Содержание
Введение
Глава 1. Агрохимическая характеристика почв Забайкалья
Глава 2. Динамика содержания азота в почвах
Глава 3. Роль азота в питании растений
Глава 4. Влияние азотных удобрений на урожайность и качество сельскохозяйственных культур
Глава 5. Экологические аспекты применения удобрений
Заключение
Список литературы
Введение
Одной из главных проблем современного земледелия является сохранение и расширенное воспроизводство плодородия почв. Среди многих агротехнических приемов, направленных на обогащение почвы органическим веществом, особое место занимают органические и минеральные удобрения.
По оценке зарубежных специалистов и по данным научных учреждений нашей страны около половины всего прироста урожая сельскохозяйственных культур получают за счет применения удобрений.
Эффективность удобрений в разных почвенно-климатических условиях неодинакова и зависит от свойств почвы, количества осадков, уровня агротехники и других факторов.
Применение удобрений имеет огромное значение в решении важнейшей народохозяйственной задаче — увеличении производства зерна, особенно сильной и ценной пшеницы, а также в создании прочной кормовой базы для развития животноводства.
Целью курсовой работы является изучение влияния азотных удобрений на урожай и качество сельскохозяйственных культур на каштановых почвах.
Задачи курсовой работы:
рассмотреть состояние азота в почве и динамика его соединений;
изучить роль азота в питании растений;
изучить действие азотных удобрений на величину урожая, его качество и изменение химических свойств каштановых почв Бурятии.
Глава 1. Агрохимическая характеристика почв Забайкалья
Забайкалье — горная страна, поэтому распределение почв на его территории в значительной степени определяется характером рельефа. Широтная зональность в распределении почв, хотя и прослеживается, сильно осложняется вертикальной поясностью, а также существованием экзотических участков степей среди тайги.
Степные территории с каштановыми и черноземными почвами занимают самые низкие позиции. Они приурочены к межгорным понижениям и нижним частям южных склонов хребтов, обращенных к ним. Очень отчетливо проявляется влияние экспозиции склонов. Верхняя граница распространения каштановых почв достигает 800 м над уровнем моря, а черноземов — 1000 м. Контакт степи с лесом очень резок. В сочетании с каштановыми почвами и черноземами встречаются солончаки и солонцы, которые приурочены к днищам падей и окраинам соленых озер.
Лесостепь не образует сплошной зоны и встречается на высотах 1000-1200 м. Часто она совсем выпадает из ряда вертикальной зональности.
В тайге, которая в южных районах поднимается до уровня 1700-2000 м абс. высоты преобладают почвы подзолистого типа при широком распространении, а в ряде случаев даже преобладании так называемых скрытоподзолистых почв, т.е. почв, лишенных морфологических признаков оподзоленности. Наибольшее развитие почв «ясноподзолистых» отмечается в верхнем поясе тайги.
В гольцах преобладают горно-луговые и горно-тундровые почвы. Среди последних отмечаются как сухие, так и влажные варианты.
Описывая различные типы почв Забайкалья, Л.И. Прасолов выявляет в них целый комплекс свойств и признаков, отличающих их от почв Европейской части. В частности он подчеркивает очень низкую степень подзолистости почв таежной зоны, малую мощность подзолистого горизонта, яркие цвета, свойственные переходному горизонту и, наконец фиксирует существование почв, у которых сразу од подстилкой залегает «рыжие-бурый» горизонт. Часто отмечается наличие мерзлоты.
Каштановые почвы являются преобладающим типом почвы в Бурятии, их площадь — 377 тыс. га, что составляет около 40% пашни республики. Республика Бурятия расположена на юге Восточной Сибири, в западной части Забайкалья. Большая её протяженность и расчлененный горный рельеф являются следствием своеобразия природных условий, резко отличающихся от условий других республик и областей России, находящихся в этих же широтах.
Из краткого изложения геологической истории Забайкалья следует, что единой точки зрения на геологическую структуру Забайкалья нет. Оно считается древней материковой страной, претерпевшей различные процессы тектонических движений с формированием складчатых сооружений разного возраста и генезиса. В конце третичного — в начале четвертичного периодов происходило формирование почти современных горных систем, впадин, прогибов, а также впадины озера Байкал (Обручев В.А.,1929). Тектоническая активность горной страны не угасла и до настоящего времени, об этом свидетельствуют частые землетрясения, много термальных источников.
Сложное геоморфологическое развитие и характер рельефа с чередующимися горными хребтами и межгорными понижениями обусловили большое разнообразие и неоднородность почвообразующих пород. Почвообразующими породами на большей части территории республики являются маломощные толщи элюво-делювия плотных пород, содержащие их обломки и слабовыветренный щебень. В межгорных котловинах и на широких участках речных долин почвообразование происходит на мощной толще рыхлых наносов (Ногина Н.А.,1964).
Почвообразующие породы, на которых развиваются каштановые почвы, очень щебнисты, преимущественно легкого гранулометрического состава. Растительность очень изрежена и представлена типчаково — лапчатниковыми и полынно-злаковыми ассоциациями. Высота травостоя составляет 15-20см, проективное покрытие 40-60%. Из-за медленного оттаивания весной и незначительного количества осадков в зимне-весеннее время, почвы промачиваются на небольшую глубину, в связи с чем корневая система растений развивается в самом поверхностном слое.
На территории Бурятии выделены два самостоятельных подтипа каштановых почв: собственно каштановые мучнисто-карбонатные и темно-каштановые мучнисто-карбонатные. Собственно каштановые почвы формируются по днищам понижений в южных районах Бурятии, а темно-каштановые приурочены к более высоким абсолютным отметкам.
Каштановые почвы Бурятии очень своеобразны по морфологическому облику. Они отличаются небольшой мощностью профиля в целом, и гумусового горизонта, в частности. Для них характерно резкое изменение гумусовой окраски по профилю, верхняя часть гумусового горизонта отличается наибольшим скоплением корней.
Карбонатный горизонт имеет резко выраженную границу, нижняя же граница его расплывчатая, языковатая. Карбонаты выделяются в мучнистой форме. Щебнистость и легкий гранулометрический состав почвообразующих пород, периодически промывной водный режим обусловливает отсутствие в профиле каштановых почв легкорастворимых солей, гипса и признаков солонцеватости.
Каштановые почвы Бурятии имеют легкосуглинистый, супесчаный и песчаный гранулометрический состав. Распределение фракций по профилю неоднородно, что связано с неоднородностью гранулометрического состава почвообразующих пород. Обращает на себя внимание высокое содержание крупных фракций (1,0- 0,01мм), количество которых часто превышает 60%. Содержание илистой фракции невысокое (10-15%), при этом наблюдается сравнительно равномерное ее распределение по всему профилю.
Характерной особенностью почв является часто встречающаяся двучленность профиля, отличающаяся мелкощебнистымсупесчанным или легкосуглинистым делювием верхней части профиля и щебнистым элювием коренных пород нижних горизонтов, скелетность которых достигает 35-40%, а иногда превышает 50%.
Щебнистость и легкий гранулометрический состав определяют основные водно-физические свойства каштановых почв. Плотность (удельная масса) по профилю изменяется мало и колеблется в пределах 2,40-2,76г/куб.см. Более резко изменяется величина плотности сложения (объемной массы), возрастающая от 1,24-1,41г/куб.см в гумусовом горизонте, до 1,44-1,46г/куб.см в нижней части профиля. По величине порозности почвы Бурятии мало отличаются от таковых почв Европейской части России (Антипов-Каратаев И.Н.,1939; Яровенко А.Т.,1965 и другие).
Описываемые почвы обладают большой водопроницаемостью, малой водоудерживающей способностью, что объясняется их гранулометрическим составом и большой порозностью. Характерной особенностью отличающей их от европейских каштановых почв, является низкая полевая влагоемкость, которая в гумусовом горизонте не превышает 13-18% от полной влагоемкости. Запасы доступной для растений влаги в корнеобитаемом слое незначительны. Летние осадки быстро просачиваются в нижние горизонты, что обусловлено легким гранулометрическим составом и щебнистостью почв. Все это приводит к тому, что продуктивность их очень невелика, поэтому главной задачей в разработке агротехнических мероприятий являются приемы по сохранению и накоплению влаги.
Почвы разнообразны по валовому составу, это связано с разнообразием минералогического и гранулометрического состава почвообразующих пород. Обращает на себя внимание сравнительно небольшое количество кремнезема, колеблющееся в пределах 62-68% и относительно большое содержание кальция, доля которого варьирует от 0,9 до 6,2%. Следует отметить значительное содержание по всему профилю почв Р2O5; K2O; Na2O.
Агрохимические свойства каштановых почв характеризуют, что верхние горизонты почвы имеют близкую к нейтральной и нейтральную, а нижние — слабощелочную и щелочную реакции. В составе обменных катионов преобладают кальций и магний, причем на долю кальция приходится 70-80 % от ЕКО, емкость поглощения невысокая, в верхней части профиля она колеблется от 15,2до 20,1мг экв/100г почвы. Причиной небольшой величины емкости катионного обмена является легкий гранулометрический состав, низкое содержание гумуса. Его количество в верхней части профиля составляет 1,3 -3,0%. В соответствии с низким содержанием гумуса находится и количествоазота, содержание которого в гумусовом горизонте не превышает 0,21%. Характерной чертой этих почв является четко выраженный карбонатный профиль. Верхние горизонты не содержат карбонатов, максимум их обнаруживается на глубине 60-70мм, где количество их в ряде случаев достигает 15-17%, вниз по профилю содержание карбонатов кальция уменьшается.
Особенности гидротермического режима каштановых почв отражаются и на составе микрофлоры. Их специфику определяет относительно высокая численность актиномицетов и бактерий, растущих на МПА, и незначительное содержание бактерий, ассимилирующих минеральный азот. В период выпадения дождей (июль- август) количество микроорганизмов возрастает в 10-15 раз. Увеличение содержания актиномицетов сопровождается возрастанием численности бактерий, усваивающих минеральный азот и олигонитрофилов. Каштановые почвы, особенно пахотные, отличаются значительной биогенностью.
Глава 2. Динамика содержания азота в почвах
Распространение Азота в природе.
Азот — один из самых распространенных элементов на Земле, причем основная его масса (около 4·1015 т) сосредоточена в свободном состоянии в атмосфере. В воздухе свободный Азот (в виде молекул N2) составляет 78,09% по объему (или 75,6% по массе), не считая незначительных примесей его в виде аммиака и оксидов. Среднее содержание азота в литосфере 1,9·10-3% по массе. Природные соединения азота — хлористый аммоний NH4Cl и различные нитраты. Крупные скопления селитры характерны для сухого пустынного климата. Долгое время селитры были главным поставщиком азота для промышленности (сейчас основные значение для связывания азота имеет промышленный синтез аммиака из азота воздуха и водорода). Небольшие количества связанного азота находятся в каменном угле (1-2,5%) и нефти (0,02-1,5%), а также в водах рек, морей и океанов. Азот накапливается в почвах (0,1%) и в живых организмах (0,3%).
Хотя название «азот» означает «не поддерживающий жизни», на самом деле это — необходимый для жизнедеятельности элемент. В белке животных и человека содержится 16-17% азота. В организмах плотоядных животных белок образуется за счет потребляемых белковых веществ, имеющихся в организмах травоядных животных и в растениях. Растения синтезируют белок, усваивая содержащиеся в почве азотистые вещества, главным образом неорганические. Значит, количество азота поступают в почву благодаря азотфиксирующим микроорганизмам, способным переводить свободный азот воздуха в соединения азота.
Азот — четвертый по распространенности элемент Солнечной системы (после водорода, гелия и кислорода).
Содержание азота в почве
Основное количество азота (до 90% общего содержания) находится в семенах в составе белка. Растительные белки содержат азота от 14 до 18%, т. е. в среднем около 16%.
Наиболее богаты азотом семена бобовых и масличных культур, меньше его в зерне злаков. В вегетативных органах растений азота значительно меньше, чем в семенах. Так, в зерне пшеницы содержание азота составляет от 2,3 до 3,5% сухого вещества, а в соломе — от 0,4 до 0,7%. Из вегетативных органов азотом богаче листья, особенно молодые, меньше его в стеблях и корнях. В листьях и стеблях растений, а также в корнеплодах и клубнях доля небелкового азота может быть значительной. Например, в листовых овощах, корнях сахарной, кормовой свеклы и моркови, клубнях картофеля небелковые соединения азота в момент достижения товарной спелости составляют половину общего количества этого элемента. Растения для формирования хорошего урожая выносят из почвы значительное количество азота: зерновые около 100-150 кг, кукуруза, картофель, сахарная свекла — до 150-250 кг с 1 га.
Содержание азота в почвах зависит от количества в них гумуса. В черноземах общее содержание азота достигает ОД-0,5%, а в дерново-подзолистых почвах и сероземах — только 0,05-0,15%. Общий запас азота в пахотном слое разных почв колеблется от 1500 до 15 000 кг на 1 га.
Основная масса почвенного азота (до 99%) находится в виде органических соединений (белковых и гумусовых веществ), недоступных для питания растений. Скорость минерализации органических соединений азота почвенными микроорганизмами до аммиака и нитратов зависит от условий аэрации, влажности, температуры и реакции почвы. Поэтому количество минеральных соединений азота в почвах сильно колеблется — от следов до 2-3% общего содержания азота.
Разложение азотистых органических веществ в почве в общем виде может быть представлено следующей схемой: гуминовые вещества, белки > аминокислоты, амиды >аммиак > нитриты > нитраты > молекулярный азот.
Распад органических азотосодержащих веществ почвы до аммиака называется аммонификацией. Этот процесс осуществляется многочисленными аэробными и анаэробными почвенными микроорганизмами и происходит во всех почвах при разной реакции среды, но замедляется в анаэробных условиях и при сильнокислой и щелочной реакциях.
Аммонийный азот в почве подвергается нитрификации — окислению до нитритов, а затем нитратов. Этот процесс осуществляется группой специфических аэробных бактерий, для которых окисление аммиака является источником энергии. Оптимальные условия для нитрификации — хорошая аэрация, влажность почвы 60-70% капиллярной влагоемкости, температура 25-32°С и близкая к нейтральной реакция. Интенсивная нитрификация — один из признаков культурного состояния почвы. На кислых подзолистых почвах в условиях плохой аэрации, избыточной влажности и низкой температуры процессы минерализации протекают слабо и останавливаются на стадии образования аммония. Нитрификация из-за неблагоприятных условий для деятельности нитрифицирующих бактерий бывает подавлена и происходит медленно.
На окультуренных, хорошо обработанных почвах процессы аммонификации и нитрификации идут интенсивнее, больше образуется минеральных соединений азота, особенно нитратов. Известкование кислых почв, систематическое внесение органических и минеральных удобрений, усиливая микробиологическую деятельность в почве, резко повышают интенсивность минерализации органического вещества и образования усвояемых соединений азота.
Круговорот азота в почве
Минеральные соединения азота не накапливаются в почве в больших количествах, так как потребляются растениями, а также используются микроорганизмами и частично снова превращаются в органическую форму.
