By: T.L. Provin és L.R. Hossner
A hatékony növénytermesztéshez az összes alapvető növényi tápanyag megfelelő ellátottsága szükséges. A modern mezőgazdaságban azonban a termelés növelése, a nyereség fenntartása és az olcsó élelmiszer és rost biztosítása érdekében a kereskedelmi forgalomban kapható nitrogén (N) műtrágyák használata szükségszerű. Általában a növényeknek az összes növényi tápanyag közül a legnagyobb mennyiségben nitrogénre van szükségük.
A nitrogénműtrágyák környezeti hatása hosszú ideje kérdéses. A folyók, tavak és felszín alatti vizek nitrogénszennyezése miatti aggodalom miatt a mezőgazdasági termelők egyre inkább tudatában vannak annak, hogy potenciálisan hozzájárulhatnak a teljes szennyezési problémához.
A nitrogén hatékony felhasználásához és a környezetre gyakorolt káros hatásainak korlátozásához a termelőknek tudatosítaniuk kell a nitrogén kémiai összetételét, valamint azt, hogy hogyan adódik hozzá a talajhoz és hogyan távozik a talajból.
A mezőgazdasági termelők által használt kereskedelmi műtrágyák jelentős forrása a talajok nitrogéntartalmának. A nitrogén folyamatosan újrahasznosul a növényi és állati hulladékmaradványokon és a talaj szerves anyagán keresztül. A nitrogént a növények, a gáznemű veszteség, a lefolyás, az erózió és a kimosódás távolítja el a talajból. A nitrogénveszteség nagysága és mechanizmusa az adott talaj kémiai és fizikai tulajdonságaitól függ. Az 1. ábra a talaj nitrogénjének lehetséges nyereségeit és veszteségeit mutatja be vázlatosan.
A nitrogén kémiája
A nitrogén a belélegzett levegő 79 százalékát teszi ki. Egy termékeny préritalaj felszíni 6 hüvelykje hektáronként 2-3 tonna nitrogént tartalmazhat. Ugyanezen hektár fölött a levegő körülbelül 35 000 tonna inert nitrogéngázt (N2) tartalmaz. A talajban található nitrogén nagy része N2 gázként keletkezett, és a légkörben lévő nitrogén csaknem teljes egészében N2 gáz. Ezt az inert nitrogént a növény nem tudja felhasználni, amíg nem alakul át ammónium (NH4 +) vagy nitrát (NO3 – ) formává.
A nitrogéngáz (N2) ammóniumra (NH4 +) történő átalakításának három fontos módszere:
- Szabadon élő N2-fixáló baktériumok
- N2-fixáló baktériumok a hüvelyes növények gyökerein lévő csomókban, és
- A nitrogén műtrágyagyárak.
Az N2 átalakításának másik fontos módszere a villámlás. Villámláskor a túlhevített levegőben lévő nitrogéngáz nitráttá (NO3 – ) és nitritté (NO2 – ) alakul. A villámlás évente hektáronként 1-50 font növényileg felhasználható nitrogént jelenthet.
Bár a nitrogén többféle kémiai formában kerül a talajba, végül szervetlen nitrát (NO3 – ) ionná alakul át. Az 1. ábra mutatja, hogy az NO3 -ot a növények felhasználhatják, visszaalakulhat nitrogéngázzá, vagy a talajvízzel lefelé kimosódhat.
A talajba juttatott nitrogén leggyakoribb forrásai a kereskedelmi műtrágyák, a növényi maradványok, az állati trágya és a szennyvíz. A kijuttatás mértéke széles skálán mozog. Az egyszeri kijuttatás mértéke elérheti a 150 font nitrogén-egyenértéket hektáronként olyan növények esetében, mint a parti bermudagrass. Az ilyen magas kijuttatási mennyiségeket azonban olyan talajokra kell korlátozni, amelyekben alacsony az erózió és a lefolyás lehetősége.
