Колообіг азоту

Азот входить до складу повітря грунту, атмосфери та гідросфери. У протоплазмі клітин живих організмів, основою якої є білок, концентрується до 16-18 % азоту; в рослинах залежно від їх виду вміст азоту коливається 1-6%. Атмосферне повітря на 78 % складається з азоту, сумарний вміст його в атмосфері сягає 3,8·10¹⁵ т, а у водах Світового океану – 2,0·10¹³т.

Азот постійно надходить у атмосферу внаслідок життєдіяльності денітрифікуючих бактерій і знову включається у колообіг в результаті діяльності азотофіксуючих бактерій, синьозелених водоростей, вільноіснуючих бактерій, хемо-, фотосинтезуючих та гетеротрофних мікроорганізмів. Утворюються сполуки азоту під час атмосферних електричних розрядів (блискавки). Щорічно організми-азотфіксатори суходолу акумулюють 4,4·10⁹ т азоту.

Для підтримання колообігу необхідна енергія. Ступінчастий процес розкладання білка до нітратів сам є джерелом енергії для організмів, які здійснюють його, а зворотний процес потребує інших джерел енергії, таких як органічна речовина або сонячне світло.

Азотний фонд ґрунту складається із органічних (93-97%) і мінеральних (3-7%) сполук азоту і визначається генетичними властивостями (рис.4.2).

Рослини можуть споживати лише азот мінеральних сполук, якого в грунті лише 3-7% від валових запасів, при цьому більша частина мінеральних сполук азоту міцно фіксована ґрунтовими мінералами.

Тому в забезпеченні азотного живлення рослин у більшій мірі використовується азот органічних речовин грунту, який переходить у мінеральні сполуки унаслідок життєдіяльності мікроорганізмів, які забезпечують протікання процесів амоніфікації та нітрифікації (див. рис. 4.3).

Рис. 4.2. Азотний фонд ґрунту

Амоніфікація – біохімічні процеси розкладання органічних речовин ґрунту під впливом різних мікроорганізмів (бактерій, актиноміцетів, плісеневих грибів) до аміаку.

Рис. 4.3.Схема біохімічних перетворень азотистих сполук грунту

Процес амоніфікації дуже поширений у природі. Різкий запах аміаку на скотарнях, біля гноєзвалищ є результатом бактеріального розкладання азотовмісних речовин. Стикаючись у ґрунті з різними кислотами, аміак вступає з ними в реакцію й утворює амонійні солі:

2NH₃ + H₂SO₄ (NH₄)₂SO₄

У свою чергу, амінокислоти під впливом спеціальних ферментів дезамінуються і дезамідуються. Внаслідок цього вивільнюється аміак і утворюються органічні кислоти. Органічні кислоти далі розкладаються до СО₂, Н₂О, СН₄ і Н₂, тоді аміак утворює солі з мінеральними й органічними кислотами, які є у ґрунті.

Іони амонію вбираються ґрунтовим вбирним комплексом:

+ 2(NН₄)₂СО₃ + 2СаСО₃.

Нітрифікація – біохімічні процеси окислення аміаку до азотної кислоти та її солей.

Нітрифікація відбувається під впливом аеробних бактерій-нітрифікаторів, для яких окислення є джерелом енергії. Оптимальними умовами для бактерій-нітрифікаторів є достатня аерація ґрунту, температура 23-28°С, вологість ґрунту 60-70% ПВ, нейтральна або слабколужна реакція ґрунтового розчину. Висока нітрифікаційна здатність є показником окультурення ґрунту і характеризує його родючість. Крім поповнення ґрунту азотом, весь час відбувається його витрачання внаслідок використання рослинами і виносу з урожаєм, а також унаслідок вимивання з ґрунту опадами і поливними водами та процесів денітрифікації.

Денітрифікація - біохімічні процеси відновлення нітратного азоту до молекулярного N₂ або до оксидів NО, N₂О під впливом денітрифікуючих бактерій.

Непродуктивні втрати азоту в ґрунті, переважно, є наслідком денітрифікації.

Основними факторами, що визначають непродуктивні втрати азоту грунту, є:

1) промивний водний режим на ґрунтах легкого гранулометричного складу (інфільтраційні втрати мінеральних та легкорозчинних органічних форм азоту);

2) висока інтенсивність процесів денітрифікації, яка залежить від:

● надмірної інтенсивності нітрифікації, що створює надлишок нітратного азоту в ґрунті та наявності інгібіторів нітрифікації;

● низького ступеню зволоження та підвищеної аерації орного шару грунту (W<60% ПВ, А>30%);

● потреби рослин у азоті (у період максимального споживання азоту рослинами непродуктивні втрати зменшуються);

● дози азотних добрив (із підвищенням дози зростає інтенсивність нітрифікації, азот не встигає засвоюватися рослинами і стає вихідним продуктом для денітрифікації).

Всі три групи факторів потрібно обов’язково враховувати у збалансуванні продуктивності агроекосистеми. Як правило, усі культури, до складу яких входить азот, із добрив засвоюють його менше 20-30%, а із ґрунту – до 70%. Тому забезпечення у ґрунтах оптимального вмісту основних елементів живлення і гумусу поряд із розробкою прийомів підвищення ефективності застосування добрив є першочерговим завданням.