РОЗДІЛ 5. МАКРОЕЛЕМЕНТИ І МАКРОДОБРИВА

Геологічний колообіг охоплює широке коло процесів, що відбуваються в природі, в результаті чого поповнення запасів азоту в ґрунті та його втрати відбуваються одночасно (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Схема колообігу азоту в природі

Запаси азоту в ґрунті поповнюються переважно внаслідок азотфіксувальної здатності мікроорганізмів (біологічний азот) і надходження з атмосферними опадами. Розрізняють симбіотичну і несимбіотичну азотфіксацію. Бобові рослини, які внаслідок симбіозу з бульбочковими бактеріями здатні засвоювати атмосферний азот і збагачувати ним ґрунт, називають азотонакопичувачами. Найбільшу азотфіксувальну здатність мають багаторічні бобові трави – люцерна, конюшина, еспарцет, буркун, з однорічних – люпин, кормові боби. Найменшою азотфіксувальною здатністю характеризується горох. Азотфіксація значно змінюється залежно від культури, її врожайності, властивостей ґрунту, внесених добрив та ін.

Фіксація азоту з повітря також відбувається несимбіотичними (вільноіснуючими) азотфіксувальними мікроорганізмами ґрунту (азотобактерії, клостридіум та ін.), ризосферними мікроорганізмами (асоціативна азотфіксація). Вона залежить від багатьох чинників. Життєдіяльність, а відповідно й активність цих мікроорганізмів, обмежують такі чинники: нестача в ґрунті засвоюваних вуглеводів; відсутність достатньої кількості в ґрунті інших поживних речовин; кисла реакція ґрунтового середовища; низька температура; нестача або надлишок вологи в ґрунті; незадовільна аерація. Мікроорганізми, численні представники яких населяють ґрунт, за рік накопичують 5–15 кг/га зв'язаного азоту; за сприятливих умов у дерново-підзолистих і сірих лісових ґрунтах ця величина може сягати 20–25, в чорноземах – 30–40, в умовах тропіків і субтропіків – 80 кг/га і більше. Фіксований мікроорганізмами в ризосфері рослин азот бере участь у живленні рослин, як і азот, фіксований бульбочковими бактеріями. Атмосферний азот зв'язують також гриби, водорості, які існують у симбіозі з деякими вищими рослинами.

На основі азотобактера (вільноіснуючого азотфіксатора) методами генної інженерії створено бактеріальні препарати, які дають змогу в системі удобрення культур замінити частину азоту мінеральних добрив на біологічно фіксований азот.

Високі норми мінеральних добрив (понад 60 кг/га д. р.) різко знижують продуктивність вільноіснуючих мікроорганізмів. Депресія триває 2–2,5 міс після внесення добрив, потім рівень азотфіксації відновлюється і значно перевищує початковий. У ґрунтах із вмістом гумусу понад 2,5 % депресія не спостерігається. Процеси денітрифікації і несимбіотичної азотфіксації спряжені, тобто кількість несимбіотично фіксованого азоту прирівнюється до сумарної кількості його газоподібних втрат з ґрунту, мінеральних і органічних добрив.

Поліпшити азотне живлення небобових культур (пшениці, ячменю, кукурудзи, буряку та ін.) здатні асоціативні азот фіксатори, наприклад азоспірила. Ці мікроорганізми оселяються в зоні кореневих систем рослин і за сприятливих умов можуть на 30–40 % забезпечити потребу рослин в азоті.

Слід зазначити, що активізації біологічної азотфіксації сприяє вапнування кислих ґрунтів, оптимізація фосфорного і калійного живлення рослин, внесення фізіологічно виправданих норм мінерального азоту або його повне виключення.

Запаси азоту в ґрунті деякою мірою поповнюються азотом атмосферних опадів. У вигляді аміаку та нітратів у ґрунт за рік потрапляє від 2 до 10 кг/га азоту. Ці сполуки азоту утворюються в атмосфері під час грозових розрядів та осідають у вигляді промислових викидів. За даними спостережень, з останніми щорічно надходить від кількох до 100 кг/га азоту.