Азотные удобрения усиливают минерализацию почвенного органического вещества и значительно увеличивают усвоение растениями азота из почвы. До недавнего времени считалось, что растения используют 70-80% азота удобрений. Коэффициент использования растениями азота удобрений определялся разностным методом — по разнице в выносе азота с урожаем при внесении азота и без внесения, выраженный в % внесенного количества N удобрения. При этом допускалось, что растения в том и другом случае усваивают одинаковое количество азота из почвы. Применение в агрохимических исследованиях метода меченых атомов (в опытах использовали соединения азота, меченные стабильным изотопом азота 1SN) позволило установить, что в полевых условиях растения усваивают непосредственно из удобрений лишь 30-50% азота. Однако при внесении азотных удобрений усиливается минерализация почвенного азота и усвоение его растениями. Коэффициенты использования азота различных форм азотных удобрений существенно не различаются, за исключением экстремальных условий их применения. Показано также, что 10-20% азота нитратных и 30-40% аммиачных, аммонийных удобрений и мочевины закрепляется в почве в органической форме. Превращение азота в органическую форму резко возрастает при запашке в почву органического вещества с низким содержанием азота (пожнивные растительные остатки, солома злаковых и соломистый навоз). Закрепившийся азот медленно минерализуется и слабо усваивается растениями, поэтому последействие азотных удобрений незначительно.
Следовательно, одновременно с минерализацией органического вещества в почве происходит закрепление минеральных соединений азота вновь в органическую форму. Но при этом азот не теряется, а лишь временно переходит в недоступные растениям соединения. Соотношение процессов минерализации и новообразования органических азотосодержащих веществ имеет важное значение в азотном режиме почв.
Для закрепления нитратного азота в почве особое значение, как уже отмечалось, имеет биологическое поглощение.
Нитраты легко передвигаются в почве и могут вымываться из корнеобитаемого слоя осадками и дренажными водами. Вымывание нитратов из тяжелых почв под растениями обычно незначительно (в среднем 3-5 кг с 1 га). Однако на легких, особенно парующих, почвах в увлажненных районах, а также в условиях орошаемого земледелия такие потери могут достигать значительных величин (до 30-50 кг на 1 га и более).
Потери азота почвы и удобрений в основном происходят вследствие денитрификации — процесса восстановления нитратного азота до свободного молекулярного азота (N2) или до газообразных окиси и закиси азота (NO и N2 O). Биологическая денитрификация осуществляется группой денитрифицирующих бактерий и особенно интенсивно идет в анаэробных условиях и щелочной реакции почвы при наличии богатого клетчаткой органического вещества. Биологическая денитрификация протекает и в обычных условиях реакции среды, аэрации и увлажнения, поскольку в почвах неизбежны анаэробные микрозоны, а диапазон благоприятной реакции для развития денитрификаторов довольно широкий. Косвенная, или «хемоденитрификация» связана с образованием газообразных окислов азота и молекулярного азота при химическом взаимодействии промежуточных продуктов нитрификации (нитритов и гидроксиламина) с NH4+ аминокислотами и с органическим веществом почвы, а также в результате разложения азотистой кислоты (особенно при кислой реакции) до N0. Потери азота при денитрификации нитратов, образующихся при нитрификации аммиачного азота почвы и вносимых аммиачных азотных удобрений и мочевины, а также из нитратных азотных удобрений, весьма существенны. Исследования с применением N показали, что потери азота аммиачных удобрений составляют около 20%, а нитратных — до 30% и более внесенного количества. Потери азота удобрений резко возрастают в парующей почве и достигают 40-50%.
Следовательно, в круговороте азота в земледелии процессы нитрификации наряду с положительной играют и отрицательную роль, так как образующиеся нитраты могут вымываться и теряться из почвы в виде газообразных продуктов при денитрификации. Один из путей снижения потерь азота почвы и удобрения вследствие денитрификации и вымывания нитратов — применение ингибиторов нитрификации. Эти препараты тормозят нитрификацию и сохраняют минеральный азот почвы и удобрений в аммонийной форме. Особенно эффективно использование ингибиторов нитрификации в районах орошаемого земледелия под хлопчатник и па рисовых плантациях, а также на легких почвах в зоне достаточного увлажнения.
При поверхностном внесении твердых аммонийных удобрений и мочевины могут происходить потерн азота в форме аммиака, особенно на карбонатных и щелочных почвах. Однако заделка удобрений в почву практически устраняет такие потери. Потери азота значительно уменьшаются при правильном применении органических и минеральных удобрений в сочетании с рациональной системой обработки почвы и орошения.
Азот, усвоенный растениями, лишь частично снова возвращается в почву с навозом, та же часть азота, которая содержится в товарной продукции (зерно, волокно льна, клубни картофеля и т. д.), отчуждается из хозяйства.
В атмосфере над каждым гектаром почвы находится около 80 тыс. т азота, но молекулярный азот воздуха недоступен для большинства растений (кроме бобовых) в природных условиях.
Связывание молекулярного азота воздуха и пополнение запасов азота в почве происходит двумя путями. Небольшое количество связанного азота (до 3-5 кг на 1 га) образуется в атмосфере под действием грозовых разрядов и в виде азотистой и азотной кислоты поступает в почву с осадками. Большее значение для питания растений имеет фиксация азота воздуха азотфиксирующими микроорганизмами, свободно живущими в почве (азотобактер, клостридиум и др.), и клубеньковыми бактериями, живущими в симбиозе с бобовыми растениями (биологический синтез азота).
Свободноживущие азотфиксаторы ассимилируют до 5-10 кг азота на 1 га. Размеры симбиотической азотфиксации зависят от вида бобового растения. Так, клевер может накапливать 150-160 кг азота, люпин — 100-170, люцерна — 250-300, соя — 100, горох, вика и фасоль — 70-80 кг на 1 га. Примерно V, связанного бобовыми азота остается в пожнивных и корневых остатках и после минерализации может использоваться культурами, следующими в севообороте после бобовых.
В среднем на 1 т сена (содержащую 25-30 кг азота) в корневых и послеукосных остатках содержится и поступает в почву 10-15 кг азота. Вклад биологического азота в азотный баланс определяется площадью, занимаемой многолетними бобовыми травами и их урожаем, от которого зависит количество азота, оставляемого в почве в корневых и послеукосных остатках. Если площадь, занятая бобовыми травами, составляет 10% общей посевной площади, а урожай сена равен 4 т с 1 га, то ежегодное поступление в почву азота на 1 га посевов бобовых составит 40-60 кг, а в среднем на 1 га всей посевной площади — 4-6 кг.
Следовательно, суммарное поступление азота за счет указанных выше источников далеко не компенсирует выноса азота урожаями сельскохозяйственных культур и потерь его из почвы в результате вымывания и денитрификации. Поэтому для получения высоких урожаев всех сельскохозяйственных культур и повышения качества урожая громадное значение имеет внесение в почву минеральных азотных удобрений, получаемых путем искусственного синтеза из азота воздуха на химических заводах.
На большинстве почв особенно в достаточно увлажненных районах на дерново-подзолистых, серых лесных и выщелоченных черноземах, а также при орошении на сероземах и других почвах азотные удобрения имеют решающее значение в повышении урожаев. Они дают наибольшие прибавки урожайности. По данным многих полевых опытов, азотные удобрения дают в этих районах около 60% общей прибавки урожая, получаемой от полного минерального удобрения (NPK). Их применяют под все культуры, за исключением бобовых, потребность которых в азоте обеспечивается за счет фиксации азота воздуха клубеньковыми бактериями.
Иммобилизация азота почвы.
Особенно большое поглощение азота микроорганизмами почвы происходит при внесении органических веществ с широким соотношением углерода и азота. Это происходит потому, что вносимые в почву органические вещества, например солома и другие растительные остатки, содержат немного азота — 0,5-1,0% (или 1,5-2,0%, когда запахивают растительныеостатки с большим количеством азотсодержащих веществ,как,например, солому зернобобовых культур). Однакодаже в лучшем случае наблюдается весьма широкое соотношениемежду углеродом и азотом (20 : 1). В то же время в плазме микробов содержится значительно больше азота, чем в разлагающихся ими органических веществах. В среднем в плазме микробов содержится 3-12% азота (соотношение азота к углероду в среднем 1 : 10), Такое же соотношение между азотом и углеродом и в стойкой фракции гумус.
Поэтому при внесении в почву органических веществ (чаще растительных остатков после уборки урожая или разложившегося навоза) наблюдается бурное развитие почвенной микрофлоры. Это приводит к тому, что для построения плазмы микроорганизмов при достаточном энергетическом материале используя азот не только органических веществ, внесенных в почву, но и минеральный азот почвы. А это приводит к ухудшению азотного питания культурных растений.
Особенно часто подобные процессы наблюдаются при запашке соломы после уборки зерновых культур и повторного их посева. Повторно посеянная озимь, как правило, испытывает резкое азотное голодание. Для снижения иммобилизации азота микрофлорой почт к растительным остаткам, богатым целлюлозой, например к соломе, рекомендуется добавлять 1-2% минерального азота от массы соломы. Но процесс иммобилизации азота почвы микроорганизмами не всегда является отрицательным фактором. На легких почвах, особенно в зоне достаточного увлажнения, в результате иммобилизации минеральный азот закрепляется в верхних ее слоях. В дальнейшем при разложении плазмы микроорганизмов часть азота закрепляется в процессе гумификации органического вещества, а часть превращается в минеральный аммонийный азот, который адсорбируется почвенными коллоидами. Часть же аммиачного азота подвергается нитрификации и превращается в азот селитры. Аммонийный и нитратный азот используется растениями как источник азотного питания. Отрицательное действие процесса иммобилизации на культурные растения чаще наблюдается при запашке стерни или растительных остатков накануне сева последующей культуры и без внесения минеральных азотных удобрений.
Вымывание азота.
Вымывание нитратов осадками и дренажными водами происходит потому, что нитраты обычно не входят в состав малорастворимых соединений и не поглощаются отрицательно заряженными коллоидами почвы. Наибольшие потери азота от вымывания наблюдаются на почвах легкого гранулометрического состава с низким содержанием органического вещества при высоком увлажнении или орошении. В последнем случае не следует допускать смыкания поливных вод с грунтовыми.
Резко снижаются, а чаще всего отсутствуют потери нитратов под культурами сплошного сева. В этом случае образовавшийся нитратный азот благодаря нитрификации активно используется на питание растений. В паровом поле в увлажненных районах отмечаются наибольшие потери нитратов, так как они не адсорбируются коллоидами почвы и передвигаются вместе с почвенной влаги потери азота можно регулировать и резко снижать. При правильном применении удобрений с учетом почвенно-климатических условий потерь нитратов вообще можно избежать. Например,легких почвах, особенно при повышенном увлажнении, необходимо дробно вносить азотные удобрения во время вегетации, в фаты наибольшего потребления азота; при орошении снижения потерь нитратного азота можно добиться своевременным внесением удобрений и регулированием поливного режима. В некоторой степени потери азота при вымывании можно снижать подбором соответствующих форм минеральных удобрений. Например, аммиачный азот поглощается коллоидами почвы и в меньшей мере мигрирует по профилю. Однако поглощенный и водорастворимый аммоний при благоприятных условиях в результате процесса нитрификации легко превращается в нитраты.
Потери нитратов от вымывания могут быть существенными на песчаных почвах в районах с исключительно влажным климатом. В полузасушливых и засушливых условиях даже в хорошо проницаемых песчаных почвах нитраты опускаются обычно не ниже 40- 50 см, т. е. потери азота в данных условиях маловероятны.
Газообразные потери азота из почвы. В опытах с изотопом l5N неучтенные потери азота колебались от 10 до 35% от внесенной дозы в зависимости от формы азота, влажности почвы, температуры, рН и окислительно-восстановительного потенциала. Потери азота из-за улетучивания в среднем составляют 15% от внесенного, иногда они достигают 30%. Наибольшее количество азота из-за улетучивания теряется в виде аммиака (), молекулярного азота ( и закиси азота (O).
Раньше потери азота в газообразном виде относили прежде всего за счет процесса денитрификации. Однако азот в газообразном виде может теряться различными путями, а следовательно, и причины таких потерь могут быть различными. Часть азота почвы и внесенных удобрений может теряться с поверхности в форме аммиака (). При внесении аммонийных солей в карбонатные почвы или мочевины поверхностно, без заделки, наблюдаются потери аммиачного азота. Одной из причин потерь является его щелочная реакция. Кроме того, чем выше карбонатность почвы, тем больше потери аммиачного азота. Это объясняется взаимодействием аммиачных солей с карбонатами почвы и образованием весьма нестойкого соединения — карбоната аммония. Потери эти заметно возрастают на легких почвах и при высокой температуре.
В практике особенно значительные потери аммиачного азота наблюдаются при внесении водного и безводного аммиака. Одной из важнейших мер снижения потерь этой формы азота является глубокая заделка внесенных аммиачных и аммиачно-нитратных удобрений.
Потери аммиачного азота на карбонатных и щелочных почвах колеблются в пределах 10-40%. Чаще они бывают большими при использовании жидких азотных удобрений. Значительное улетучивание аммиака наблюдается также и при поверхностном внесении мочевины, особенно на карбонатных почвах. Потери аммиачной формы азота при внесении мочевины объясняются тем, что мочевина при аммонификации переходит в углекислый аммоний, соединение весьма нестойкое, особенно на карбонатных почвах. Кроме того, образовавшийся из мочевины аммоний вызывает местное подщелачивание почвы, так как на карбонатных и щелочных почвах отсутствуют анионы кислот, способные нейтрализовать образующийся аммоний. Обработка почвы, даже боронование, значительно снижает потери аммиачного азота при поверхностном внесении мочевины.
Значительная часть газообразного азота теряется из почвы вследствие процесса денитрификацни. Этот процесс восстановления нитратного азота почвы до свободного газообразного азота () происходит в результате жизнедеятельности почвенных микроорганизмов деинтрификаторов (Вact. denitrificans, Bact. stutzery, Bad. fluorescens и др.). Процесс денитрификации идет через ряд промежуточных этапов:
()
нитрат нитрит гионитрит закись молекулярый
азота азот
Молекулярный азот и закись азота являются основными газообразными продуктами биологической денитрификации, за счет улетучивания которых происходят потери азота из почв. Этот процесс возникает и развивается без доступа воздуха и при щелочной реакции почвы.
Потери азота при денитрификации объясняются тем, что денитрификаторы являются анаэробной микрофлорой, т.е. развиваются активно при отсутствии кислорода воздуха. Поэтому для дыхания они используют кислород нитратов, восстанавливая азот до свободной молекулярной формы (). Восстановление нитратов происходит под действием ферментов нитратредуктазы и нитритредуктазы и выражается уравнением
H12О6 + 4 = 6СО2 + 6Н20 + 2N2.
Наиболее благоприятными условиями для денитрификации, а следовательно, и потерь молекулярного азота, являются: 1) анаэробная среда; 2) щелочная реакция почвы; 3) избыточное количество в почве органического вещества, богатого клетчаткой, глюкозой и другим энергетическим материалом; 4) высокое увлажнение почвы. Оптимальная температура для денитрификации 40-75°С, так как активные расы денитрификаторов — термофильные бактерии. Поэтому в холодные периоды, несмотря на высокую влажность и анаэробные условия, процессы денитрификации протекают слабо или вовсе не идут, что резко снижает потери азота. Оптимальный рН для денитрификации 7-7,5. В результате денитрификации при содержании в 1 г почвы 1 млнВасt. stutzery из 1 кг ее может выделиться в сутки 0,5 мг азота.
