РОЗДІЛ 5. МАКРОЕЛЕМЕНТИ І МАКРОДОБРИВА

В умовах інтенсивного землеробства міграція нітратів по профілю ґрунту і підґрунтя може мати цілу низку негативних наслідків насамперед унаслідок потрапляння їх у підґрунтові води, оскільки вже з глибини 2 м вони майже не використовуються польовими культурами.

Питання доступності для рослин нітратів із різних глибин достатньо ще не вивчено. Вважають, що більшість культур погано засвоюють цю форму азоту вже з глибини 80–100 см, а з глибини понад 1,5 м частково засвоювати азот нітратів можуть лише багаторічні трави.

Переміщення нітратів углиб складно пояснити переміщенням із капілярною вологою, оскільки вологість чорноземів уже на глибині 3–5 м зазвичай мало змінюється. З глибиною вмикається механізм переміщення нітратів з плівковою водою, яка вистилає простір ґрунтових пор. Це є однією з причин того, що характер розподілу нітратів по профілю ґрунту і підґрунтя не відповідає розподілу в ньому вологи. На цю відмінність впливають також тріщинуватість гумусового профілю чорноземів, яка значною мірою перешкоджає висхідному переміщенню нітратів у результаті витрат вологи на дифузне випаровування, підтримання інгредієнта низхідного переміщення нітратів у період ранньовесняного і пізньоосіннього зволоження, повернення їх у ґрунт унаслідок слабкого засвоєння рослинами з підґрунтя.

Переміщення нітратів по профілю ґрунту прямо пропорційно залежить від проникнення води. Вільна ґрунтова вода просочується по профілю ґрунту під дією сили гравітації і сил капілярності. Досить швидко переміщується вода після дощів і паводків, на швидкість цього процесу впливають характер ґрунту (розміри і форма ґрунтових порожнин) та його вологість. Що вища вологість ґрунту, то швидше проходить по ній, витісняючи ґрунтове повітря, фронт гравітаційної і капілярної вологи.

Капілярна вода може підійматися від рівня ґрунтових вод на висоту до 6 м у ґрунтах важкого гранулометричного складу і до 2 м у ґрунтах легкого гранулометричного складу. На чорноземах капілярне підняття спочатку відбувається зі швидкістю близько 1 см/хв, але потім швидко уповільнюється. На висоту 1 м капілярна вода підіймається близько одного року, а на висоту 3 м – до трьох років.

У разі зниження загальної вологості ґрунту швидкість переміщення води в ньому значно спадає. За підрахунками В. Г. Ротмістрова, проведеними ще в 1904 р., швидкість відновлення вологості висушеного ґрунту за рахунок сусідніх ділянок, які містять вільну воду, становить 1 см/доба. В порівняно сухих ґрунтах вона зменшується до сотих і тисячних часток сантиметра за добу. Загалом ґрунт є середовищем, для якого характерна низька швидкість переміщення води до межі висушування.

У паровому полі на зволожених ґрунтах відбуваються значні втрати нітратів, але їх кількість можна регулювати і різко зменшувати (вирощувати культури суцільного посіву; роздрібно вносити добрива під час вегетації та у фази найбільшого засвоєння азоту; своєчасно вносити азотні добрива і регулювати поживний режим під час зрошення, добирати відповідні норми мінеральних добрив тощо). Велика кількість азоту може поглинатися мікроорганізмами при внесенні органічних речовин із великим співвідношенням вуглецю до азоту. Наприклад, солома та інші органічні рештки містять 0,5-1,0 % азоту, тоді як солома зернобобових – 1,5-2,0 % азоту і має співвідношення вуглецю до азоту 20 : 1. Водночас вміст азоту в плазмі мікроорганізмів становить 5–10 % (співвідношення азоту до вуглецю в середньому 1 : 10). Майже таке ж співвідношення між азотом і вуглецем у гумусі. Тому внесення в ґрунт, бідний на азот, органічних речовин сприяє інтенсивному розвитку ґрунтової мікрофлори і призводить до зниження вмісту в ґрунті мінерального азоту, який використовується на будову плазми мікроорганізмів, а це, в свою чергу, зумовлює погіршення азотного живлення культурних рослин.

Процес іммобілізації азоту з ґрунту мікроорганізмами не завжди є негативним чинником. На легких за гранулометричним складом ґрунтах, зокрема за достатнього зволоження, внаслідок іммобілізації мінеральний азот закріплюється у верхніх його шарах. У подальшому під час розкладання плазми мікроорганізмів частина його перетворюється на амонійний азот, а потім у процесі нітрифікації – на нітратний. При цьому амонійний і нітратний азот може засвоюватися рослинами.

