РОЗДІЛ 5. МАКРОЕЛЕМЕНТИ І МАКРОДОБРИВА

5.1. Азот та азотні добрива

5.1.1. Значения азоту для рослин

Азот – один з основних біогенних елементів. Він входить до складу білкових речовин і багатьох інших природних життєво важливих для рослин органічних сполук: ліпоїдів, хлорофілу, алкалоїдів, фосфатидів, нуклеопротеїдів, багатьох ферментів. Уміст азоту в деяких рослинних білках становить 14,7–19,5 %. У сухій речовині рослин його вміст коливається від 0,4 до 5 %. Найбільший вміст азоту в насіннєві зернових (1,5–3 %) і зернобобових (2,5–5 %) культур у перерахунку на суху речовину, тоді як у соломі зернових злаків його не перевищує 0,4-0,6 %. Потреба сільськогосподарських культур в азоті порівняно з іншими елементами живлення виявляється частіше і більшою мірою. Порівняно з іншими елементами ефективність удобрення азотом щодо впливу на врожай є найвищою. Відомий агрохімік І. В. Тюрін (1957) зазначав, що азот був і залишається лімітуючим елементом, а його поступова акумуляція – основний (вирішальний) чинник розвитку родючості ґрунту.

В умовах інтенсивного ведення сільського господарства у зв'язку з урбанізацією основна частина товарної продукції сільськогосподарського виробництва постачається в міста, експортується в інші країни. Побутові органічні відходи на полях майже не використовуються. Тому в ґрунт може повертатися лише частина азоту, що міститься у відходах тваринницьких ферм. Отже, створюється відкрита система виробництва, для підтримання високої продуктивності якої виникає потреба у використанні додаткової маси азоту з повітря, тобто промисловому виробництві азотних добрив.

Проблему азоту в живленні рослин і в землеробстві пояснюють кількома причинами. По-перше, вищі рослини не можуть безпосередньо споживати вільний азот повітря, що становить 78,16 % його об'єму. Лише бобові та деякі інші рослини за допомогою бульбочкових бактерій здатні частково засвоювати цей елемент з атмосфери. По-друге, в земній корі вміст азоту дуже незначний – 1,9 • 10-3 %. Отже, більшість ґрунтів містять обмежені його запаси. По-третє, в умовах сучасного землеробства значна кількість азоту непродуктивно втрачається як із самого ґрунту, так і з внесених добрив.

За недостатньої кількості вуглеводів у рослинах значна частина нітратів та аміаку може накопичуватися в клітинах у вільному стані, що призводить до негативних наслідків. Аміак, що накопичується в клітинах рослин, отруює їх унаслідок зміщення рівноваги реакції середовища клітин у бік підлуження. Тому рослини, наприклад буряк цукровий, що мають незначний запас вуглеводів у насінні, в перший період розвитку потребують ліпшого забезпечення нітратною формою азоту, водночас зернові культури, картопля та інші, що містять у насінному матеріалі більше вуглеводів, ефективніше використовують амонійну форму азоту.

На відміну від аміаку нітрити для рослин неотруйні, але в разі їх накопичення у великих кількостях в органах рослин, можуть шкідливо впливати на організми людей і тварин, які споживають ці рослинні продукти. Слід зазначити, що в більшості сільськогосподарських культур майже відсутній механізм, який контролює надходження нітратного азоту.

Перетворення аміаку в рослинах відбувається за схемою: яблучна кислота → аспарагінова кислота → амонійна сіль аспарагінової кислоти → аспарагін.

За аналогічною схемою з кетоглутарової кислоти спочатку утворюється глутамінова кислота, а потім, після приєднання аміаку – глутамін. Унаслідок цієї властивості в рослинах за наявності достатньої кількості вуглеводів рештки аміаку деякою мірою можуть знешкоджуватися. Реакцію ферментативного зв'язування аміаку вільними аспарагіновою і глутаміновою кислотами за участю енергії АТФ з утворенням аспарагіну і глутаміну називають амінуванням.

Усі інші амінокислоти, що входять до складу білка, синтезуються внаслідок зворотного ферментативного процесу – переамінування (трансамінування), за якого аміногрупи переносяться від амінокислот до кетокислот й утворюються різні органічні кислоти, крім аспарагінової і глутамінової.

Одночасно із синтезом органічних кислот у рослинах відбувається їх розкладання – гідроліз до амінокислот з відщепленням аміаку. В старих тканинах цей процес переважає над синтезом, а в молодих – навпаки. З аміаку, що утворюється під час розкладання білків у рослинах, синтезуються аміди – аспарагін і глутамін. Далі від них відщеплюється аміак, який не накопичується, а перетворюється на інші сполуки.

Отже, в якому б стані не вносили азот у ґрунт – у складі органічних чи мінеральних добрив, в якій би формі він не надходив у рослини – нітратній, аміачній, амідній або у вільній молекулярній під час симбіотичної фіксації бобовими рослинами, в кінцевому обміні органічних сполук у самих рослинах під час синтезу амінокислот і білків може брати участь лише відновлена форма азоту. Всі його форми внаслідок хімічних і біологічних перетворень у ґрунті або перетворень безпосередньо в рослинах відновлюються до аміаку. "Аміак є альфа і омега в обміні азотних речовин у рослинах" – писав Д. М. Прянишников.

