By: T.L. Provin i L.R. Hossner
Efektywna produkcja roślinna wymaga odpowiedniego zaopatrzenia we wszystkie niezbędne składniki pokarmowe roślin. Jednak stosowanie komercyjnych nawozów azotowych (N) w celu zwiększenia produkcji, utrzymania zysków i zapewnienia tanich produktów spożywczych i włókien jest koniecznością w nowoczesnym rolnictwie. Ogólnie rzecz biorąc, uprawy potrzebują azotu w największej ilości ze wszystkich składników odżywczych roślin.
Wpływ na środowisko nawozów azotowych był długoterminowy problem. Zaniepokojenie zanieczyszczeniem azotem rzek, jezior i wód gruntowych spowodowało, że producenci rolni stają się coraz bardziej świadomi swojego potencjalnego udziału w ogólnym problemie zanieczyszczenia.
Aby efektywnie wykorzystywać azot i ograniczyć jego negatywny wpływ na środowisko, producenci muszą rozwinąć świadomość chemii azotu i tego, jak jest on dodawany do gleby i z niej usuwany.
Komercyjne nawozy stosowane przez producentów rolnych są znaczącym źródłem dodawania azotu do gleby. Azot jest stale utylizowany przez resztki odpadów roślinnych i zwierzęcych oraz materię organiczną gleby. Azot jest usuwany z gleby przez uprawy, straty gazowe, spływy, erozję i wymywanie. Wielkość i mechanizm strat azotu zależą od właściwości chemicznych i fizycznych danej gleby. Rysunek 1 przedstawia schematycznie możliwe zyski i straty azotu w glebie.
Chemia azotu
Zawartość azotu stanowi 79 procent powietrza, którym oddychamy. Powierzchnia 6 cali żyznej gleby prerii może zawierać od 2 do 3 ton azotu na akr. Powietrze nad tym samym akrem będzie zawierać około 35 000 ton obojętnego gazu azotowego (N2). Większość azotu znajdującego się w glebie pochodzi z gazu N2 i prawie cały azot w atmosferze jest gazem N2. Ten obojętny azot nie może być wykorzystany przez rośliny, dopóki nie zostanie zamieniony na formę amonową (NH4 +) lub azotanową (NO3 – ).
Trzy ważne metody zamiany gazowego azotu (N2) na amon (NH4 +) to:
- Bakterie wiążące N2
- Bakterie wiążące N2 w guzkach na korzeniach roślin strączkowych, oraz
- Fabryki produkujące nawozy azotowe.
Inna ważna metoda zamiany N2 to błyskawica. Kiedy błyskawica błyska, gazowy azot w przegrzanym powietrzu jest przekształcany w azotan (NO3 – ) i azotyn (NO2 – ). Wyładowania atmosferyczne mogą dostarczyć od 1 do 50 funtów azotu dostępnego dla roślin na akr rocznie.
Ale azot dostaje się do gleby w kilku formach chemicznych, ostatecznie przekształca się w nieorganiczny jon azotanowy (NO3 – ). Rysunek 1 pokazuje, że NO3 – może być wykorzystany przez rośliny, przekształcony z powrotem w gazowy azot lub wymywany w dół z wodą glebową.
Nawozy komercyjne, resztki roślinne, nawozy zwierzęce i ścieki są najczęstszymi źródłami dodawania azotu do gleby. Dawki nawozów są bardzo zróżnicowane. Pojedyncze dawki mogą wynosić nawet 150 funtów równoważnika azotu na akr w przypadku upraw takich jak nadmorska trawa bermudowa. Jednakże, tak wysokie dawki powinny być ograniczone do gleb o niskim potencjale erozji i spływu.
Zawartość azotu w materiałach organicznych (resztki roślinne, nawozy zwierzęce, ścieki, materia organiczna gleby) jest obecna jako część białek, aminokwasów i innych materiałów roślinnych i mikrobiologicznych. Staje się on dostępny dla roślin dopiero po rozłożeniu tego związku przez mikroorganizmy glebowe. Nazywa się to „mineralizacją” (Rys. 2). Pierwszym etapem mineralizacji jest „amonifikacja”. Amon (NH4 +) pochodzący z amonifikacji jest następnie przekształcany w azot azotanowy (NO3 – -N) przez bakterie nitryfikacyjne w glebie w procesie zwanym „nitryfikacją”.”
Miejsce reakcji amonifikacji i nitryfikacji w cyklu azotowym przedstawiono na rysunku 1. Dodatnio naładowany jon amonowy (NH4 +), powstający w wyniku amonifikacji lub dodawany do gleby w nawozach, jest przyciągany przez ujemnie naładowane cząsteczki ilaste w glebie. Jednak w większości gleb niearnych jon NH4 + jest szybko przekształcany w azot azotanowy (NO3- N). Rosnące rośliny wchłaniają większość azotu w postaci azotanu (NO3- ).
Wspólne źródła azotu nieorganicznego obejmują amoniak (NH3), amon (NH4 +), aminę (NH2 +) i azotan (NO3 – ). Większość materiałów nawozowych zawiera lub będzie tworzyć NH4 +, który jest szybko przekształcany w NO3 – po umieszczeniu w glebie.
Usuwanie azotu z gleby
Zawartość azotu jest usuwana z gleby w czterech głównych procesach:
- Pobór przez rośliny
- Straty gazowe
- Odpływy i erozja
- Wyczerpywanie
Pobór przez rośliny odnosi się do absorpcji azotu przez korzenie. Bawełna, kukurydza, pomidory i trawy trawnikowe wymagają od 60 do 300 funtów azotu na akr, aby uzyskać dobry wzrost i opłacalne plony lub pożądaną estetykę. Rzeczywiste wymagania dla danej uprawy zmienia się w zależności od potencjału produkcyjnego i są pod dużym wpływem czynników klimatycznych.