Негативна дія іммобілізації азоту під культурними рослинами найчастіше виявляється після заорювання соломи або рослинних решток без внесення мінеральних азотних добрив.

Частина азоту ґрунту або азоту, внесеного з добривами, поглинається деякими мінералами з групи гідрослюд. Кристалічна гратка мінералу при цьому розширюється і поглинає іони амонію спочатку обмінно. Потім він може проникнути в його середину, займаючи вільні радикали. У разі підсушування ґрунту катіони амонію неначе стискаються, тобто фіксуються, тому нітрифікувальні бактерії на них не діють і вони майже не витісняються розчинниками. Такий фіксований амоній вважають умовно втраченим. У верхніх шарах ґрунту вміст фіксованого азоту становить 2–7 % загального, а в підґрунті частка його підвищується до 30–35 %. У ґрунті амоній може бути природно фіксованим або фіксованим після внесення азотних добрив; останній для рослин доступніший.

Отже, лише азот біосфери підтримує життєдіяльність живих організмів на Землі. У біосфері відбувається складний процес: з інертного газу за допомогою азотфіксувальних мікроорганізмів атмосферний азот перетворюється на органічні сполуки, які далі вступають в азотний обмін мікроорганізмів, рослин і тварин. Грунт при цьому є середовищем, в якому здійснюється повний цикл перетворення азоту: азотфіксація, амоніфікація, нітрифікація, денітрифікація. Застосування мінеральних добрив дає змогу керувати колообігом азоту в землеробстві. Це одна з найважливіших умов інтенсивного землеробства. Мінеральні добрива за хімічним складом ідентичні наявним у живій природі і за правильного їх використання є могутнім чинником її розвитку.

5.1.4. Форми азотних добрив

Сучасний асортимент азотних мінеральних добрив, що випускаються промисловістю, поділяють на шість груп: аміачні, амонійні, нітратні, амонійно-нітратні, амідні та аміакати. В окрему групу виділяють азотні добрива тривалої дії.

Виробництво азотних добрив ґрунтується переважно на використанні синтетичного аміаку. Пряме зв'язування азоту у вигляді його оксидів та ціанаміду кальцію коштує значно дорожче і використовується рідко. Джерелом азоту є атмосфера. Водень для синтезу аміаку добувають з газу під час коксування вугілля, із води внаслідок розкладання у процесі га-зифікації твердого палива і мазуту, під час перероблення вуглеводневих газів (природного, попутного) конверсією з водяною парою, а також під час електролізу води. Найчастіше для добування водню використовують природні та попутні нафтові гази.

Синтетичний аміак добувають під час взаємодії хімічно чистих азоту та водню у співвідношенні 1:3. Для цього добуту суміш за допомогою компресорів спочатку поступово стискують, а потім подають у контактну піч (камеру синтезу), де за високої температури (400–500 °С) та наявності каталізаторів (заліза з добавками оксидів алюмінію та калію) відбувається синтез аміаку:

N2 + ЗН2 = 2NH3.

Потім аміак надходить у холодильник і зріджується. Отже, вартість азотних добрив великою мірою залежить від вартості енергії. Нині аміак є майже єдиним джерелом зв'язаного азоту, який використовують для добування різних форм азотних добрив. За оцінкою вчених, які вивчають азотні цикли в природі, не менш як 40 % населення Землі живе лише завдяки відкриттю синтезу аміаку. Внести таку кількість азоту в ґрунт з органічними добривами неможливо, навіть якби все людство цим займалося. Сучасне вітчизняне виробництво азотних добрив відповідає міжнародним стандартам. Основними твердими азотними добривами є аміачна селітра і карбамід. Збільшуються поставки безводного аміаку та розчинів нітрату амонію і карбаміду (КАС). Кількості деяких форм азотних добрив (натрієва і кальцієва селітри, сульфат амонію, аміачна вода) в перспективі не перевищуватимуть кількох відсотків усіх поставок азоту.

Аміачні добрива

Амонійні добрива

Сульфат амонію (амоній сульфат, азотно-сірчане добриво, азотосульфат, добриво сульфоаміачне) (NH4)2SO4 містить 21 % азоту. Це слабкогігроскопічна сіль, добре розчинна у воді. Сульфат амонію – агресивна речовина, особливо під час зволоження, оскільки містить вільну сірчану кислоту (0,03 %). Його добувають уловлюванням аміаку сірчаною кислотою, що утворюється як побічний продукт під час коксування вугілля, або нейтралізацією синтетичним аміаком відпрацьованої сірчаної кислоти різних хімічних виробництв. Значну кількість сульфату амонію отримують як побічний продукт під час виробництва капролактаму.