Рослини поглинають азот і синтезують білок та інші азотисті речовини впродовж усієї вегетації, але інтенсивність цих процесів та вміст азоту як загалом у рослині, так і в окремих її органах різний у різні фази росту й розвитку.

Під час проростання насіння запасні білки ендосперму розщеплюються і продукти гідролізу використовуються для синтезу білків та розвитку органів рослин.

Найбільше азоту містять молоді рослини. В міру накопичення органічної маси вміст азоту знижується, хоча абсолютне винесення і збільшується внаслідок безпосереднього надходження його в рослину у мінеральній формі, яка поглинається з ґрунту. Змінюється також і вміст азоту в деяких органах рослин. Так, наприкінці вегетації азот листкового апарату буряку цукрового використовується на ріст коренеплодів. У зернових культур під час формування зерна він перемішується з листків у зерно. В багаторічних рослин значна частина азоту перед листопадом надходить із листків до стебел і коренів, а навесні знову використовується для росту молодих частин рослин. Процес повторного, іноді багаторазового використання рослиною елементів живлення, засвоєних нею раніше, називають реутилізацією.

Участь азоту у важливих життєвих процесах дає змогу регулювати азотне живлення рослин і збільшувати їх продуктивність. Підвищення рівня азотного живлення збільшує засвоєння рослинами інших елементів: Р, К, Са, Mg, S, Cu, Fe, Μn і Ζn. Оптимальне азотне живлення рослин інтенсифікує синтез білкових речовин, пришвидшує ріст і затримує старіння рослинного організму, посилює і продовжує життєдіяльність листків. При цьому рослини швидше ростуть, утворюють міцні стебла і листки інтенсивно-зеленого кольору, поліпшується формування репродуктивних органів, підвищується продуктивність. Проте завелике живлення рослин азотом не завжди зумовлює підвищення їх продуктивності. Підтвердженням цьому є приклади із практичної агрохімії. Так, надмірне азотне живлення олійних культур знижує вміст у насіннєві олії та підвищує вміст білків. При цьому льон не лише полягає, а й знижується якість його волокна. В тютюну підвищується вміст білків, що погіршує смак, аромат і тонкість диму. Крім того, під час його горіння можливе утворення шкідливих для організму людини канцерогенних нітрозамінів. У плодових культур уповільнюється достигання плодів, підвищується їх чутливість до фізіологічних захворювань, погіршується забарвлення. Знижуються також смакові якості й аромат, текстура і консистенція м'якоті плодів, що зменшує їх стійкість до механічного пошкодження під час збирання і зберігання. Овочеві культури, зокрема буряк столовий, листкові овочі тощо, накопичують нітрати у великих кількостях. В буряку цукрового знижується цукристість коренеплодів, підвищується вміст небілкового азоту, що знижує вихід цукру.

Отже, надмірне азотне живлення порушує нормальну життєдіяльність рослинного організму, що, у свою чергу, призводить до небажаних наслідків: зменшується вміст сухих речовин у зерні й коренебульбоплодах, у кормових культур знижується вміст мінеральних речовин, що призводить до захворювання худоби на тетанію, погіршується їх силосування, знижується стійкість плодів і овочів до механічних пошкоджень під час транспортування й перероблення в післязбиральний період, погіршуються їх смакові якості; посилюється накопичення значної кількості проміжних продуктів (вільних амінокислот, нітратів, нітритів і т. д.); підвищується чутливість рослин до хвороб і шкідників (іржа, мільдью, попелиця, блішки та ін.); знижується коефіцієнт використання рослинами азоту з добрив і ґрунту.

За недостатнього азотного живлення гальмуються ріст і розвиток рослин, унаслідок чого знижується їх продуктивність. Нестача азоту насамперед впливає на зміну забарвлення листків. Спочатку знебарвлюються нижні листки: колір змінюється від інтенсивно-зеленого до світло-зеленого, починаючи від верхівки до країв. Поступово листки жовкнуть, набувають оранжевого і червонуватого відтінків. Жовкнення супроводжується відмиранням листків. Якщо рослини потерпають не від нестачі азоту, а від посухи, то жовкнуть і нижні, і верхні листки.

Внаслідок азотного голодування затримується ріст рослин, що спостерігається візуально. Стебла стають тонкими, витягнутими, слабко галузяться, розмір листків зменшується, формування репродуктивних органів погіршується. Найчастіше азотне голодування рослин відмічається на погано окультурених ґрунтах, у разі заорювання значної кількості нерозкладеного гною, соломи чи інших рослинних решток з низьким вмістом азоту. Це явище спостерігається і тоді, коли весна холодна, сира і в ґрунті повільно накопичується доступний для рослин азот, а також під час посухи після висихання верхніх шарів ґрунту та зниження життєдіяльності кореневих систем рослин.