Процесс денитрификации весьма распространенный и протекает почти во всех почвах, так как почв с полнымаэробиозисом практически нет. Даже при самых оптимальных условиях азрации и влажности на хорошо оструктуренных почвах может наблюдаться денитрификация. Это объясняется тем, что внутри плотных почвенных агрегатов и на структурных почвах могут быть анаэробные условия. Кроме того, активный процесс нитрификации в аэробных условиях приводит к поглощению кислорода воздуха и выделению , вследствие чего создаются местные анаэробные условия, приводящие к развитию денитрификации.
Применение комплекса приемов агротехники, направленных на содержание почвы в хорошем структурном состоянии, поддержание в ней оптимального водного и воздушного режимов, а также правильное чередование культур в севообороте способствуют значительному снижению потерь азота из-за денитрификации.
Кроме денитрификации существуют и другие пути потерь газообразного азота, хотя они изучены в еще меньшей мере. Главным образом эти потери связывают с распадом азотистой кислоты в почве или взаимодействием с другими химическими соединениями почвы. Наиболее существенными потери азота бывают при распаде азотистой кислоты с образованием азотной кислоты и окиси азота. При подкислении почвы до рН ниже 6 этот процесс усиливается.На воздухе NО окисляется до . Пути потерь газообразного азота изучены пока слабо, не разработаны эффективные способы их предотвращения, что позволило бы повысить коэффициент использования азотных удобрений.
Фиксация аммония в почве, или необменное его поглощение.
Часть азота, внесенного с удобрениями или находящегося в почве, поглощается некоторыми минералами из группы гидрослюд. Механизм закрепления аммония в необменной форме можно представить следующим образом. При увлажнении почвы кристаллическая решетка минерала расширяется и аммоний вначале поглощается обменно, но может проникать внутрь ее, занимая свободные радикалы. При подсушивании почвы катионы аммония, попавшие внутрь решетки минерала, оказываются как бы сжатыми, т.е. фиксированными. Его трудно вытеснить различными растворителями. Не поддается он и действию нитрифицирующих бактерий. Такой фиксированный аммоний становится малодоступным для растений, поэтому его принято считать условно потерянным.
О возможности необменной фиксации аммония почвы известно давно, однако очень мало данных о практическом значении фиксации аммония, об условиях, способствующих закреплению аммония в почве, о части аммония удобрений, которая может быть потеряна в результате необменного поглощения, и о части фиксированного аммония, которая может освобождаться и быть доступной растениям.
Содержание фиксированного аммония в почвах различно.Так,в пахотном слое содержание его колеблется от 130 до 350 кг/га. При этом если в верхнем слое почвы фиксированный азот составляет 2 — 7% общего, то в подпочве доля его повышается до 30-35%.Этообъясняется тем, что с углублением резко снижается количество гумуса, а следовательно, и азота в органическом веществе. Удельный вес фиксированного аммония от общего количества азота заметно возрастает. Процентное соотношение между органическим углеродом и азотом в поверхностном слое почвы часто остается постоянным и составляет 10:1. С глубиной это соотношение сужается и может достигать 5:1, что объясняется, прежде всего,увеличением количества фиксированного аммония по профилю почвы.
По некоторым данным, способность почвы фиксировать аммоний в необменном состоянии зависит от природы содержащихся в ней глинистых минералов, температуры среды, реакции почвенного раствора, наличия гумуса в почве, от микробиологической активности почвы, степени ее увлажнения и других факторов.Например, при температуре 20-24°С фиксация аммония некоторыми почвами составляет 0,21, а при 100°С — 2,47 ммоль/100 г, т.е. почти в 12 раз больше, а при пятикратном попеременном увлажнении и высушивании образцов подзолистой почвы при 100°С в опытах А.В.Петербургскою количество фиксированного аммония повышалось до 3,44 ммоль/100 г почвы.
Фиксирующая способность почв в отношении этого катиона возрастает с увеличением показателя рН. Поэтому на кислых почвах фиксация аммония бывает значительно меньшей, чем на щелочных. Максимальна она на солонцах. Возрастает фиксация аммония и в почвах с большим содержанием гумуса, который, очевидно, связывает аммоний химически, что отличается от обычного понимания его фиксации.
В процессе обмена веществ и дыхания корни растений и микрофлора выделяют в почву ионы водорода, который способствует извлечению и усвоению растениями фиксированного почвами катиона аммония. Этому же способствуют и катионы кальция, магния, натрия, которые при введении их в кристаллическую решетку минералов расширяют ее и этим самым улучшают усвоение растениями фиксированного аммония.
Фиксирующая способность почвы при определенных условиях — величина довольно постоянная. Если почву предварительно обработать, например, калийной солью, то последующая фиксация аммония заметно уменьшится. Фиксированный аммоний имеется не только в почвах, но и в материнских породах. В почвах он может быть естественно фиксированным и фиксированным при внесении азотных удобрений; последний более доступен растениям, чем первый.
Способность почв фиксировать аммоний проявляется при наличии глинистых минералов с трехслойной кристаллической решеткой, особенно вермикулита. Природный же фиксированный алюмосиликатами аммоний плохо доступен высшим растениям и нитрифицирующим бактериям, в то время как свежефиксированный глинистыми минералами из внесенных аммиачных удобрений аммоний более подвижен и может усваиваться ежегодно в количестве 10-20%. Нитрификация же фиксированного аммония обычно бывает очень низкой и часто не превышает 20% в год даже при длительном компостировании,
Глава 3. Роль азота в питании растений
Азот — важнейший питательный элемент всех растений. В среднем его в растении содержится 1-3% от массы сухого вещества. Он входит в состав таких важных органических веществ, как белки, нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды, хлорофилл, алкалоиды, фосфатиды и др. В среднем содержание его в белках составляет 16- 18% от массы.
Нуклеиновые кислоты играют важнейшую роль в обмене веществ в растительных организмах. Они являются также носителями наследственных свойств живых организмов. Поэтому трудно переоценить роль азота в этих жизненно важных процессах у растений. Кроме того, азот является важнейшей составной частью хлорофилла, без которого не может протекать процесс фотосинтеза, а следовательно, не могут образовываться важнейшие для питания человека и животных органические вещества. Нельзя не отметить также большое значение азота как элемента, входящего в состав ферментов — катализаторов жизненных процессов в растительных организмах.
Азот входит в органические соединения, в том числе в важнейшие из них — аминокислоты белков. Азот, фосфор и сера вместе с углеродом, кислородом и водородом является строительным материалом для образования органических веществ и, в конечном счете, живой ткани.
Содержание азота в растениях существенно изменяется в зависимости от вида растений, их возраста, почвенно-климатических условий выращивания культуры, приемов агротехники и т.д. Например, в семенах зерновых культур азота содержится 2-3%, бобовых 4-5%. Наибольшее содержание азота отмечается в вегетативных органах молодых растений. По мере их старения азотистыевещества передвигаются во вновь появившиеся листья и побеги. При этомв первой половине вегетации, когда формируется надземная масса, в вегетативных органах синтезируются азот — содержащие органические вещества, идет процесс новообразования белкови рост растений. В дальнейшем пшеницы, например, после цветения происходят более интенсивный гидролиз азотсодержащих органических веществ в вегетативных частях растений и передвижения продуктов гидролиза и репродуктивные органы, где они расходуются на образование белков зерна.
При достаточной обеспеченности растений пшеницы, кукурузы, ячменя влагой и фосфором коэффициент пересчета содержания азота в листьях в конце цветения и содержания азота в зернах составляет для различных сортов пшеницы, а также для кукурузы и гороха 0,90-0.96. Высокая зависимость между содержанием азота в листьях и в зерне при азотном голодании растений позволяла своевременно провести позднюю азотную подкормку.
Доступные растениям азотистые соединения образуются главным образам из органического вещества почем в результате его разложения. Количество органического вещества зависит от вида угодья. Интенсивное использование пашни путем введения паропропашных севооборотов приводит к систематическому уменьшению содержания органического вещества в почве. С введением бобовых трав в севообороты, с посевом сидератов или внесением навоза содержание органических веществ в почве возрастает. Большие запасы азота в органическом веществе находятся в почве под лугами и сенокосами; при распашке же происходит интенсивная иx минерализация.
На склонах потери гумуса в почве значительно увеличиваются. Это объясняется не только интенсивной минерализацией органических веществ при сельскохозяйственном использовании пашни, но и наличием плоскостной водной эрозии. Например, на склонах через 35 лет после распашки залежи чернозем теряет 3% гумуса и больше. Главный источник азота в почве — перегной (гумус), но он непосредственно не используется на питание растений, так как азот в нем находится в недоступной форме.
В гумусе содержится около 5% азота. Этот азот является основным источником питания растений: в минеральной форме азота содержится небольшое количество — 1-3%. Верхние слои почвы более обогащены гумусом, и основная часть азота при минерализации перегноя именно из этих слоев используется на питание растений. О количестве органического азота в пахотном слое различных почв можно судить по данным табл. 4.5.
Содержание органического азота в пахотном слое (поТюрину)
Содер-жаниеКрасно-земыСеро-земыКаштановые почвыЧерноземыСерые лесныеДерново подзолистыеМощныеОбык-новенныеСеверные%0,2-0,30,1-0,20,15 -0,250,4-0,50,25 -0,450,30 -0,450,20-0,350,05-0,20ц/га47245611370946032
Д.С. Орлов и П.A. Гришина (1978) разработали систему показателей гумусного состояния почв, позволяющую обеспеченность и темпы гумификации, обеспеченность почв гумусом и азотом, качество гумуса и т.д. По этим показателям в определенной степени можно характеризовать плодородие почвы.
Запасы азота в почве пополняется в основном в результате азотфиксирующей способности свободноживущих и клубеньковых микроорганизмов и поступления его с атмосферными осадками.
Наиболее значительное количество азота накапливается в почве благодаря жизнедеятельности клубеньковых бактерий бобовых растений. На 1 га ежегодное накопление азота может достигать при возделывания клевера 150-160кг, люпина — 160-170, люцерны — 250-300, сои — 100, вики, гороха, фасоли — 70-80 кг. Размеры фиксации зависят от вида бобового растения, урожая, реакция почвы и других факторов.
Для повышения продуктивности симбиотической азотфиксации используют нитрагин — препарат, содержащий специально от селекционированные высокоактивные штаммы клубеньковых бактерий. Необходимость инокуляции бобовых растений нитрагином объясняется следующими причинами. Бобовые культуры, впервые вводимые в той или иной зоне, вследствие узкой специфичности бактерий к растению-хозяину оказываются лишенными своего симбионта и не могут быть накопителями азота и атмосферы, а полностью переходят на питание азотом за счет почвы и удобрений. В таких случаях нитранинизация обязательный прием агротехники бобовых культур. Кроме того, дли длительное пребывание а почве клубеньковых бактерий без растения-хозяина, а также в неблагоприятных условиях среды (повышенная кислотность почвы, засухи или затопление, недостаток элементов минерального питании, источников энергетического материала и т.д.) приводит к снижению их азотфиксирующей активности.
Целесообразность применения нитрагина вызвана еще и тем, что наряду с активными штаммами Rizobiumв почвах довольно широко распространены неактивные и малоактивные клубеньковые бактерии, которые не могут обеспечить бобовые растения биологическим азотом. Неактивные и малоактивные штаммы клубеньковых бактерий составляют 1/3 и больше. Поэтому применение нитрагина, содержащего высокие титры активных селекционных штаммов клубеньковых бактерий, один из главных приемов повышения не только урожайности бобовых культур, но и уровни накоплении общего и биологически связанного азота в растениях и почве.
Препарат клубеньковых бактерий производят главным образом на стерильном торфе, в 1 г которого содержится в среднем 3-4 млрд бактерий. На почвах, где долгое время возделываются основные бобовые культуры, применение нитрагина дает следующие прибавки урожаи: зерна сои 2- 4 ц/га, гороха и люпина 1 — 2, зеленой массы бобовых культур 80 — 100, сена клевера и люцерны 50 ига Использование этого приема существенно увеличивает и содержание белка в урожае бобовых культур.
Для создания оптимальных условий симбиоза клубеньковых бактерий часто необходимо вносить под бобовые культуры не большие «стартовые» (20- 30 кг/га) дозы азота. Минеральный азот в повышенных дозах (90-120 кг/га) играет отрицательную роль. Эффективность возрастает при достаточном содержании в почве фосфора, калия, а также микроэлементов — молибдена, бора, кобальта, железа. Необходимы также нейтральная или слабокислая реакция почвенного раствора и оптимальная влажность почвы, в которую посеяны семена бобовых растений. Потому применение фосфорно-калийных удобрений, известкование кислых почв, применение молибденовых, борных и кобальтовых удобрений создают оптимальные условия для бобовых растений и для их симбиоза с клубеньковыми бактериями.
Фиксация азота несимбиотическими (свободноживущими) микроорганизмами зависит от многих причин. Факторы, ограничивающие жизнедеятельность,а следовательно, и активность этих микробов, следующие: 1) недостаток в почве усвояемых углеводов; 2) отсутствие достаточного количества других питательных веществ (в частности, фосфора и калия); 3) кислая реакция почвы; 4) низкая температура; 5) недостаток или избыток влаги в почве; 6) условия аэрации (Clostridiumpacterianum, например, живет в анаэробных условиях,Azotobacterchroococcum и другие — в аэробных). Перечисленные микроорганизмы способны в среднем накапливать в год 5- 15 кг связанного азота на 1 га. Величина азотфиксации свободно-живущими бактериями для различных почвенно-климатических условий составляет от 7,5 до 42,0 кг азота на 1 га за год. Размеры иесимбиотической азотфиксации под рисом достигают 60-70 кг на 1 та за год, причем в затопляемых почвах под растениями риса фиксируется до 57-63 кг азота на 1 га, в незатопляемых — 3-7 кг азота на 1 га за сезон, а без растений в затопляемых почвах азотфиксация составила 23-28 кг/га.
Фиксированный микроорганизмами в ризосфере не бобовых растений азот атмосферы участвует в их питании, как и азот, фиксированный клубеньковыми бактериями. При внесении невысоких доз азота и инокуляции почвенными микроорганизмами усвоение небобовыми растениями составляло 7 — 16% от общего выноса этого элемента растениями. При внесении высоких доз азота фиксация атмосферного азота под небобовыми культурами и усвоение его растениями снижаются (Шабаев, 1985). Связывать атмосферный азот могут также грибы, водоросли, находящиеся в симбиозе с некоторыми высшими растениями.
Запас азота в почве в некоторой степени пополняется азотом атмосферных осадков. Обычно он поступает в виде аммиака и отчасти нитратов. Эти соединения азота образуются в атмосфере под действием грозовых разрядов. По данным большинства определений, с осадками на каждый гектар ежегодно поступает от 2 до 11 кг азота,
Перечисленные источники пополнения природных запасов азота представляют несомненный практический интерес, но они доставляют лишь часть азота, который выносится с урожаями сельскохозяйственных культур. Поэтому необходимо принимать меры для оптимального увеличения плодородия почвы и, прежде всего, пополнения в ней запасов азота. Наиболее ощутимый и реальный путь — внесение органических и минеральных удобрений.