A szerves anyagokban (növényi maradványok, állati trágya, szennyvíz, talaj szerves anyaga) lévő nitrogén a fehérjék, aminosavak és más növényi és mikrobiális anyagok részeként van jelen. A növények számára csak azután válik elérhetővé, hogy a vegyületet a talaj mikroorganizmusai lebontják. Ezt nevezzük “mineralizációnak” (2. ábra). A mineralizáció első lépése az “ammonizáció”. Az ammonifikációból származó ammóniumot (NH4 +) ezután a talajban lévő “nitrifikáló” baktériumok a “nitrifikációnak” nevezett folyamat során nitrát-nitrogénné (NO3 – -N) alakítják át.”
Az ammonifikációs és nitrifikációs reakciók helyét a nitrogénciklusban az 1. ábra mutatja. A pozitív töltésű ammónium (NH4 +) ion, amely az ammonifikáció során keletkezik vagy a műtrágyákban a talajba kerül, vonzódik a talajban lévő negatív töltésű agyagrészecskékhez. A legtöbb nem száraz talajban azonban az NH4 + ion gyorsan átalakul nitrát nitrogénné (NO3- N) A termesztett növények a nitrogén nagy részét nitrát (NO3- ) formájában veszik fel.
A szervetlen nitrogén általános forrásai közé tartozik az ammónia (NH3), az ammónium (NH4 +), az amin (NH2 +) és a nitrát (NO3 – ). A legtöbb műtrágya anyag NH4 +-t tartalmaz vagy alkot, amely a talajba kerülve gyorsan átalakul NO3 -vá.
A nitrogén eltávolítása a talajból
A nitrogén négy fő folyamat révén távozik a talajból:
- Növényi felvétel
- Gáznemű veszteség
- Levezetés és erózió
- Lemosás
A növényi felvétel a nitrogén gyökerek általi felvételére utal. A gyapot, a kukorica, a paradicsom és a gyepfűfélék 60-300 font nitrogént igényelnek hektáronként a jó növekedéshez és jövedelmező hozamhoz vagy a kívánt esztétikai megjelenéshez. Az adott növény tényleges szükséglete a termelési potenciálnak megfelelően változik, és nagyban befolyásolják az éghajlati tényezők.
Mivel a legtöbb talajban kevés a növények számára hozzáférhető nitrogén, a nitrogénszükségletet gyakran kereskedelmi nitrogénműtrágyaként biztosítják. A 150 font/hektár feletti nitrogénszükségletet általában két vagy több alkalmazásra osztják fel. A betakarított terményből azonban valójában csak a növényi nitrogén hagyja el a szántóföldet. A növényi nitrogén fennmaradó része növényi maradványként visszakerül a talajba, és szerves nitrogén formájában újra bekerül a körforgásba, amint azt az 1. ábra szemlélteti.
A nitrogén gáznemű elvesztése denitrifikációval vagy ammónia elpárolgással történik. A denitrifikáció olyan folyamat, amelynek során a nitrátnitrogén (NO3- -N) gáznemű nitrogén-oxiddá (N2O) vagy elemi nitrogénné (N2) alakul. Ez anaerob (szabad oxigént nem igénylő) baktériumok működésével jár, és általában nedves vagy vízzel elapadt talajokban fordul elő.
Mivel ez egy anaerob folyamat, a normál (aerob) talajból származó gáznemű veszteségek csekélyek. Ha azonban a talajok hosszú ideig nagyon nedvesek vagy telítettek maradnak, a nitrát nagy része elveszhet.
Az ammóniagáz a talaj felszínén lévő nitrogénvegyületekből, például karbamidból fejlődhet. A karbamid jelen van az állati trágyában, és tiszta formában műtrágyaként is megvásárolható (45-0-0).
Más ammóniumtartalmú műtrágyavegyületek, köztük az ammónium-szulfát (21-0-0) és kisebb mértékben az ammónium-nitrát (33-0-0) és az ammónium-foszfát, kalcium-karbonát jelenlétében bizonyítottan szabad ammóniát termelnek. Ez az állapot egyes magas pH-jú talajokban (pH>7,3) áll fenn.
