоение проходит урегулированно. Разница в путях усвоения отдельных форм азота может помочь при выборе подходящей формы удобрения в зависимости от состояния посевов. Так, при слабых посевах, которые необходимо быстро и эффективно поддержать, большее преимущество следует отдать использованию нитратной формы, в то время как аммонийную форму более целесообразно использовать на достаточно сильных посевах и достичь тем более медленного усвоения питательного элемента.

Очень интересным удобрением также является мочевина. Установлено, что она может сразу же усваиваться растениями, причем для нее не характерно связывание на ионообменниках. Однако изменение мочевинной формы азота в почве происходит очень быстро, особенно при высоких температурах. Превращение мочевины на первом этапе происходит в аммоний. В этом процессе, который называется гидролиз мочевины, участвует вода и специальный фермент – уреаза. Так, 75% мочевины при температуре 2°С превратится в аммоний в течение 4 дней. При температуре 10°С для этого уже потребуется всего 2 дня, 20°С – всего 1 сутки. Водонасыщенность почвы должна быть на уровне 40%. Как избыточное количество воды в почвах, так и ее недостаток значительно замедляют течение процесса. Следующее превращение аммония идет уже к нитрату. Для реализации этого процесса нитрификации необходимы кислород и специальные микроорганизмы – nitrosomonas и nitrobacter. Для нитрификации, кроме температуры почв и влажности, большое значение имеет также показатель рН. Оптимальная влагоемкость почвы для процесса нитрификации тоже должна составлять около 40-60%. Тогда для превращения 50% аммония в нитрат при температуре 5°С понадобится около 6 недель, при 10°С – две недели и при 20°С – всего семь дней. Оптимальный показатель pH для образования нитрата составляет 6-7. Практическая приостановка процесса нитрификации наблюдается в почвах, имеющих показатель рН ниже 5,5. Когда рН почвы превышает 7 – вероятными становятся потери азота в форме аммиака.

Кроме превращений различных форм азота, важное значение имеет их влияние на растения и возможность их использования. Так, в отношении мочевины следует отметить, что она является наиболее «нейтральным» удобрением, которое не оказывает значительного влияния ни на показатель рН почвы, ни на физиологию растений. Таким образом, растение с удобрением получает только необходимый азот, но при этом не меняется дальнейшее развитие посевов. Наряду с этим и аммоний и нитрат влияют на почвы и развитие растений. Так, например, такое удобрение как сульфат аммония оказывает подкисляющее действие, благодаря чему, с одной стороны, при использовании его на почвах с завышенным показателем рН можно добиться улучшения доступности таких элементов как фосфор, марганец, цинк, железо, но с другой – может уменьшиться доступность для растений молибдена. Применение этого аммонийного удобрения на почвах с слишком низким рН нежелательно, чтобы не усугублять ситуацию дальше. К тому же аммоний способен оказывать влияние на корни растений, способствуя их лучшему разрастанию. При этом речь идет об образовании большего количества боковых корней, улучшающих усвоение питательных веществ. Аммонийная форма азота обладает сильным «привлекательным» действием для корней, поэтому ее можно успешно использовать при глубоком удобрении, откладывая удобрения концентрированно на глубине в форме ленты и предупреждая таким образом связывание большей части аммония на ионообменниках.

АММОНИЙНАЯ ФОРМА АЗОТА ОКАЗЫВАЕТ СИЛЬНОЕ «ПРИВЛЕКАТЕЛЬНОЕ» ДЕЙСТВИЕ ДЛЯ КОРНЕЙ, ПОЭТОМУ ЕЕ МОЖНО УСПЕШНО ИСПОЛЬЗОВАТЬ ПРИ ГЛУБОКОМ УДОБРЕНИИ.

Кроме влияния на корни, аммоний также способен укреплять клеточные стенки, способствуя тому, что растения становятся более выносливыми, лучше переносят заморозки, уменьшается риск заболеваний и потерь при хранении. В сравнении с этим нитратная форма азота способна совсем по-другому влиять на растение. Так, из-за отсутствия соединения на ионообменниках нитрат в большом количестве содержится в грунтовом растворе и быстро всасывается растениями. В отличие от аммония нитрат способствует более длительному отрастанию боковых корней, хотя «привлекательного» действия у него не наблюдается. Поэтому откладывать его в ленте удобрения при подкорневой подкормке на большой глубине нецелесообразно. К тому же нитрат оказывает значительное влияние на физиологию и рост растений. Он способствует увеличению размера клеток, их удлинению, в результате чего клеточная стенка утончается. В результате возрастает риск повреждения растительной ткани, заболеваний и потерь при хранении. К тому же нитрат способствует увеличению содержания в клетках жидкости, в результате чего возрастает их чувствительность к заморозкам. Это приводит к нецелесообразности использования большого объема нитратных удобрений при ненадежных погодных условиях ранней весной. Вместе с тем нитратный азот дольше оставляет растение зеленым, поэтому большие объемы нитратов незадолго до времени созревания тоже крайне нежелательны. Они будут препятствовать полной переноске ассимилятов в зерно и оставлять зеленую солому и мелкие семена. Да, избыток нитрата снижает урожайность и качество урожая прежде всего из-за снижения содержания протеина. Это действие нитратного азота обусловлено его способностью к повышению уровня цитокининов. К тому же нитрат плохо перераспределяется в растении: он почти сразу переносится в органы транспирации – листья, где его избыток фиксируется в клеточных вакуолях, которые разрушаются только после отмирания ткани. Таким образом, хотя значительный объем нитратов попадает в растение, но если избыток элемента отложился в вакуолях, растение не сможет его использовать, пока эти клетки не отомрут. Необходимый объем удобрения может быть внесен, но не подействовать, когда на него была большая надежда.

В Европе уже разработаны определенные виды азотных удобрений, которые содержат в себе вещества, замедляющие превращение различных форм азота. Это позволяет некоторое время сохранять желаемую форму в почве в неизменном состоянии. Примерами этому могут быть как удобрения с мочевиной, стабильные к действию фермента уреазы, так и аммонийные удобрения, длительно сохраняющие аммонийную форму и не допускающие превращения ее в нитрат. Применение таких «стабилизированных» удобрений позволяет легче регулировать удобрения растений и по возможности предупреждать нежелательные эффекты отдельных азотных форм. К тому же использование, например, стабилизированной мочевины может быть очень интересно на обедневших на питательных веществах почвах для предупреждения фиксации на ионообменниках аммония. Стабилизированная форма аммония может иметь значительные преимущества при применении ее в концентрированных лентах удобрения для глубокой подкорневой подкормки и стимулирования более глубокого прокорения растений. Таким образом, необходимое посевам количество азота в удобрениях рассчитывается с учетом многих факторов, таких как вид культуры и ее потенциальная урожайность, требования к качеству урожая, остаточный азот в почве, количество минерализованного и мобилизованного азота и т.д. При этом эффективность применения азотных удобрений существенно зависит от правильного выбора их формы. Это дает возможность не только экономить удобрения, но и использовать их на разных посевах в разное время в наиболее подходящем виде с наивысшей пользой. А вот использовать этот потенциал или нет, зависит от планирования своей работы самим хозяйством.