Недостаток азота в питании растений, как правило существенно проявляющийся визуально (цв. ил. 1, 2, 29), часто является фактором, лимитирующим рост урожая. И как не вспомнить слова Д.Н. Прянишникова (1945): «Усвояемый азот почвы, если не принимать особых мер, увеличивающих его содержание, в настоящее время является на земле главным ограничивающим фактором жизни».
В природе существуют многочисленные пути потерь азота. Основные из них следующие: 1) иммобилизация, т.е. потребление азота почвенной микрофлорой; 2) выщелачивание (прежде всего нитратных форм азота) в грунтовые воды; 3) улетучивание аммиака, окислов азота и молекулярного азота в воздух; 4) фиксация аммония в почве, или необменное его поглощение.
Фиксированный аммоний почвы — это не безвозвратно потерянный азот, задача агрохимической науки заключается в том, чтобы изыскать пути возможно большего вовлечения его в хозяйственный баланс азота, большего использования его растениями.
Источниками азота для растений могут служить соли азотной и азотистой кислот (нитраты, нитриты), аммиачные формы азота, некоторые органические соединения азота — мочевина и аминокислоты. Бобовые растения, как известно, с помощью клубеньковых бактерий усваивают молекулярный азот атмосферы (). Однако в какой бы форме ни поступал бы азот, в процессе питания растений, в синтезе аминокислот, белков и других азотсодержащих органических веществ он может принимать участие только в восстановленной форме — в виде аммония. Поэтому поступивший в растения нитратный азот в результате окисления углеводов восстанавливается до аниона азотистой кислоты, а затем до аммиака. Аммиачный же азот, поступивший непосредственно из почвы в растение в виде аммиачной соли, т.е. аммония, или же восстановленный из ни фатов и нитритов, не накапливается, а при участии органических кислот идет на синтез различных аминокислот.
Синтез аминокислот происходит как в корнях, так и в надземной части растений. Прежде всего аммоний реагирует с такими наиболее распространенными кетокислотами в растениях, как пировиноградная, ?-кетоглютаровая и фумаровая с образованием соответственно таких аминокислот, как аланин, глютаминовая и аспарагиновая. Пировиноградная, а-кетоглютаровая и фумаровая органические кислоты образуются в растениях из углеводов в процессе дыхания. Поэтому между способностью растений усваивать аммиачный азот и наличием углеводов в растениях существует постоянная связь. Образовавшиеся в процессе дыхания органические кислоты играют важную роль в азотном обмене растений, так как, связывая аммоний, они превращаются в аминокислоты, которые через пептидную связь (-CO-NH-) образуют белковые молекулы.
. Азот в аминокислотах содержится в виде аминогруппы (-NH2). С участием соответствующих ферментов аминокислоты аланин, аспарагиновая и глютаминовая могут передавать свои аминогруппы другим кетокислотам, в результате чего образуются новые аминокислоты. Это называется переаминированием. Реакция переноса аминогруппы осуществляется с участием фермента аминотрансферазы.
В настоящее время известно около 90 аминокислот, 70 из них находятся в растениях в свободном состоянии и не входят в состав белков, а 20 аминокислот принимают участие в образовании белковой молекулы. Различный набор и пространственное расположение аминокислот позволяют синтезировать из них большое разнообразие белков.
В растениях происходит не только синтез белков, но и их распад через аминокислоты до аммиака. Это зависит от возраста растения, уровня снабжения его углеводами благодаря фотосинтезу, передвижения продуктов ассимиляции и обеспечения растения зольными элементами. В молодых растениях, а также в молодых органах преобладает синтез белков, а распад их незначителен. По мере старения растений и их органов распад белков преобладает над синтезом. В этом случае наблюдается образование аммиака, однако в растениях он, как правило, не накапливается, а по мере появления присоединяется к аспарагиновой и глютаминовой кислотам, образуя при этом соответственно аспарагин или глютамин.
Если же органических кислот нет, например, при отсутствии фотосинтеза, то тормозятся и образование аминокислот, и связывание ими аммиака. В этих случаях аммиак может накапливаться вколичествах, вызывающих отравление растений. Эти сложнейшие превращения азотистых веществ в растениях впервые экспериментально определил Д.Н. Прянишников: …«аммиак есть альфа и омега азотистого обмена веществ в растениях», т.е. с аммиака начинается и им заканчивается обмен азотистых веществ в любых растениях. Это положение имеет важное теоретическое и практическое значение.
Д.Н. Прянишников пришел к выводу о возможности использования растениями аммиачного азота без предварительного превращения его в нитраты. Если аммиак, образовавшийся при распаде азотсодержащих органических веществ, растение использует для нового синтеза, то и извне поступивший аммиак может потребляться растением непосредственно без предварительной нитрификации. В самом деле, нитратный азот почвы, поступивший в растение, должен восстановиться сначала до нитритного, а затем до аммиачного азота. Для этого требуется необходимое количество энергии, которое растение обычно получает в результате окисления углеводов и процессов дыхания. При поступлении же из почвы аммиачный азот сразу же включается в синтез аминокислот и белков. Следовательно, аммиак является не только доступной формой азота для питания растений, но и более экономичным источником его, чем нитраты.
Многочисленные исследования подтверждают возможность широкого использования для растений аммиачных и нитратных форм удобрений. Определены и условия, при которых та или иная форма азотного удобрения оказывается лучшей. Факторами, улучшающими питание растений какой-либо формой азота, являются биологические особенности самих растений, а также агрохимические свойства почвы и свойства удобрений. Например, у растений, бедных углеводами, задерживается образование органических кислот, приостанавливается синтез аминокислот. В этом случае аммиак накапливается в растении в свободном состоянии и нередко отравляет его. Правда, растения способны связывать свободный аммиак, образуя амиды аспарагин и глютамин, которые в процессе синтеза азотсодержащих органических веществ отдают, аммоний и переходят в соответствующие аминокислоты, используемые для образования белков. Но эти процессы возможны при наличии в растении достаточного количество углеводов и органических кислот, при отсутствии которых неизбежно накопление в растениях свободного аммония, вызывающего их отравление.
Нитраты же могут накапливаться в растениях до определенного предела без вреда. Кроме того, переход нитратов в аммиак совершается по мере использования его на синтез аминокислот. Нет синтеза — нет и образования аммиака из нитратов. Нитраты лучшая форма питания растений в молодом возрасте, когда листовая поверхность небольшая, вследствие чего в растениях еще слабо проходит фотосинтез и не образуются в достаточном количестве углеводы и органические кислоты. С увеличением листовой поверхности усиливается фотосинтез углеводов, при окислении которых образуются органические кислоты, что в свою очередь способствует связыванию аммиака дикарбоновыми кислотами с образованием аминокислот, а затем и белков. Для культур, в которых содержится достаточное количество углеводов (например, клубни картофеля), аммиачные и нитратные формы азота в начале роста растений практически равноценны. Для культур, в семенах которых углеводов содержится мало (например, сахарная свекла), нитратные формы азота имеют преимущество перед аммиачными.
На питание аммиачным или нитратным азотом оказывают влияние реакция среды й наличие сопутствующих катионов в почве. Например нейтральная реакция почвы и повышенное содержание в ней катионов калия, кальция и магния способствуют лучшему питанию растений аммиачным азотом. Аммиачное питание лучше при нейтральной реакции (черноземные и темно-серые лесостепные почвы), а нитратное — при рН 5,5 и ниже (т.е, на слабокислых и кислых почвах).
Аммиачный азот может использоваться более эффективно, чем нитратный, если устранить побочное явление физиологической кислотности аммонийных солей. Аммонийный азот быстрее используется растениями для синтеза аминокислот и белков, чем нитратный. Аммонийный азот, поступивший в корни, уже в течение 5-10 мин почти полностью используется на синтез аминокислот и в виде органических соединений поступает в листья на образование белков. При поступлении в растение ионы аммония увлекают за собой фосфатные ионы, что способствует лучшему использованию фосфатов на фоне аммиачного питания растений по сравнению с нитратным.
Важно также учитывать, что источники азота по-разному влияют на направленность физиолого-биохимических процессов в растениях. При аммиачном питании увеличивается восстановительная способность растительной клетки, что приводит к образованию восстановленных органических соединений(масла, жиры). При нитратном источнике азота преобладает окислительная способность клеточного сока, ведущая к усилению процессов образования органических кислот. Для нитратного питания важно обеспечить растение фосфором и молибденом. Недостаток молибдена задерживает восстановление нитратного азота до аммиака, что приводит к накоплению нитратов в растениях в свободном состоянии.
При использовании аммиачных и нитратных форм минеральных удобрений важно учитывать условия выращивания культуры (орошение, степень увлажнения, механический состав почвы). Учитывая более высокую подвижность в почве нитратов, можно повысить коэффициент использования азота правильными сроками, способами внесения удобрений и сочетанием аммиачные и нитратных форм.
В настоящее время азотно-туковая промышленность почти полностью базируется на синтезе аммиака. В результате его окисления получают и азотную кислоту для производства нитратных удобрений. Сейчас в ассортименте азотных удобрений значительное место занимают аммиачные и амидные формы, в частности, аммиачная селитра и мочевина.
Глава 4. Влияние азотных удобрений на урожай и качество сельскохозяйственных культур
Условия питания культурных растений наряду с их сортовыми особенностями имеют решающее значение в повышении урожая и улучшения его качества. Особенно существенную роль в формировании урожая играет азот. Уже в первых опытах с удобрениями в Сибири с учетом влияния азотных удобрений на качество урожая был подтвержден давно установленный в европейских регионах страны факт существенного увеличения урожая зерновых культур, повышение белковости зерна пшеницы и содержания в нем клейковины. Исследованиями И.И.Синягина доказано, что увеличение белка в зерне пшеницы под влиянием удобрений отмечено по всем предшественникам, в том числе по чистому пару, который, как известно, относительно богат усвояемым азотом. Существенно повысилось на фоне удобрений и содержание клейковины в зерне. Следует, однако, заметить, что в связи с метеорологическими условиями увеличение содержание белка в зерне под влиянием удобрений не имеет вполне устойчивого характера.
Азотные удобрения, поступающие в растения, быстро уже в корнях превращается в аминокислоты, из которых затем синтезируются белковые вещества, нуклеиновые кислоты, хлорофилл, витамины, алкалоиды и другие соединения. Поэтому лучшие условия азотного питания способствуют более интенсивному накоплению этих соединений в растениях. При недостатке азота содержание белков и особенно небелковых азотистых соединений в растениях значительно понижается. Относительное содержание крахмала и сахаров при этом более высокое. Однако резкий недостаток азота может вызвать снижение содержания подвижных форм углеводов за счет увеличения клетчатки и других нерастворимых форм углеводов. При внесении азотных удобрений содержание «сырого протеина» увеличивается, а углеводов снижается.
Это снижение объясняется тем, что на многих этапах азотного обмена (при восстановлении нитратов до аммиака, биосинтезе аминокислот из аммиака, биосинтезе амидов, азотистых оснований, нуклеиновых кислот, белков и других соединений) растение затрачивает много энергии, которая получается главным образом за счёт траты углеводов в процессе их окисления. Углеродный скелет образующихся азотистых соединений также строится за счет углеводов или продуктов их превращений, вследствие чего при усиленном азотном питании значительная часть фиксированных при фотосинтезе углеводов затрачивается на биосинтез азотистых соединений. Таким образом, при усиленном азотном питании содержание углеводов или жиров в растениях понижается.
Для повышения качества урожая сельскохозяйственных культур важное значение имеют и формы применяемых азотных удобрений. В частности, при аммиачном питании растений обмен веществ смещается в сторону накопления большего количества восстановленных соединений (эфирных масел, алкалоидов), а при нитратном источнике азота усиливается образование окисленных соединений, главным образом органических кислот. Для получения качественного урожая важен не только абсолютный уровень снабжения растений теми или иными элементами питания, но и соотношение между отдельными элементами, главным образом, между азотом и фосфором, азотом и калием, N,Р,К и микроэлементами. Изменяя их соотношения, можно заметно регулировать интенсивность и направленность процессов обмена и вызывать наибольшее накопление белков или углеводов.Важнейшими химическими соединениями, ради получения которых выращиваются многие растения, являются сахароза и моносахариды. Пищевая ценность многих овощей определяется, прежде всего, содержанием в них сахаров. Поэтому при выращивании овощных и плодово-ягодных культур необходимо создавать такие условия, при которых происходит накопление наибольшего количества сахаров. Каждый килограмм действующего вещества фосфорных и калийных удобрений обеспечивает увеличение сбора сахара на 10,5-17,5 кг, эти удобрения оказывают наибольшее положительное действие на сахаристость продукции. Кроме того, под действием этих удобрений повышается содержание и ряда витаминов.
Исключительно важное значение имеет проблема повышения качества урожая и содержание в нём жира, особенно в ягодах облепихи, семенах тыквенных культур, подсолнечника и других масличных культур. Жиры в растениях образуются из углеводов, поэтому между содержанием белков и жиров существует обратная зависимость: при наибольшем содержании жира количество белка в семенах уменьшается, и наоборот. Поэтому для повышения содержания жира в семенах необходимо способствовать накоплению углеводов и, следовательно, усилению синтеза жиров в семенах и снижению содержания белков. На повышение масличности семян наибольшее положительное влияние оказывают фосфорные и калийные удобрения. При внесении этих удобрений содержание жира в семенах повышается на 2-4%. Азотные удобрения усиливают интенсивность синтеза белков, в результате чего содержание белков в семенах повышается, а жира — снижается.
Следовательно, азот оказывает отрицательное влияние на накопление жира в семенах, а фосфор и калий действуют положительно. При местном внесении удобрений под сельскохозяйственные культуры оплата единицы удобрений значительно повышается. Наибольшее положительное влияние на урожай и содержание жира в семенах оказывает местное внесение фосфорных удобрений при посеве. При местном внесении 10 г суперфосфата содержание жира в семенах увеличилось более чем на 4%. Азотные удобрения при местном внесении оказывают отрицательное влияние на урожай и содержание жира в семенах, а под действием калия количество жира значительно повышается.
Наряду с изменением содержания жира в семенах под влиянием удобрений наблюдается изменение качественного состава жира, количество ненасыщенных жирных кислот возрастает. Фосфорные и калийные удобрения наиболее сильно вызывают увеличение содержания ненасыщенных жирных кислот в масле. Кроме этого повышается техническая ценность жира, такой жир легче высыхает, и из него получают олифу и лак лучшего качества.
Существенное действие на качество жира оказывают азотные удобрения, когда возрастает содержание насыщенных жирных кислот в масле, а содержание ненасыщенных кислот снижается. В соответствии с этим йодное число масла под действием азота понижается. Таким образом, условия, вызывающие понижение содержания жира, приводят и к ухудшению его качества, а при большем содержании жира в семенах его качество, как правило, повышается. Под действием удобрений изменяется содержание в урожае и многих других веществ — витаминов, эфирных масел, алкалоидов, органических кислот, минеральных солей, микроэлементов. При правильном применении удобрений (оптимальные дозы и сроки внесения, правильное сочетание разных форм удобрений, уборка урожая спустя 30 дней после внесения удобрений и другие) можно положительно повысить содержание и этих ценных веществ в урожае. Таким образом, в зависимости от условий минерального питания химический состав растений и качество урожая могут подвергаться значительным изменениям. Здесь нужно иметь в виду не только содержание белка, углеводов, жира, сухих веществ, фосфора, калия, микроэлементов, необходимых для питания человека, но и окраску, размеры плодов, выход товарной продукции первого или второго сорта, лёжкость, вкус, запах, пригодность для консервирования и другие показатели качества, характерные для отдельных культур или целей возделывания растений.
