РОЗДІЛ 5. МАКРОЕЛЕМЕНТИ І МАКРОДОБРИВА

Денітрифікація – відновлення нітратів біологічним або хімічним способом до молекулярного азоту або його оксидів. Цей процес відбувається під дією великої групи бактерій-денітрифікаторів. Бактерії поглинають кисень (O2) із молекул нітрату, а сам нітрат переходить у різні форми газоподібних сполук азоту, які можуть звітрюватись в атмосферу. Порядок переходу такий: 2NO3 → 2NO2 → 2NO → N2O → N2. Найінтенсивніше він здійснюється в анаеробних умовах, за наявності великої кількості органічних речовин, багатих на клітковину чи інші вуглеводи (солома, соломистий гній), при лужній реакції середовища. Навіть у разі зниження температури ґрунту до 1–5 °С денітрифікація відбувається доволі активно. Збільшення вологості ґрунту з 60 до 90–100 % його вологоємності посилює газоподібні втрати азоту добрив у 1,5-2,5 раза. Тому цю особливість потрібно враховувати при внесенні азотних добрив восени і напровесні, коли ґрунт тривалий час насичений вологою. В таких умовах денітрифікувальні бактерії окиснюють вуглеводи до СO2, використовуючи для цього кисень нітратів. Процес дихання за рахунок нітратів дає змогу розмножуватися бактеріям навіть в анаеробних умовах.

Газоподібні втрати азоту можливі також при деяких хімічних реакціях між проміжними продуктами розкладання, що утворюються в процесі нітрифікації, біологічної денітрифікації, та іншими органічними сполуками. Від інтенсивності цих процесів значною мірою залежать загальні запаси накопиченого в ґрунті азоту. Рослини живляться азотом лише із його ґрунтових запасів.

Азотний фонд ґрунтів умовно поділять на описані нижче фракції.

Азот мінеральних сполук – основне джерело азотного живлення рослин. До його складу входять нітрати, нітрити, обмінний і фіксований амоній. Нітрати та обмінний амоній є основною частиною мінерального азоту ґрунту. Тому при його визначенні найчастіше враховують лише ці дві форми азоту, які характеризують забезпеченість рослин азотом ґрунту на період визначення.

Азот легкогідролізованих сполук – найближчий резерв для поповнення мінеральних сполук азоту. Він складається з нітратів, нітритів, амонію, амідів, амінокислот, аміноцукрів. Ці форми азоту легко гідролізують під час обробки ґрунту слабкими розчинами кислот, лугів, окисників і солей. Дія цих речовин на ґрунт аналогічна дії виділень кореневих систем рослин та інших біологічних об'єктів, що мінералізують азотовмісні сполуки. Тому ця фракція сполук азоту в ґрунті характеризує забезпеченість рослин азотом упродовж періоду вегетації.

Азот важкогідролізовамих сполук становить основну частину валового азоту ґрунту. Це резерв для забезпечення ґрунту мінеральним азотом, до якого входять азот амінів, амінокислот, частина фіксованого амонію. Групування ґрунтів за ступенем забезпеченості рослин азотом, вмістом у ньому азоту гідролізованих сполук та нітрифікаційною здатністю наведено в табл. S.I.

Таблиця 5.1. Групування ґрунтів за вмістом азоту легкогідролізованих сполук щодо здатності забезпечувати ним сільськогосподарські культури

Азот негідролізованих сполук майже не бере участі в азотному живленні рослин з ґрунту. В негідролізованій фракції залишається азот гетероциклічних сполук (гумінові кислоти, гуміни) та азот сполук, що міцно зв'язані з мінеральною частиною ґрунту.

У фракції мінерального азоту відбуваються якісні сезонні зміни, переважно через коливання вмісту нітратного азоту. Максимальне накопичення нітратів відмічається навесні, що пов'язано з оптимальними умовами проходження процесів амоніфікації і нітрифікації та з незначним використанням азоту в цей період молодими рослинами. У травні–липні вміст нітратів різко зменшується внаслідок інтенсивного використання їх рослинами та зниження активності нітрифікації через зменшення вологості ґрунту. В серпні–вересні, після підвищення вологості ґрунту, значного зниження або взагалі припинення засвоєння азоту рослинами і в результаті розкладання пожнивних решток знову відбувається акумуляція нітратів.