У процесі сільськогосподарського використання запаси азоту в ґрунті також збільшуються за рахунок насіння і садивного матеріалу. Ці джерела поповнення природних запасів азоту практично цікаві, але вони відновлюють лише частину азоту, який виноситься з урожаями культур. Найреальніший шлях поповнення запасів азоту – використання органічних і мінеральних добрив.

Нестача азоту досить часто є чинником, що лімітує приріст урожаю. В природі є багато шляхів зниження доступності для рослин азоту, основними з яких є такі: 1) винесення з господарською частиною врожаю; 2) втрати внаслідок водної і вітрової ерозії; 3) газоподібні втрати аміаку, оксидів азоту і молекулярного азоту; 4) вимивання нітратної форми азоту в ґрунтові води; 5) іммобілізація азоту ґрунтовою мікрофлорою; 6) фіксація амонію в ґрунті або необмінне його поглинання.

Втрати азоту внаслідок водної і вітрової ерозії можуть сягати значних величин. Разом з часточками ґрунту виносяться гумус та інші азотовмісні сполуки. Так, на чорноземних ґрунтах втрата азоту через водну ерозію становить 12–17 кг/га.

Найбільша кількість газоподібного азоту втрачається у вигляді аміаку NH3, молекулярного азоту N2 та геміоксиду азоту N2O. Серед цих втрат значна кількість припадає на аміак, який втрачається із сечі та гною домашніх тварин, унаслідок виділення з ґрунту та внесених добрив. Що вища карбонатність ґрунту, то більші втрати аміачного азоту. Крім того, втрати значно зростають на легких за гранулометричним складом ґрунтах і за високої температури.

Велика частина газоподібного азоту втрачається з ґрунту внаслідок процесів денітрифікації. Найсприятливішими умовами для цього процесу є анаеробне середовище, лужна реакція ґрунтового розчину, надлишок у ґрунті енергоємного органічного матеріалу, висока вологість ґрунту. Процес денітрифікації досить поширений і відбувається майже в усіх ґрунтах. Залежно від ґрунтово-кліматичних умов втрати азоту від них у дослідах з нуклідом азоту I5N коливалися від 10 до 35 % внесеної норми азоту і в середньому становили 15 %.

Нітрати вимиваються у нижчі шари ґрунту та в підґрунтові води тому, що зазвичай вони утворюють у ґрунті водорозчинні сполуки і не поглинаються негативно зарядженими колоїдами ґрунту. При вимиванні нітратів спостерігається така послідовність дії чинників: річне випадання опадів, випаровування, температура, рослинність (вид і тривалість вирощування) – водопроникність ґрунту – запаси гумусу в ґрунті – біологічна активність ґрунту – технологія застосування добрив (строки, норми, форми і т. д.). Найбільші втрати азоту від вимивання виявляються на ґрунтах легкого гранулометричного складу з низьким вмістом органічних речовин, за високого зволоження або надмірного зрошення.

Зазвичай глибину вимивання нітратів розраховують за формулою

d = a/R,

де d – глибина вимивання, см; а – товщина шару води, см; R – водоутри му вальна здатність ґрунту, %.

Наприклад, якщо водоутримувальна здатність пилуватого суглинку становить 46 % і шар води товщиною 1 см переміщується нижче від кореневої зони, то нітрати вимиваються по профілю ґрунту на 2,2 см. У ґрунтах легкого гранулометричного складу, водоутримувальна здатність яких становить ½ від пилуватих суглинків, вимивання нітратів буде вдвічі більшим на кожен сантиметр шару води, або 4,4 см/см води.

У природних фітоценозах утворення мінерального азоту і поглинання його рослинами урівнюються так, що надлишок його в ґрунтах не накопичується. Теоретично в ґрунті до періоду збирання врожаю не має залишатися азоту, який був внесений з добривами.