Глава 5. Экологические аспекты применения удобрений
Мировая и отечественная практика интенсивного земледелия убедительно показывает, что удобрения — это материальная основа количества и качества получаемой растениеводческой продукции, источник биогенных элементов для растений.
Научно обоснованная система применения агрохимических средств позволяет решать задачи: расширенного воспроизводства плодородия почв, бездефицитного или положительного баланса биогенных элементов и гумуса в системе «почва — растение -удобрение» получение растениеводческой продукции, сбалансированной по химическому составу и питательной ценности, повышения рентабельности сельскохозяйственного производства, улучшения экологической ситуации в сельском хозяйстве.
В то же время применение удобрений и других средств химизации — это весьма активное влияние на природную среду. Наличие различных токсических примесей в минеральных удобрениях, неудовлетворительное их качество, а также возможное нарушение технологии их использования могут привести к серьезным и негативным последствиям. В настоящее время в индустриально развитых странах, а также в ряде регионов нашей страны применяются высокие дозы минеральных удобрений, и их негативное влияние на природную среду приобретает все более опасный характер и глобальные масштабы. Поэтому в нашей стране особое внимание обращается на необходимость повышения эффективности мер по охране природы, внедрение научно обоснованных систем ведения сельского хозяйства, прогрессивных технологий. А для реализации этого у граждан страны необходимо воспитать чувство высокой ответственности за сохранение и приумножение природных богатств, бережливое их использование.
Основные причины загрязнения природной среды удобрениями, пути их потерь и непроизводительного использования следующие:
несовершенство технологии и транспортировки, хранения, тукосмешения и внесения удобрений;
нарушение агрономической технологии их применения в севообороте и под отдельные культуры;
водная и ветровая (дефляция) эрозия почвы;
несовершенство качества свойств минеральных удобрений;
интенсивное использование различных промышленных, городских и бытовых отходов на удобрения без систематического и тщательного контроля их химического состава.
В несовершенстве технологии транспортировки и внесения удобрений необходимо выделить ряд моментов. Так, недостаток в транспортировке удобрений заключается в первоначальной системе от завода до поля и в дефиците специализированных автотранспортных средств. Значительная часть агрохимических средств перевозится автосвалами общего назначения, что приводит к существенным их потерям.
Увеличение объема сладких емкостей для хранения минеральных удобрений, а также совершенствование механизированной технологии работы на складах, т.е. погрузочно-разгрузочных работ и тукосмешения с заданным соотношением питательных элементов в тукосмеси, существенно снижают потери минеральных удобрений, повышают их эффективность, сохраняют природную среду от загрязнения.
Существенным источником непроизводительного расходования минеральных удобрений, снижения их положительного действия являются неравномерное распределение по поверхности поля и их сегрегация (расслоение) при транспортировке и внесении. Например, потери урожая ячменя при внесении нитрофоски в дозах 60-80 кг/га NPK с неравномерностью 60-80% достигают 5ц/га, картофеля — 15, сахарной свеклы — 20ц/га. Недобор урожая от неравномерности внесения удобрений возрастает при использовании высококонцентрированных удобрений, в повышении доз, высокой отзывчивости культуры на удобрения. Поэтому по агрохимическим требованиям к машинам по внесению минеральных удобрений в нашей стране показатель неравномерности разбросного внесения удобрений не должен превышать 15%.
Нарушение научно обоснованной агрономической технологии применения удобрений также является существенным источником их потерь и загрязнения окружающей среды. При рассмотрении влияния агрохимических средств на природную среду первостепенное значение имеет азот. Азотные удобрения решают проблему белков сельском хозяйстве, а следовательно, и уровень продуктивности земледелия и животноводства. При нарушении же технологии их применения они могут оказать существенное негативное воздействие на биосферу — почву, воду, атмосферу, растения, а через них — на животных и человека. Потери азота из удобрений бывают довольно значительными. Он усваивается в полевых условиях примерно на 40%, в отдельных случаях — на 50-70, иммобилизуется в почве на 20 — 30%. Большая его доля включается в состав трудногидролизуемых гумусовых веществ. Потери азота за счет улетучивания различных газообразных соединений составляют в среднем 15-25% от внесенного, а потери от вымывания зависят от свойств почвы, климата, водного режима, формы и дозы удобрения, вида культуры и т.д.
Важнейшим агрономическим мероприятием, предотвращающим потери удобрений и биогенных элементов почвы в природную среду, является освоение научно обоснованных севооборотов.
Зависимость между вымыванием питательных элементов и видом сельскохозяйственных культур можно представить следующим порядком: овощные — корнеплоды — зерновые — кормовые травы.
Значительный ущерб окружающей среде наносит бессистемное использование бесподстилочного навоза, навозных стоков и других отходов животноводства в нарушении научно обоснованных рекомендаций. Наиболее существенными нарушениями технологии использования органических удобрений являются:
недостаточное использование подстилочных материалов и несовершенство систем навозоудаления, что в 1,5-2 раза уменьшает выход высококачественных органических удобрений, приводит к ежегодным потерям миллионов тонн жидких органических фракций;
неравномерное внесение навоза и компостов из-за недостаточного количества навозоразбрасывателей и применения бульдозеров и других примитивных средств, значительно снижающих эффективность органических удобрений;
нарушение соотношения численности животных и удобряемой площади, что ведет к избыточному удобрению полей, загрязнению окружающей среды;
недостаток при животноводческих комплексах иригационно-подготовленных площадей для использования животноводческих стоков (при гидросмыве) и жидкой фракции бесподстилочного навоза на орошение, а также слабое развитие трубопроводного транспорта и полевых навозохранилищ, что значительно повышает эксплуатационные затраты по сравнению с использованием мобильных средств, возрастают потери навоза;
недооценка использования бесплодичного навоза в сочетании с измельченной и рассеянной по полю во время уборки зерновых соломой и сидерацией полей.
Большой ущерб в условиях интенсивного земледелия наносит эрозия почвы. Она приобретает глобальный характер и требует коллективных усилий всех стран, как и при решении других проблем охраны окружающей среды. Только овраги ежедневно «съедают» 100-200 га земли, а площадь, выводимая их сельскохозяйственного использования, в 3-4 раза превышает площадь оврага в результате эрозии почвы, теряется 20% продукции растениеводства. Степень развития эрозии почвы и размер ущерба от нее зависят от многих факторов: рельеф местности, вида культуры, гранулометрического состава почвы, интенсивности орошения или выпадающих атмосферных осадков, уровня удобренности полей, системы обработки почвы и др.
Среди комплекса важнейших противоэрозионных мероприятий мощным агротехническим средством повышения противоэрозионной устойчивости почв является применение органических и минеральных удобрений. Растения на удобренной почве развивают более мощную корневую систему, улучшают физические свойства почв, что способствует защите почв от эрозии. Правильный выбор форм доз, сроков и способов внесения и заделки удобрений является важным средством предотвращения потерь питательных веществ при смыве и выщелачивании из почвы.
Анализ причин появления эрозии показывает, что это не неизбежное явление, а вызывается оно в значительной мере нарушением научных принципов и законов земледелия, научно обоснованного комплекса приемов агрономической технологии.
Потенциальным источником загрязнения почв сельхозугодий являются представляющие особую опасность применяемые на удобрение отходы промышленности, остатки сточных вод (ОВС), фосфогипс, а также сапропель и др. Обычно их применяют в высоких дозах, так как они содержат низкий процент биогенных элементов. Систематическое их использование может привести к накоплению в почв металлов, различных токсических соединений. Так, пиритные огарки содержат 40-63% железа, 1-2 — серы, 0,33-0,47 — меди, 0,42-1,35 — цинка, 0,32-0,58% — свинца и другие металлы. В свежих отвалах пиритных огарков содержится до 0,15% мышьяка. Под воздействием атмосферных осадков из них выщелачиваются многие токсические вещества, которые загрязняют почву и водоемы. Использование же высоких доз (5-6 ц/га) пиритных огарков в качестве, например, медного удобрения приводит к загрязнению почвы свинцом, мышьяком и другими металлами, с следовательно, и к повышению их содержания в сельскохозяйственной продукции.
Неблагоприятное воздействие удобрений, различных отходов, применяемых в качестве удобрений и химических мелиорантов, можно свести в основном к следующему.
Неправильное применение удобрений может уходить круговорот и баланс питательных веществ, агрохимических свойства и плодородие почвы.
Нарушение агрономической технологии применения удобрений, несовершенство качества и свойств минеральных удобрений могут снизить урожай сельскохозяйственных культур и качество продукции.
Попадание питательных элементов удобрений и почв в грунтовые воды в поверхностным стоком может привести к усиленному развитию водорослей, образованию планктонов, т.е. эвтрофированию природных вод с вытекающими отсюда негативными последствиями.
Попадание удобрений и их соединений в атмосферу отрицательно сказывается на деятельности сельскохозяйственный и других предприятий, здоровья животных и человека. Высказываются также опасение о возможном разрушении озонового экрана стратосфера следствие проникновения в нее , образующейся при денитрификации азотных соединений почвы и удобрений.
Нарушение оптимизации питания растений макро- и микро- элементами приводит к различным заболеваниям растенийй, а часто и способствует развитию фитопатогенных грибных болезней, ухудшает фитосанитарное состояние почв и посевов.
Влияние агрохимических средств на свойства и плодородие почвы. Почва — важное звено биосферы, и она прежде всего, подвергается сложному комплексному воздействию удобрений и других агрохимических средств, которые могут оказывать на нее следующее влияние: подкислять или подщелачивать среду; улучшать или ухудшать свойства почвы, ее биологическую и ферментативную активность; способствовать вытеснению ионов в почвенный раствор вследствие физико-химического их поглощения; способствовать или препятствовать химическому поглощению биогенных или токсических элементов; усиливать минерализацию гумуса или способствовать его синтезу; ослаблять или активизировать биологическую фиксацию N из атмосферы; усиливать или ослаблять действие других питательных элементов почвы и удобрений; мобилизовывать или иммобилизовывать макро- и микроэлементы почвы; вызывать антагонизм или синергизм питательных элементов и, следовательно, существенно влиять на их поглощение и метаболизм в растениях.
Полный отказ от использования удобрений, который иногда предлагается в качестве одного из возможных путей развития сельского хозяйства, приведет к катастрофическому сокращению производства продовольствия. Поэтому единственно правильное решение данной проблемы — это не отказ от применения, а коренное улучшение технологии использования азотных удобрений, внесение их в оптимальных дозах и соотношениях, правильное хранение.
Заключение
Применение удобрений имеет огромное значение в решении важнейшей народохозяйственной задаче — увеличении производства зерна, особенно сильной и ценной пшеницы, а также в создании прочной кормовой базы для развития животноводства.
В данной курсовой я рассмотрела состояние азота в почве и его динамику, изучила роль азота в питании растений и действие азотных удобрений на величину урожая, его качество и изменение химических свойств каштановых почв Бурятии.
Основное количество азота (до 90% общего содержания) находится в семенах в составе белка. Растительные белки содержат азота от 14 до 18%, т. е. в среднем около 16%.Содержание азота в почвах зависит от количества в них гумуса.В круговороте азота в земледелии процессы нитрификации наряду с положительной играют и отрицательную роль, так как образующиеся нитраты могут вымываться и теряться из почвы в виде газообразных продуктов при денитрификации.
Азот — важнейший питательный элемент всех растений. В среднем его в растении содержится 1-3% от массы сухого вещества. Он входит в состав таких важных органических веществ, как белки, нуклеиновые кислоты, нуклеопротеиды, хлорофилл, алкалоиды, фосфатиды и др.Содержание азота в растениях существенно изменяется в зависимости от вида растений, их возраста, почвенно-климатических условий выращивания культуры, приемов агротехники и т.д.
Азотные удобрения, поступающие в растения, быстро уже в корнях превращается в аминокислоты, из которых затем синтезируются белковые вещества, нуклеиновые кислоты, хлорофилл, витамины, алкалоиды и другие соединения. Поэтому лучшие условия азотного питания способствуют более интенсивному накоплению этих соединений в растениях. Для повышения качества урожая сельскохозяйственных культур важное значение имеют и формы применяемых азотных удобрений. В зависимости от условий минерального питания химический состав растений и качество урожая могут подвергаться значительным изменениям. Здесь нужно иметь в виду не только содержание белка, углеводов, жира, сухих веществ, фосфора, калия, микроэлементов, необходимых для питания человека, но и окраску, размеры плодов, выход товарной продукции первого или второго сорта, лёжкость, вкус, запах, пригодность для консервирования и другие показатели качества, характерные для отдельных культур или целей возделывания растений.
Мировая и отечественная практика интенсивного земледелия убедительно показывает, что удобрения — это материальная основа количества и качества получаемой растениеводческой продукции, источник биогенных элементов для растений.
Существенным источником непроизводительного расходования минеральных удобрений, снижения их положительного действия являются неравномерное распределение по поверхности поля и их сегрегация (расслоение) при транспортировке и внесении.
Большой ущерб в условиях интенсивного земледелия наносит эрозия почвы. Она приобретает глобальный характер и требует коллективных усилий всех стран, как и при решении других проблем охраны окружающей среды.
Полный отказ от использования удобрений, который иногда предлагается в качестве одного из возможных путей развития сельского хозяйства, приведет к катастрофическому сокращению производства продовольствия. Поэтому единственно правильное решение данной проблемы — это не отказ от применения, а коренное улучшение технологии использования азотных удобрений, внесение их в оптимальных дозах и соотношениях, правильное хранение.
Список литературы
Агрохимия. Под ред. В.Г. Минеев. — М.: Изд-во МГУ, 2006 — 720с.
Ногина Н.А. Почвы Забайкалья. — М.: Наука, 1994. — 312 с.
Абашеева Н.Е. Агрохимия почв Забайкалья. — Новосибирск: Наука, Сиб. отд-е, 1996.
Маладаева М.Р., Л.Л. Убугунов, Н.Е. Абашеева. Самостоятельная работа по агрохимии. — 2-е изд., перераб и доп. — Улан-Удэ: Изд-во ФГОУ ВПО БГСХА, 2006.
Агрохимия. Под ред. Б.А. Ягодина. — М.: Колос, 2002. — 584с.
Агроэкология. В.А. Черников и др.; — М.: Колос, 2002. — 536с.
Батудаев А.П., Бохиев В.Б. Севообороты адаптивного земледелия Бурятии: Методические рекомендации. — Улан-Удэ: Изд-во БГСХА, 2004. — 58с.