Залежно від ґрунтово-екологічних умов частка нітратного азоту в складі мінерального великою мірою визначається типом ґрунтів. У малородючих ґрунтах частка нітратного азоту становить 20–30 %. З підвищенням родючості вона збільшується до 40-50 %. Слід зазначити, що внаслідок легкого перетворення цих форм азоту кількість Тх постійно змінюється без прямої залежності від загальних запасів азоту в ґрунті. Внаслідок внесення азотних добрив частка нітратного азоту в ґрунті підвищується до 80 %, а на високородючих ґрунтах навіть більше, але це мало впливає на його сезонну динаміку.

Виділений під час мінералізації органічних речовин та внесений у ґрунт з добривами амоній, маючи позитивний заряд, засвоюється негативно зарядженими колоїдами ґрунту, частково залишається в ґрунтовому розчині й частково закріплюється в необмінній (фіксованій) формі. У зв'язку з цим він мало переміщується в ґрунті. Для рослин безпосередньо недоступний лише амоній, зафіксований у міжпакетних проміжках кристалічної гратки глинистих мінералів. У чорноземах його вміст становить 2–3 %, у сірих лісових – 3–8, у дерново-підзолистих ґрунтах – 3–6 % загального вмісту.

Амоній окиснюється мікроорганізмами до нітратів, які в ґрунті досить рухливі. Маючи негативний заряд, нітрат-іони не адсорбуються ҐВК і не утворюють нерозчинних солей із жодним з катіонів. Вони постійно перебувають у розчиненому стані й переміщуються по профілю ґрунту з водою. Тому такі чинники, як водопроникність і водоутримувальна здатність ґрунту, пов'язані з його гранулометричним складом. Кількість опадів, що проникають у ґрунт в осінньо-зимововесняний період та під час зрошення, концентрація нітратів, форма добрив і час їх внесення постійно впливають на цей процес. Найбільше нітрати переміщуються вниз по профілю ґрунту навесні, коли він має найменшу вологоємність.

Порівняно з іншими елементами мінерального живлення рослин зміни азотного режиму в часі (впродовж року) і в просторі (на площі й по профілю ґрунту) створюють значні ускладнення для діагностики і вчасного прогнозування ефективності азотних добрив.

Учені виявили рослини-індикатори, за допомогою яких можна визначити високий вміст гумусу та азоту в ґрунті. їх перелік наведено нижче.

5.1.3. Колообіг азоту в природі

Малий колообіг азоту – це процес перетворення азоту в ґрунті. Він включає біологічну фіксацію атмосферного (молекулярного) азоту, його мінералізацію (амоніфікацію і нітрифікацію), денітрифікацію, іммобілізацію. В центрі цього колообігу знаходиться біомаса ґрунту. Мінералізація й іммобілізація азоту відбуваються в протилежних напрямах і визначають його трансформацію. Мікробна маса, на яку припадає 2-3 % загального вмісту азоту ґрунту, при цьому відіграє важливу роль. Вона одночасно є тимчасовим резервом для продуктів мінералізації, джерелом трансформованого азоту для рослин і каталізатором для процесів перетворення азоту в ґрунті.

Співвідношення процесів мінералізації і накопичення органічних азотовмісних речовин визначає азотний режим ґрунту. Воно залежить також від антропогенних чинників, тобто впливу діяльності людини на ґрунт у процесі його сільськогосподарського використання.

У внутрішньогосподарському колообігу азоту крім того, беруть участь тварини. Тому азот, що виноситься з ґрунту з урожаєм сільськогосподарських культур, повертається в ґрунт разом з органічними добривами (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Біоцикл азоту в агроценозі (Г. П. Гамзиков, 2014)

В господарському колообігу сучасного виробництва втрати азоту переважають над його надходженням у ґрунт. Це відбувається внаслідок виведення з колообігу азоту врожаю культур і продуктів тваринництва, що вивозяться за межі господарства.