Ponieważ większość gleb jest uboga w azot dostępny dla roślin, wymagania azotu są często dostarczane jako komercyjne nawozy azotowe. Wymagania azotu powyżej 150 funtów na akr zazwyczaj są podzielone na dwa lub więcej zastosowań. Jednakże, tylko azot roślinny w zbiorach faktycznie opuszcza pole. Pozostała część azotu roślinnego jest zwracana do gleby jako resztki roślinne i ponownie wchodzi do obiegu jako azot organiczny, jak pokazano na rysunku 1.
Gazowa utrata azotu odbywa się poprzez denitryfikację lub ulatnianie się amoniaku. Denitryfikacja jest procesem, w którym azot azotanowy (NO3- -N) jest przekształcany w gazowy tlenek azotu (N2O) lub azot pierwiastkowy (N2). W procesie tym biorą udział bakterie beztlenowe (takie, które nie potrzebują wolnego tlenu) i powszechnie występuje on w wilgotnych lub zalanych wodą glebach.
Ponieważ jest to proces beztlenowy, straty gazowe z normalnej (tlenowej) gleby są niewielkie. Jednakże, gdy gleba pozostaje bardzo wilgotna lub nasycona przez dłuższy czas, duża część azotanów może zostać utracona.
Amoniak może powstawać ze związków azotu, takich jak mocznik, znajdujących się na powierzchni gleby. Mocznik jest obecny w nawozach zwierzęcych i może być zakupiony w czystej postaci jako nawóz (45-0-0).
Inne związki nawozowe zawierające amon, w tym siarczan amonu (21-0-0) i w mniejszym stopniu azotan amonu (33-0-0) oraz fosforan amonu, okazały się wytwarzać wolny amoniak w obecności węglanu wapnia. Taki stan występuje w niektórych glebach o wysokim pH (pH>7,3).
Straty podczas spływu i erozji mogą obejmować azotan (NO3 – ), amon (NH4 +) i azot organiczny. Ujemnie naładowany jon NO3 – pozostaje w wodzie glebowej i nie jest zatrzymywany przez cząsteczki gleby. Jeśli woda zawierająca rozpuszczone jony NO3 – lub NH4 + spływa z powierzchni, jony te przemieszczają się wraz z nią. Jednakże, gdy nawozy azotowe są stosowane na suchych glebach, a deszcz lub woda nawadniająca są stosowane, pierwsza woda rozpuszcza nawóz i przenosi go do gleby. Opady deszczu nie powodują na ogół strat powierzchniowych azotu z nawozów, chyba że bardzo intensywne opady deszczu wystąpią wkrótce po ich zastosowaniu.
Ammon utrzymywany przez cząsteczki gliny może być przenoszony do zasobów wód powierzchniowych przez erozję gleby. W rzeczywistości, erozja gleby przenosi więcej azotu niż opady deszczu w przenoszeniu rozpuszczonych związków azotu. Kiedy gleby erozyjne są deponowane w rzekach i jeziorach, aktywność mikrobiologiczna powoli przekształca związki azotu w formy rozpuszczalne.
Straty wypłukiwania obejmują ruch wody w dół przez glebę poniżej strefy korzeniowej. Straty te występują najczęściej w przypadku azotanów (NO3 – ) na obszarach o dużej ilości opadów, przy nadmiernym nawadnianiu i na glebach o grubej strukturze (piaszczystych). Straty azotu przez wymywanie zmniejszają ilość azotu dostępnego dla roślin uprawnych i mogą potencjalnie zanieczyścić płytkie studnie i warstwy wodonośne.
Stosowane dawki azotu i czas stosowania powinny być związane z warunkami glebowymi i wymaganiami upraw w celu zminimalizowania strat przez wymywanie. Liczne badania wykazują, że z powodu pobierania azotu przez rośliny, niewiele azotu azotanowego (NO3 – -N) wymywa się z gleb, na których aktywnie rosną rośliny uprawne. Ponieważ gleby piaszczyste najbardziej narażone na wymywanie znajdują się we wschodnim Teksasie, gdzie trawa jest dominującą rośliną uprawną, oczekuje się minimalnych strat wymywania azotu w wyniku nawożenia azotem w całym kraju.
Choć badania wykazały ograniczone problemy z przemieszczaniem się azotanów (NO3 – ), niewłaściwe stosowanie komercyjnych i organicznych nawozów azotowych może skutkować NO3 – spływem do wód powierzchniowych i wymywaniem do wód gruntowych.
Zapobieganie stratom azotu
Najlepszym sposobem zapobiegania stratom azotu z gruntów rolnych jest stosowanie dobrych praktyk zarządzania glebą i wodą. Pierwszym krokiem do zmniejszenia potencjalnych strat azotu jest badanie gleby. Prawidłowo pobrana próbka gleby pozwoli oszacować ilość azotu azotanowego (NO3 – -N) obecnego w glebie i może być wykorzystana jako wskazówka do zastosowania odpowiedniej ilości nawozu azotowego dla uprawianej rośliny.
Właściwe nawożenie oraz kontrola spływu powierzchniowego i erozji to najlepsze metody zapobiegania przedostawaniu się azotu do strumieni i jezior. Wypłukiwaniu strat można zapobiec dzieląc zapotrzebowanie na azot na kilka zastosowań w miejscach, gdzie gleby o grubej strukturze i duże opady deszczu są powszechne.
Pobierz przyjazną dla drukarki wersję tej publikacji: Co się dzieje z azotem w glebie?
Masz pytanie lub potrzebujesz skontaktować się z ekspertem?
Kontakt z biurem okręgowym