Кирюшин В.И. Экологизация земледелия и технологическая политика. — М.: Изд-во МСХА, 2003. — 473 с. азотное удобрение урожайность почва
Абашеева Н.Е., Маладаева М.Р., Убугунов Л.Л. и др. Основы применения удобрений в земледелии Бурятии: Учебное пособие. — Улан-Удэ: Изд-во БГСХА, 2002. — 247 с.
Минеев В.Г. Экологические проблемы агрохимии. -М.: Изд-во МГУ, 1988.
Кореньков Д.А. Агроэкологические аспекты применения азотных
удобрений. — М.: Агропрогресс, 1999.
Ефимов В. Аидр. Система применения удобрений.-М.: Колос, 2003.
.Убугунов Л.Л., Убугунова В.И., Пьянкова Н.А. Почвы Бурятии. -Улан-Удэ, 1997.
Донских И.Н. Курсовое и дипломное проектирование по системе удобрения. — М.: Колос, 2002. — 144 с.
Теги:
Азотные удобрения и их роль в повышении урожайности сельскохозяйственных культур на каштановых почвах
Курсовая работа (теория)
Сельское хозяйство
Курсовая работа: Производство азотных удобрений
1 Общая характеристика
Азотные удобрения могут содержать азот в форме свободного аммиака и аминов (аммиакаты), ионов NH4+ и NO3-, аминогруппы NH2, а также в их сочетании. В соответствии с этим различают следующие виды азотных удобрений: аммиачные, аммонийные, нитратные, амидные и аммонийно-нитратные.
Все азотные удобрения водорастворимы, азот из них хорошо усваивается растенимями, особенно из аниона NO3-, который отличается высокой подвижностью в почве. По агрегатному состоянию азотные удобрения делятся на твердые (соли и карбамид) и жидкие (аммиак, аммиачная вода и аммиакаты, представляющие собой растворы твердых удобрений). В табл. 1.1 приведены характеристики важнейших азотных удобрений и удельный вес их в общем балансе производства.
Таблица 1.1 — Ассортимент и характеристика азотных удобрений
| Удобрение | Формула действующего вещества | Содержание азота, % | Удельный вес, %, по годам | |
| 1960 | 1980 | |||
|
Аммиачные Аммиак жидкий Аммиачная вода |
NH3 NH3 |
82 16,1 – 20,1 |
2,8 |
7,1 |
|
Аммонийные Сульфат аммония |
(NH4 )2 SO4 |
19,9 – 21,0 |
17,9 |
1,1 |
|
Нитратные Нитрат натрия Нитрат кальция |
NaNO3 Ca(NO3 )2 |
11,0 – 16,0 18,0 – 11,0 |
— — |
— — |
|
Амидные Карбамид |
CO(NH2 )2 |
46,0 – 46,1 |
2,1 |
27,1 |
| Аммонийно-нитратные | NH4 NO3 | 32,1 – 31,0 | 73,3 | 40,1 |
|
Карбамидоформ-альдегидные Карбаминоформ |
NH2 CONHCH2 |
33,0 – 42,0 |
— |
— |
|
Аммиакаты Азотная часть комплексных минеральных удобрений |
— — |
20,0 – 30,0 — |
— — |
— 19,3 |
В приведенных данных прослеживается тенденция снижения производства сульфата и нитрата аммония и увеличения производства карбамида, жидких азотных удобрений и минеральных удобрений, содержащих, наряду с другими элементами, азот (комплексных минеральных удобрений).
Ниже рассматривается технология производства наиболее распространенных азотных удобрений – нитрата аммония и карбамида, на долю которых приходится свыше 60% общего выпуска азотных удобрений.
1.2 Производство нитрата аммония
1.2.1 Свойства нитрата аммония
Нитрат аммония (аммонийная селитра) NH4 NO3 – кристаллическое вещество с температурой плавления 169,6ºС, хорошо растворимое в воде. Растворимость при 20ºС равна 0,621 мас. долей, при 160ºС – 0,992 мас. долей. Нитрат аммония сильно гигроскопичен и легко поглощает влагу из атмосферы, в зависимости от температуры может существовать в пяти кристаллических модификациях, различающихся плотностью и структурой кристаллов. Вследствие высокой растворимости в воде, гигроскопичности и полиморфных превращений, сопровождающихся выделением тепла, нитрат аммония легко слеживается. Для уменьшения слеживаемости, которая затрудняет использование продукта, в промышленности используют следующие меры:
— перед складированием полученный продукт охлаждают до температуры ниже 32ºС, так как именно в интервале от 32,3ºС до -17ºС нитрат аммония находится в стабильной ромбической модификации;
— выпускают товарный продукт в гранулированном виде, обрабатывая поверхность гранул ПАВ, образующими на них гидрофобную пленку;
— вводят в состав продукта кондиционирующие добавки в виде нитрата магния и других солей, которые связывают свободную воду и препятствуют переходу одной модификации в другую.
Нитрат аммония в твердом состоянии или в виде высококонцентрированного раствора (плава) при нагревании выше 180 — 200 ºС разлагается:
NH4 NO3 = N2 O + 2H2 O – DH, гдеDH = 36,8 кДж.
При быстром нагревании в замкнутом пространстве до 400 — 100ºС или инициировании нитрат аммония разлагается со взрывом по уравнению
NH4 NO3 = N2 + 2H2 O + 0,1O2 – 118 кДж.
Разложение ускоряется в присутствии минеральных кислот и органических веществ. На этом основано использование нитрата аммония в качестве компонента аммонийно-селитровых взрывчатых веществ – аммонитов (смеси с органическими веществами), аммотолов (смеси со взрывчатыми веществами) и аммоналов (смеси, содержащие аллюминий).
Нитрат аммония является безбалластным азотным удобрением и содержит 34,8% азота, из них 17,4% — в аммиачной (NH4+ ) и 17,4% — в нитратной (NO3- ) форме. Поэтому стоимость транспортировки содержащегося в нем азота значительно ниже, чем при перевозке других балластных удобрений (например, сульфата аммония).
1.2.2 Физико-химические основы процесса синтеза
Производство нитрата аммония основано на реакции нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком с последующим упариванием полученного раствора нитрата аммония.
Нейтрализация. Нейтрализация азотной кислоты аммиаком – это необратимый гетерогенный процесс хемосорбции, протекающий с выделением тепла по уравнению
HNO3 + NH3 = NH4 NO3 – DH.
Реакция идет в диффузионной области, и ее скорость лимитируется диффузией аммиака из газа к поверхности жидкости. Количество тепла, выделяющегося при нейтрализации, складывается из теплового эффекта реакции и теплоты растворения образовавшегося нитрата аммония в воде:
Qå = Q1 – (Q2 + Q3 ),
| где | Q1 | – | тепловой эффект реакции нейтрализации 100% азотной кислоты с образованием твердого нитрата аммония; |
| Q2 | – | теплота разбавления азотной кислоты; | |
| Q3 | – | теплота растворения нитрата аммония. |
Таким образом, тепловой эффект процесса зависит от концентрации азотной кислоты, взятой для нейтрализации.
Подогрев компонентов (азотной кислоты и газообразного аммиака) улучшает перемешивание системы, ускоряет процесс нейтрализации и повышает концентрацию раствора нитрата аммония.
Упаривание раствора нитрата аммония. В результате нейтрализации образуется водный раствор нитрата аммония. При этом за счет теплового эффекта реакции нейтрализации часть воды испаряется в виде сокового пара. Интенсивность испарения зависит от величины теплового эффекта и температуры процесса. Поэтому концентрация образующегося раствора определяется как концентрацией азотной кислоты, так и температурой.
С ростом концентрации азотной кислоты возрастает концентрация образующегося раствора нитрата аммония и увеличивается масса выделяющегося сокового пара.
Для испарения воды и концентрирования раствора нитрата аммония можно использовать как внешнее тепло, подводимое к системе, так и теплоту нейтрализации, выделяющуюся в самом процессе (рис. 1.1.).
Qподв
H2 O(пар) NH4 NO3 + H2 O NH4 NO3
DH реакц
Рисунок 1.1 — Использование тепла при упаривании раствора
Использование теплоты нейтрализации для упаривания раствора позволяет:
— снизить затрату внешнего тепла;
— обеспечить за счет отвода тепла из системы оптимальный температурный режим процесса нейтрализации и избежать опасных перегревов;
— исключить применение сложных охладительных устройств.
При использовании азотной кислоты концентрацией 60 – 61 % и температуре процесса около 70ºС оказывается возможным за счет использования теплоты нейтрализации выпарить основную массу воды, вводимой с азотной кислотой, и получить высококонцентрированный раствор и даже плав нитрата аммония.
В соответствии с принципом использования тепла все существующие варианты технологического процесса производства нитрата аммония делятся на две группы:
1 Без упаривания раствора. Концентрирование раствора осуществляется исключительно за счет теплоты нейтрализации азотной кислоты концентрацией 61%. При этом образуется 96% плав нитрата аммония:
Q = DH; Qподв = 0.
2 С упариванием раствора. Концентрирование раствора осуществляется как за счет частичного использования теплоты нейтрализации, так и за счет подводимого извне тепла:
Q = DH + Qподв .
При этом в зависимости от концентрации азотной кислоты последующее упаривание раствора нитрата аммония может производиться:
— при 18% кислоте в 1-й ступени;
— при 10% кислоте в 2-й ступени.
1.2.3 Технологические системы производства
Технологический процесс производства нитрата аммония состоит из следующих основных стадий: нейтрализации азотной кислоты газообразным аммиаком, выпаривание нитрата аммония, кристаллизации и гранулирования плава, охлаждения, классификации и опудривания готового продукта (рис.1.2.).
В настоящее время в связи с освоением производства 18 – 60% азотной кислоты основная масса нитрата аммония производится на установках АС-67, АС-72, АС-72М, мощностью 1360 и 1171 т/сутки с упариванием в одну ступень, а также на установках безупарочного типа (рис.1.3. и 1.4.)
Рисунок 1.2 — Принципиальная схема производства нитрата аммония
Газообразный аммиак из подогревателя 1, обогреваемого конденсатом сокового пара, нагретый до 120 — 160ºС, и азотная кислота из подогревателя 2, обогреваемого соковым паром, при температуре 80 — 90ºС поступают в аппарат ИТН (с использованием теплоты нейтрализации) 3. Для уменьшения потерь аммиака вместе с паром реакцию ведут в избытке кислоты. Раствор нитрата аммония из аппарата ИТН нейтрализуют в донейтрализаторе 4 аммиаком, куда одновременно добавляется кондиционирующая добавка нитрата магния и поступает на упаривание в выпарной аппарат 1. Из него образовавшийся плав нитрата аммония через гидрозатвор-донейтрализатор 6 и сборник плава 7 направляется в напорный бак 8 и из него с помощью виброакустических грануляторов 9 поступает в грануляционную башню 10. В нижнюю часть башни засасывается атмосферный воздух, и подается воздух из аппарата для охлаждения гранул «КС» 12. Образовавшиеся гранулы нитрата аммония из нижней части башни поступают на транспортер 11 и в аппарат кипящего слоя 12 для охлаждения гранул, в который через подогреватель 13 подается сухой воздух. Из аппарата 12 готовый продукт направляется на упаковку. Воздух из верхней части башни 10 поступает в скрубберы 14, орошаемые 20% раствором нитрата аммония, где отмывается от пыли нитрата аммония и выбрасывается в атмосферу. В этих же скрубберах очищаются от непрореагировавшего аммиака и азотной кислоты газы, выходящие из выпарного аппарата и нейтрализатора. Аппарат ИТН, грануляционная башня и комбинированный выпарной аппарат – основные аппараты в технологической схеме АС-72М.
Рисунок 1.3 — Технологическая схема производства АС-72М:
1 – подогреватель аммиака; 2 – подогреватель кислоты; 3 – аппарат ИТН; 4 – донейтрализатор; 1 – выпарной аппарат; 6 – гидрозатвор-донейтрализатор; 7 – сборник плава; 8 – напорный бак; 9 – виброакустический гранулятор; 10 – грануляционная башня; 11 – транспортер; 12 – охладитель гранул «КС»; 13 – подогреватель воздуха; 14 – промывной скруббер
Аппарат ИТН имеет общую высоту 10 м и состоит из двух частей: нижней реакционной и верхней сепарационной. В реакционной части находится перфорированный стакан в который подают азотную кислоту и аммиак. При этом за счет хорошей теплоотдачи реакционной массы стенкам стакана, реакция нейтрализации протекает при температуре, более низкой, чем температура кипения кислоты. Образующийся раствор нитрата аммония закипает, и из него испаряется вода. За счет подъемной силы пара парожидкостная эмульсия выбрасывается из верхней части стакана и проходит через кольцевой зазор между корпусом и стаканом, продолжая упариваться. Затем она поступает в верхнюю сепарационную часть, где раствор, проходя ряд тарелок, отмывается от аммиака раствором нитрата аммония и конденсатом сокового пара. Время пребывания реагентов в реакционной зоне не превышает одной секунды, благодаря чему не происходит термического разложения кислоты и нитрата аммония. За счет использования теплоты нейтрализации в аппарате испаряется большая часть воды и образуется 90% раствор нитрата аммония.
Комбинированный выпарной аппарат высотой 16 м состоит из двух частей. В нижней кожухотрубной части диаметром 3м происходит упаривание раствора, проходящего через трубки, обогреваемые сначала перегретым паром, нагретым до 180ºС воздухом. Верхняя часть аппарата служит для очистки выходящей из аппарата паровоздушной смеси и частичного упаривания поступающего в аппарат раствора нитрата аммония. Из выпарного аппарата выходит плав нитрата аммония концентрацией 99,7% с температурой около 180ºС.
Грануляционная башня имеет прямоугольное сечение 11х8 м2 и высоту около 61 м. Через отверстие в нижней части в башню поступает наружный воздух и воздух из охладителя гранул. Поступающий в верхнюю часть башни плав нитрата аммония диспергируется с помощью трех виброакустических грануляторов, в которых струя плава превращается в капли. При падении капель с высоты около 10 м они затвердевают и превращаются в гранулы. Кристаллизация плава с влажностью 0,2% начинается при 167ºС и заканчивается при 140 ºС. Объем воздуха, подаваемого в башне, составляет в зависимости от времени года 300 – 100 м3 /час.
В установках АС – 72М применяется магнезиальная добавка против слеживаемости продукта (нитрат магния). Поэтому операции обработки гранул ПАВ, предусмотренной в схемах АС – 67 и АС – 72, не требуется.
Принципиальными отличиями технологической схемы производства нитрата аммония безупарочным методом (рис. 1.4.) являются: использование более концентрированной азотной кислоты; проведение процесса нейтрализации при повышенном (0,4МПа) давлении; быстрый контакт нагретых компонентов.
В этих условиях на стадии нейтрализации образуется парожидкостная эмульсия, после разделения которой получают плав концентрацией 98,1%, что позволяет исключить отдельную стадию упаривания раствора.
Рисунок 1.4 — Технологическая схема безупарочного метода:
1 – подогреватель азотной кислоты; 2 – подогреватель аммиака; 3 – реактор (нейтрализатор); 4 – сепаратор эмульсии; 1 – барабанный кристаллизатор; 6 – нож; 7 – барабанная сушка.