Az elfolyási és eróziós veszteségek nitrátot (NO3 – ), ammóniumot (NH4 +) és szerves nitrogént tartalmazhatnak. A negatív töltésű NO3 – ion a talajvízben marad, és nem tartják meg a talajrészecskék. Ha az oldott NO3 – vagy NH4 + tartalmú víz lefolyik a felszínről, ezek az ionok vele együtt mozognak. Ha azonban a nitrogénműtrágyákat száraz talajra juttatjuk ki, és eső vagy öntözővíz kerül rá, az első víz feloldja a műtrágyát, és magával viszi azt a talajba. Az esőzés általában nem okoz a műtrágya nitrogénjének felszíni veszteségét, kivéve, ha röviddel a kijuttatás után nagyon intenzív esőzés történik.
Az agyagrészecskék által megtartott ammónium a talajerózió révén a felszíni vízkészletekbe kerülhet. Valójában a talajerózió több nitrogént mozgat meg, mint az esőzés az oldott nitrogénvegyületek mozgatásában. Amikor az eróziós talajok a folyókba és tavakba kerülnek, a mikrobiális tevékenység lassan átalakítja a nitrogénvegyületeket oldható formákká.
A kimosódási veszteségek a víz lefelé irányuló mozgását jelentik a talajban a gyökérzóna alatt. Ez a veszteség leggyakrabban a nitrát (NO3 – ) esetében fordul elő nagy mennyiségű csapadékkal sújtott területeken, túlzott öntözés esetén és durva szerkezetű (homokos) talajok esetében. A kimosódás révén bekövetkező nitrogénveszteségek csökkentik a növények számára rendelkezésre álló nitrogén mennyiségét, és potenciálisan szennyezhetik a sekély vizű kutakat és a víztartó rétegeket.
A kimosódási veszteségek minimalizálása érdekében a felhasznált nitrogén mennyiségét és a kijuttatás időpontját a talajviszonyokhoz és a növények igényeihez kell igazítani. Számos kutatás kimutatta, hogy a növények felvétele miatt kevés nitrátnitrogén (NO3 – -N) mosódik ki azokból a talajokból, amelyeken a növény aktívan növekszik. Mivel a kimosódásnak leginkább kitett homokos talajok Kelet-Texasban találhatók, ahol a fű az uralkodó növénykultúra, a nitrogén műtrágyázásból általában minimális nitrogén kimosódási veszteség várható az egész államban.
Míg a vizsgálatok korlátozott problémákat mutattak ki a nitrát (NO3 – ) mozgásával kapcsolatban, a kereskedelmi és szerves nitrogénműtrágyák helytelen alkalmazása a NO3 – elfolyását eredményezheti a felszíni vizekbe és a talajvízbe való kimosódást.
A nitrogénveszteség megelőzése
A mezőgazdasági területek nitrogénveszteségének megelőzésére a legjobb módszer a helyes talaj- és vízgazdálkodási gyakorlat. A lehetséges nitrogénveszteségek csökkentésének első lépése a talajvizsgálat elvégzése. A megfelelően vett talajminta megadja a talajban lévő nitrát-nitrogén (NO3 – -N) becsült mennyiségét, és iránymutatásul szolgálhat a termesztett növénynek megfelelő mennyiségű nitrogéntrágya kijuttatásához.
A megfelelő trágyázás, valamint a felszíni lefolyás és erózió ellenőrzése a legjobb módszer a nitrogén patakokba és tavakba jutásának megakadályozására. A kimosódási veszteségek megelőzhetők a nitrogénszükséglet több kijuttatásra való felosztásával ott, ahol a durva szerkezetű talajok és a nagy mennyiségű csapadék gyakori.
A kiadvány nyomtatóbarát változatának letöltése:
Kérdése van, vagy szakértővel szeretne kapcsolatba lépni?
Lépjen kapcsolatba a megyei hivatallal
.