Нагретые в нагревателях 1 и 2, обогреваемые паром, выходящим из сепаратора, эмульсии 4, азотная кислота и аммиак поступают в нейтрализатор 3, где в результате реакции образуется эмульсия из водного раствора нитрата аммония и водяного пара. Эмульсия разделяется в сепараторе 4 и плав нитрата аммония подается в барабанный кристаллизатор 1, в котором нитрат аммония кристаллизируется на поверхности металлического барабана, охлаждаемого изнутри водой.
Образовавшийся на поверхности барабана слой твердого нитрата аммония толщиной около 1 мм срезается ножом 6 и в виде чешуек поступает для просушивания в барабанную сушилку 7. Подобный продукт в виде чешуек используется для технических целей.
1.3 Производство карбамида
1.3.1 Свойства карбамида
Карбамид (мочевина) – диамид угольной, или амид карбаминовой кислот CO(NH2 )2. Генетическая связь производных угольной кислоты может быть выражена следующей схемой:
ОН ОН ОNН4 NН2
| | | |
C=О C=О C=О C=О
| | | |
ОН NН2 NН2 NН2
угольная карбаминовая карбамат карбамид
кислота кислота аммония
Карбамид представляет собой твердое кристаллическое вещество с температурой плавления 132,7ºС. Хорошо растворим в воде, этаноле и жидком аммиаке, что используется для получения аммиакатов. При нагревании выше 130 ºС подвергается термической диссоциации с образованием биурета и выделением аммиака:
2CO(NH2 )2 = H2 N – CO – NH – СО – H2 N + NH3 .
Водные растворы карбамида устойчивы до 80 ºС, при более высокой температуре разлагаются через образование карбоната аммония на аммиак и оксид углерода (IV):
CO(NH2 )2 + 2H2 O Û (NH4 )2 CO3 Û (NH4 )2 HCO3 + Û
Û CO2 + H2 O + 2NH3 .
Это исключает возможность длительного нагревания растворов карбамида при атмосферном давлении, например, в процессе выпаривания.
Карбамид – безбалластное высококонцентрированное МУ. Он легко усваивается растениями. Содержание азота в нем в амидной форме составляет 46,6%. По сравнению с нитратом аммония карбамид более богат азотом, меньше слеживается, не взрывоопасен в смесях с органическими веществами и медленнее вымывается из почвы.
1.3.2 Физико-химические основы процесса синтеза
В основе получения карбамида лежит взаимодействие аммиака с оксидом углерода (IV) с последующей дистилляцией продуктов синтеза и переработкой полученных растворов. При синтезе карбамида последовательно протекают две обратимых реакции:
образование карбамата аммония:
2NH3 + CO2 ÛCO(NH2 )(ONH4 ) – 121,6 кДж (1)
и дегидратации карбамата аммония до карбамида:
CO(NH2 )(ONH4 )ÛCO(NH2 )2 + H2 O–11,1 кДж (2)
Процесс синтеза описывается суммарным уравнением:
2NH3 + CO2 = CO(NH2 )2 + H2 O – 110,1кДж.
Он протекает в гетерогенной системе, состоящей из газообразной фазы (аммиак, диоксид углерода, пары воды) и жидкой фазы, включающей расплавленные и растворенные компоненты (аммиак, карбамат аммония, карбонаты аммония, карбамид) и воду.
Скорости реакций 1 и 2 различны. Реакция 1 протекает значительно быстрее реакции 2, поэтому лимитирующей процесс синтеза стадией, от которой и зависит выход продукта, является стадия дегидратации карбамата аммония 2. Состояние равновесия и скорость ее определяются температурой, давлением, соотношением аммиака и диоксида углерода и содержанием воды в реакционной смеси.
Скорость реакции 2 возрастает с увеличением температуры и давления. Так как она протекает с поглощением тепла, то повышение температуры одновременно способствует смещению равновесия вправо и увеличивает степень конверсии карбамата аммония.
Повышение температуры быстро смещает равновесие реакции 1 влево, что приводит к уменьшению концентрации карбамата и, следовательно, к падению скорости реакции 2 конверсии карбамата в карбамид.
Максимальная степень превращения карбамата аммония в карбамид достигается при температуре около 220ºС. При этой температуре продолжительность процесса составляет около 60 минут. При понижении температуры для достижения более высокой степени превращения карбамата в карбамид время процесса существенно увеличивается.
Скорость образования карбамата аммония возрастает пропорционально квадрату давления и при давлении 1 МПа протекает практически мгновенно.
Наибольшее влияние на выход карбамида оказывает избыток аммиака в исходной смеси сверх стехиометрического количества (NH3: CO2 – 2: 1). Избыток аммиака смещает равновесие реакции 1, а также вследствие своего дегидратирующего действия связывает реакционную воду, удаляя ее из сферы реакции, и смещает вправо равновесие реакции 2. Образование карбамата и его дегидратация до карбамида протекают в жидкой фазе, поэтому в реакторе должны быть созданы условия ее существования. Этому способствует увеличение степени заполнения реактора, что приводит к уменьшению объема газовой фазы, и нагрев реакционной смеси до температуры выше эвтектической точки системы «карбамат-карбамид», равной 98ºС.
Влияние различных факторов на состояние равновесия системы «карбамат-карбамид» можно представить в виде следующей схемы:
Т (за счет экзотермичности реакции 1)
сдвиг влево
сдвиг вправо
Р
(за счет ускоре- (за счет подав- NH3 /CO2
ния наступления ления диссоци- (за счет связывания
равновесия ации карбамата воды в реакции 2)
в реакции 2) в реакции 1)
Оптимальный режим процесса синтеза карбамида должен обеспечить: быстрое и полное протекание реакции 1, протекание реакции 2 не менее, чем на 71%.
Этим условиям отвечают следующие параметры процесса: температура 180 — 200ºС, давление 20 МПа, избыток аммиака 100% сверх стехиометрического количества, то есть мольное отношение NH3: CO2 – 4: 1
1.3.3 Технологическая схема производства
В результате взаимодействия аммиака и оксида углерода (IV) образуется сложная система, состоящая из целевого продукта карбамида, полупродукта карбамата аммония, воды, карбонатов аммония и избытка аммиака. Для выделения из нее твердого карбамида и утилизации не вступивших в реакцию остальных компонентов и карбамата полученный раствор подвергают дистилляции. В процессе дистилляции отгоняется избыток аммиака и воды и происходит разложение карбонатов аммония (аммонийных солей).
В зависимости от того, возвращаются эти продукты в процесс или после отделения карбамида используются в других производствах (например, для получения нитрата аммония), технологические схемы производства карбамида делятся на две группы:
— без возвращения продуктов дистилляции в цикл (разомкнутая схема, без рецикла);
— с возвращением продуктов дистилляции в цикл (замкнутая схема, с рециклом).
В первом случае весь выделившийся при дистилляции аммиак поглощают азотной кислотой для получения нитрата аммония, при этом производство карбамида комбинируется с производством нитрата аммония.
Во втором случае продукты дистилляции частично (частичный рецикл ) или полностью (полный рецикл ) возвращаются в цикл на синтез карбамида. Существуют для варианта полного рецикла: газовый рецикл, при котором продукты дистилляции возвращаются в газообразном виде, и жидкостный рецикл, при котором они возвращаются в виде раствора аммонийных солей.
На рисунке 1.3. представлена принципиальная схема производства карбамида с полным жидкостным рециклом.
Аммиак Вода
Синтез Дистилляия Упаривание Карбамид
Диоксид Раствор
углерода аммонийных
солей
Рисунок 1.3 — Принципиальная схема с полным рециклом
Наиболее экономична технологическая схема с полным жидкостным рециклом, так как в ней не требуется сжатия возвращаемых в цикл горячих газов (аммиака и диоксида углерода), что может вызвать засорение трубопроводов образующимся твердым карбамидом и их коррозию.
На рис. 1.4 приведена технологическая схема производства карбамида с полным жидкостным рециклом и двухступенчатой дистилляцией плава мощностью 90 тыс. тонн в год.
Рисунок 1.4 — Технологическая схема производства карбамида:
1 – смеситель аммиака, диоксида углерода и раствора аммонийных солей, 2 – промывная колонна; 3 – колонна синтеза; 4, 11 – редукторы; 1 – ректификационная колонна I ступени; 6 – сепаратор; 7, 13 – подогреватели; 8 – выпарные аппараты I и II ступеней; 9, 10, 11 – холодильники-конденсаторы; 12 – ректификационная колонна II ступени; 14 – сепаратор II ступени; сборник раствора карбамида; 17 – сборник плава; 18 – грануляционная башня; 19 – транспортер
Оксид углерода (IV), очищенный от примесей и сернистых соединений, сжатый до 20 МПа, и жидкий аммиак под давлением 11 МПа поступают в смеситель 1 при температуре 80 – 100ºС. Сюда же подается раствор аммонийных солей из промывной колонны 2. В смесителе обеспечивается мольное отношение NH3 :CO2 :H2 O=4,1:1:0,1. Из смесителя смесь, разогревшаяся за сет частичного образования карбамата до 171ºС, направляется в нижнюю часть колонны синтеза 3, где заканчивается образование карбамата аммония, и он превращается на 61% в карбамид. Для обеспечения оптимального теплового режима в колонну дополнительно вводят жидкий аммиак. Из верхней части колонны плав после дросселирования в редукторе 4 подается на двухступенчатую дистилляцию. Агрегат дистилляции каждой ступени состоит из трех аппаратов: ректификационной колонны, подогревателя и сепаратора. Сначала плав поступает в ректификационную колонну 1 первой ступени 1, где давление снижается до 2 МПа. В колонну 1 из сепаратора первой ступени 6 подается противотоком газ. В колонне первой ступени проходит выделение карбамида из реакционной смеси, разложение карбамата аммония и образование из аммиака диоксида углерода и воды водного раствора аммонийных солей. Плав из колонны 1, пройдя подогреватель 7, поступает при температуре 160 ºС в сепаратор первой ступени 6, в котором разделяются жидкая и газообразная фазы. Газы возвращаются в колонну 1 и оттуда в нижнюю часть промывной колонны 2. Верхняя часть промывной колонны орошается жидким аммиаком и аммиачной водой, поступающей в виде конденсата из выпарного аппарата 8 через холодильник-конденсатор 9. В промывной колонне из газа вымывается диоксид углерода и образуется водный раствор аммонийных солей, а газообразный аммиак отводят из верхней части колонны и после сжижения в холодильнике-конденсаторе 10 возвращают в процесс. Водный раствор аммонийных солей перекачивается в смеситель 1 и оттуда в колонну синтеза 3. Раствор карбамида из сепаратора первой ступени 6 дросселируется до давления 0,3 МПа в редукторе II и подается в ректификационную колонну второй ступени 12, откуда поступает в подогреватель 13 и сепаратор 14. В колонне второй ступени происходят дальнейшее разложение карбамата до аммиака и диоксида углерода и образование водного раствора карбоната и бикарбоната аммония. Из нижней части сепаратора 14 выходит 70% раствор карбамида, а из верхней – парогазовая смесь, содержащая аммиак, диоксид углерода и пары воды, которая поступает в нижнюю часть ректификационной колонны 12. Газовая смесь из колонны 12 охлаждается в холодильнике-конденсаторе 11 и в виде раствора аммонийных солей подается в нижнюю часть промывной колонны 2. Раствор карбамида из сепаратора второй ступени 14 собирается в сборнике 16 и подается на упаривание последовательно в вакуум-аппараты первой и второй ступеней при температуре 140ºС и давлении 0,003 МПа. Полученный плав карбамида концентрацией около 0,998 мас. дол. поступает через сборник плава 17 в грануляционную башню 18 и распыляется в ней. Образовавшиеся гранулы при температуре около 70ºС транспортером 19 подают на операции классификации, охлаждения и упаковки. Выход карбамида в расчете на диоксид углерода составляет около 91%.
В последние годы в производстве карбамида был внедрен стриппинг-процесс, в котором разложение карбамата аммония в плаве ведут при давлении, близком к давлению синтеза, путем продувки плава сжатым диоксидом углерода. В этих условиях карбамат аммония диссоциирует за счет снижения парциального давления аммиака и сдвига равновесия реакции 1 влево. На принципе стриппинг-процесса в настоящее время работают установки большой единичной мощности 1000 – 1100 т/сут. Технологическая схема подобного процесса представлена на рисунке 1.1.
Рисунок 1.1 — Технологическая схема стриппинг-процесса
1 – конденсатор высокого давления; 2 – колонна синтеза; 3 – отдувочная колонна; 4 – инжектор; 1 – скруббер; 6 – редуктор; 7 – ректификационная колонна; 8 – редуктор; 9 – сборник раствора; 10 – холодильник- конденсатор; 11 – выпарной аппарат; 12 – гранулятор; 13 – транспортер
Из конденсатора высокого давления 1 в нижнюю часть колонны синтеза 2 поступают водный раствор карбамата аммония, аммонийных солей, аммиак и диоксид углерода. Образовавшийся плав направляется в отдувочную колонну 3, обогреваемую паром, в которую противотоком поступает под давлением 11 МПа диоксид углерода. Из колонны 3 парогазовая смесь, содержащая свежий диоксид углерода, поступает в конденсатор высокого давления 1, куда через инжектор 4 вводится жидкий аммиак. Он одновременно служит рабочим телом в инжекторе, подающем в конденсатор раствор аммонийных солей из скруббера 1 и часть плава из колонны синтеза. В конденсаторе образуется карбамат, а тепловой эффект реакции используют для выработки пара. Непрореагировавшие в колонне синтеза газы и пары воды поступают в скруббер высокого давления 1, в котором конденсируются и через инжектор 4 направляются в конденсатор высокого давления 1. Водный раствор карбамида, выходящий из отдувочной колонны 3, содержит до 1% карбамата аммония. Для его разложения раствор дросселируют в редукторе 6 до давления 0,3 – 0,6 МПа и направляют в верхнюю часть ректификационной колонны 7. В ней жидкая фаза в виде 70% раствора карбамида стекает вниз и после снижения давления до 0,1 МПа в редукторе 8 собирается в сборнике раствора 9. Водяные пары, выходящие из ректификационной колонны 7, конденсируются в холодильнике-конденсаторе 10, растворяя содержащиеся в них аммиак и диоксид углерода, и полученный раствор аммонийных солей направляется в скруббер 2. Раствор карбамида из сборника 9 поступает в выпарной аппарат 11 и после упаривания в грануляционную башню 12, откуда в виде гранул направляется транспортером 13 на склад.
Стриппинг-процесс производства карбамида позволяет использовать тепловой эффект реакции образования карбамида, упростить технологическую схему, сократить количество оборотной воды и, в целом, является поэтому более экономичным, чем обычный.
Дальнейшее совершенствование производства карбамида заключается в создании интегральных схем, объединяющих производство карбамида, аммиака и нитрата аммония, повышении единичной мощности установок, внедрении технологических схем со стриппинг-процессом.
В заключении в табл.1.2 приведены расходные коэффициенты в производстве нитрата аммония и карбамида.
Таблица 1.2 –
Расходные коэффициенты в производстве азотных удобрений
| Сырье и энергия (на тонну готового продукта) | Производство нитрата аммония в установке АС-72М | Производство карбамида | |
| Полный жидкостный цикл | Стриппинг- процесс | ||
| Аммиак, т | 0,214 | 0,18 | 0,176 |
| Диоксид углерода, т | — | 0,77 | 0,71 |
| Азотная кислота, т | 0,786 | — | — |
| Вода, м3 | 0,1 | 100 | 87 |
| Электроэнергия, кВт·ч | 21,1 | 110 | 120 |
| Пар, т | 0,214 | 1,1 | 1,01 |
Курсовая работа
На тему: «Азотные удобрения при
выращивании ячменя».
Подготовка
и внесение удобрений.
Внесение
удобрений — одна из ответственейших работ в постановке полевого опыта, так как
неправильно взвешенная навеска и неравномерное внесение ее на делянке приводят
к искажению истинного урожая, проявлению ошибки и снижению точности опыта. Виды
или формы удобрений должны соответствовать ГОСТам, быть произведены на одном
химическом заводе или комбинате. Удобрения разных химических предприятий
отличаются по содержанию как действующего вещества, так и сопутствующих
элементов. Качественную и количественную характеристику удобрения можно взять
из сопроводительных документов, в том числе и с этикеток. Когда этих документов
нет, нужно взять среднюю пробу из поступившей партии удобрений и провести
химический анализ.
Дозы
удобрений рассчитывают на опытную делянку согласно схеме опыта. Все расчеты
заносят в полевой журнал. До выхода в поле экспериментатор должен знать,
сколько и в каком количестве ему потребуется удобрений на весь опыт.
Количество
удобрений, вносимое на опытную делянку, зависит от содержания элемента питания
и от принятой площади опытной делянки.
При
взятии навесок требуется внимательность и аккуратность. Навески менее 1 кг отвешивают
с точностью до 1 г, от 1 до 10 — с точностью до 10 г и свыше 10 кг — до 100 г.
Подготовка
к внесению минеральных удобрений может быть проведена двумя способами: за
несколько дней до внесения в лаборатории или в другом помещении; в полевых
условиях (запольные участки, дороги).
Заблаговременно
взвешенные и подготовленные навески размещают в полиэтиленовые пакеты. В них
кладут этикетку с указанием номера делянки, варианта, массы удобрения. Пакеты в
перевязанном состоянии помещают в мешки, ящики и доставляют к полю. В поле
пакеты раскладывают по всем делянкам опытного участка. Число навесок должно
соответствовать количеству делянок.
Если
удобрения взвешивают в поле, то перед этим перемешивание необходимо проводить в
полиэтиленовой пленке, для того, чтобы избежать потерь.
Навески
в таком случае помещать в пакеты необязательно, их можно перенести в ведра.
Каждая навеска, как и в первом случае, должна иметь этикетку. Вносит удобрение
из пакетов неудобно, особенно когда навески большие, поэтому привезенные
пакеты с удобрениями также перед внесением лучше пересыпать в ведра. Для
работы требуется 3-4 ведра, которые можно после тщательной очистки от удобрений
можно использовать повторно.
Если
испытывают дозы, сроки, способы внесения минеральных удобрений, то на небольших
делянках их вносят путем ручного рассева на поверхности почвы. При небольших
навесках удобрения рекомендуют предварительно перемешать с привезенным на поле
сухим песком или почвой, взятой с той же делянки, для которой предназначено удобрение.
Внесение удобрений желательно проводить в сухую безветренную погоду.
Рассеивать
удобрение необходимо в несколько приемов, проходя делянку вдоль и поперек.
Делянки площадью 200 м2 и больше рекомендуют разделить на несколько
равных частей и, пропорционально разделив общую навеску, внести удобрение по
частям. Рассев удобрения — работа несложная, но требующая большого внимания и
аккуратности.
Обработка
почвы, посев и посадка на опытном участке
Обработка
почвы под ячмень яровой должна удовлетворять все повышенные требования ячменя к
состояния почвы. Почва должна быть пышной, чистой от сорняков. В зависимости от
предшественника, состояния почвы и погодных условий почва приготавливается
по-разному. При размещении ярового ячменя после, зерновых и зернобобовых
культур система зяблевой обработки почвы включает лущение стерни и пахоту на
зяб. Лущить стерню нужно одновременно со сбором предшественника. Если поле
засоренное однолетними сорняками, чаще ограничиваются одним лущением дисковыми
лущильниками (ЛД-10, ЛДГ-15) на глубину 6—8 см. При сильной засоренности через
3—4 недели после первого лущения проводят второе лущение на глубину 10-12 см
лущильниками ЛДГ-20 или ЛДГ-10А. После сбора кукурузы поле лущат тяжелыми
дисковыми боронами (БДТ-7А, БДТ-10) на глубину 12—14 см. На полях, засоренных
осотом, пыреем, лущения также проводят дважды: на площадях, засоренных
корневищными сорняками (пыреем), — дисковыми боронами (БДТ-7, БДТ-3) или
лущильниками (ЛДГ-10, ЛДГ-15) на глубину 10 — 12 см; на полях с
коренепаростковими сорняками (осот) первое лущение дисковыми лущильниками
проводят на глубину 6—8 см, второе через 15—20 дней — лемешными лущильниками
(ППЛ-10-25) на глубину 12 — 14 см.
Зяблевую
пахоту плугами с передплужниками после покрытых стерней предшественников проводят
на глубину 20 — 22 см, а на полях, засоренных осотом, 25 — 27 см, спорышом —
30см.
Обработка
почвы под ячмень яровой, а именно зяблевая пахота, после таких пропашных
культур, как картофель, сахарная свекла, проводится на глубину 20 — 22 см и
часто без предыдущего лущения, после кукурузы — на глубину к 30 см. В районах
Степи пахоту лучше всего проводить в конце сентября; в Лесостепи на полях,
засоренных многолетними сорняками, — в конце сентября — в начале октября;
однолетними —в начале августа с последующим полупаровым возделыванием поля; в
Полесье — через 2—3 недели после своевременного лущения.
Система
обработки почвы под ячмень яровой в районах недостаточного увлажнения с
возможной ветровой эрозией может включать безотвальное возделывание, особенно
при размещении посевов ячменя после покрытых стерней предшественников,
кукурузы. Начинают такую обработка игольчатой бороной БИГ-3 (а при сильном
пересыхании почвы вместо БИГ-3 применяют дисковое лущение), после чего площадь
обрабатывают культиватором КПЕ-3,8А на глубину 14см. Осенью такие поля
обрабатывают плоскорезами: КПГ-250, ПГ-3-5, ОПТ-3-5, на глубину 16 — 12 см на
легких почвах и с мелким пахотным слоем или на 27 — 30см на почвах с глубоким пахотным
слоем.
Весенняя
обработка почвы под ячмень на пышных почвах состоит из раннего двухразового
боронования средними или тяжелыми боронами, на тяжелых из боронованием
(закрытием влаги) и культивации с одновременным боронованим на глубину заделки
семян(6-8см). Поля, чистые от послеукосных остатков обрабатывают агрегатом из
последовательно соединенных тяжелых, средних и легких борон. Начинать обработку
почвы следует при наступлении ее физической спелости.
Методика отбора почвенных
проб.
После разбивки опытного участка на делянки в опытах с
удобрениями отбирают смешанные почвенные образцы для агрохимической
характеристики почвы, а также для сравнения исходных агрохимических данных до
закладки с результатами исследований в период проведения опыта и в конце его.
Общеизвестно, что органические и минеральные удобрения оказывают прямое влияние
на плодородие почвы, на ее физические, физико-химические, микробиологические
свойства.
Применение органических удобрений благоприятствует
гумусообразованию, накоплению элементов. Систематическое использование
физиологически кислых удобрений без известкования и органических удобрений
приводит к дополнительному подкислению почвы, переходу в нерастворимое
состояние фосфатов, снижению микробиологической активности и т.д.
Позитивные и негативные изменения почвенного плодородия,
влияющие на рост, развитие и урожайность культур, можно установить при
сопоставлении агрохимических показателей почвы различных вариантов опыта.
Географическая сеть опытов с удобрениями рекомендует
отбирать почвенные образцы до внесения удобрений с каждой делянки, а после
внесения, посева и посадки опытных культур как минимум с двух повторений. При
последовательном расположении повторений в один или два яруса это будут 1 и 3
или 2 4, т.е. несмежные повторения. При рендомизированном распределении
вариантов число делянок для почвенных проб также должно быть не менее двух.
На остальных повторениях дополнительно берут 4-6
образцов, расположенных равномерно на площади участка. Каждый смешанный образец
составляют из 5-10 индивидуальных образцов, взятых из 5-10 точек, расположенных
равномерно по длине делянки.
Индивидуальные образцы должны отбираться с глубины
пахотного слоя (0-20-25 см), не затрагивая подпахотный слой. Индивидуальные
образцы подпахотных слоев отбирают при необходимости проследить за изменениями
агрохимических показателей почвы в результате использования удобрений в
длительных стационарных опытах. Накопление в подпахотных слоях элементов
питания происходит в результате миграции их с атмосферными осадками, а также в
результате отмирания корневой системы растений, содержащей значительное
количество микро- и макроэлементов.
Для взятия смешанных образцов используют почвенные буры
Осипова БОП-30-140, БОП-30-70 или тростевые буры. При отсутствии буров
используют обычные штыковые лопаты. При отборе почвенным буром получение
достаточной массы смешанного образца возможно из 5-10 индивидуальных проб, а
тростевым буром — не менее чем из 20 индивидуальных проб. Индивидуальный
почвенный образец, взятый из одной точки лопатой, высыпают на клеенку,
полиэтиленовую пленку или плотную бумагу и после тщательного перемешивания из
него берут среднюю пробу строго определенного объема, которую помещают в мешок
или коробку. После смешивания отбирают смешанный образец в 300-400 г. Так
отбирают смешанные образцы в случае, если программой предусматривается
поведение только агрохимических исследований почвы для определе6ния
питательного режима в установленные сроки в период вегетации растений или в
определенные фазы развития. Если запланирован одновременный отбор растительных
проб, то почвенные пробы отбирают из-под растений, взятых для анализа.
Учет
урожая
Учет
урожайности культур в опыте может быть проведен двумя путями: прямым и
косвенным.
Прямой
метод учета. Предусматривается уборку и взвешивание урожая со всей учетной
площади делянки. Он наиболее точен, прост в работе и пересчете урожайности с
учетной площади делянки на гектарную площадь.
Косвенный
метод учета. Используют не всю массу урожая, а лишь часть ее, представляющую
среднюю пробу из урожая всей массы. На зерновых наиболее распространенным
косвенным методом является учет по пробному снопу и малым площадкам.
Прямой
метод учета не исключается возможность скашивания растений на делянке вручную, жнейками,
комбайнами с последующим обмолотом в сушильных сараях или других местах. Сжатые
или скошенные растения на учетной площади делянки собирают в снопы и вывозят с
поля. Чтобы не перепутать снопы с разных делянок, к ним подвешивают этикетку с
указанием номера делянки и варианта.
Косвенный
метод учета урожайности по пробному снопу заключается в том, что учитывают не
всю массу урожая с учетной площади, а лишь среднюю пробу из него — пробный
сноп. После скашивания и удаления защитных полос с опытного участка приступают
к скашиванию растений на учетной площади делянки, при этом растения остаются на
тех же местах делянки, где произрастали. Затем, проходя по диагонали делянки,
горстями отбирают среднюю пробу массой 5-7 кг и более. Перед взвешиванием всей массы
с делянки все растения могут быть связаны в снопы и расставлены согласно
схематическому плану по делянкам либо собраны в копны, не допуская
перемешивания растений отдельных вариантов. Далее высушивают, обмолачивают.
В
опыте с ячменем учетная площадь делянки равно 100 м2. Масса пробного
снопа 5 кг, а масса зерна и сломы с пробным снопом 50 кг. После просушивания
масса пробного снопа оказалась равной 4 кг, а при обмолоте получено зерна 2 кг
и соломы 2 кг. Следовательно, после просушивания убыль массы снопа составила 1
кг, или 25%. Следует полагать, что такой процент остается и для всей массы
урожайности с делянки и после просушки мы получили бы 40 кг зерна и соломы.
Зная соотношение зерна и соломы (1:1), можно считать, на делянке 20 кг зерна и
20 кг соломы.
Урожайность
зерна с делянки можно посчитать по формуле:
Х
= АВ/Б,
где
А — урожайность общей массы с 1 делянки, кг; В — масса зерна с пробного снопа,
кг; Б — масса сырого пробного снопа.
Обработка
данных.
Влияние
различных форм азотных удобрений на урожайность ячменя
|
Варианты опыта |
Урожайность, ц/га, по повторностям |
S |
Среднее |
|||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
|||
|
Без удобрений |
12,8 |
13,4 |
11,8 |
12,7 |
50,7 |
12,7 |
|
Р60К60 (фон) |
16,2 |
15,4 |
14,8 |
14,6 |
61,0 |
15,2 |
|
NH4NO3 |
19,4 |
20,2 |
20,8 |
21,1 |
81,5 |
20,4 |
|
(NH4)2SO4–N60 |
26,5 |
27,4 |
26,2 |
27,3 |
107,4 |
26,8 |
|
СO(NH2)2– |
29,2 |
30,1 |
28,7 |
30,8 |
118,8 |
29,7 |
|
Р |
104,1 |
106,5 |
102,4 |
106,5 |
Q= 419,4 |
М=20,9 |
Внесение
удобрений
Дозы
удобрений на сосуд рассчитывают по действующему веществу, причем там, где это
не противоречит теме опыта, лучше применять не удобрения, а химически чистые
соли, так как они содержат минимальное количество балласта.
Если
почва односторонне богата каким-то элементом, дозу его уменьшают до 2-5 раз.
Удобрения вносят, перемешивая их с почвой, в виде растворов, порошков и гранул.
Растворимые в воде соли удобнее вносить в виде процентных растворов
определенных (1-10%) концентраций, отмеряя их объемы до 50 мл бюреткой или
пипеткой, а более 50 мл цилиндрами. Нерастворимые соли и удобрения вносят в
сухом виде, взяв навеску до 5 г на аналитических весах, а более 5 г на
технохимических весах.
Подготовка
семян и посадочного материала.
Зерновые культуры высевают проращенными семенами на глубину 1,5-2,0 см. На
сосуд 20х20 высевают 20-25 семян зерновых злаков. При посеве очень удобно
делать лунки для семян специально приготовленным маркером. При надавливании
маркера на поверхность почвы, а затем поднятии его шипы оставляют лунки нужной
глубины, в которые пинцетом вносят корешком вниз семена.
Проращивание семян проводят противнях, плоских блюдах или другой посуде, в
которую тонким слоем настилают чистый кварцевый песок, увлажняют
дистиллированной водой и покрывают фильтровальной бумагой.
На
фильтровальную бумагу кладут семена и снова покрывают бумагой. Оптимальная температура
должна быть 28-300С.
Посеянные
семена в лунки заделывают легким надавливанием ладонью и равномерным
прикатыванием поверхности почвы, после чего почву засыпают чистым кварцевым
песком. Песок необходим для предохранения потери влаги и от размывания
поверхности почвы при поливе.
После
посева сосуды закрывают листами бумаги, а если они остаются под открытым небом,
дополнительно полиэтиленовой пленкой, чтобы избежать промачивания дождями.
Листы бумаги снимают после появления первых всходов.
Влияние
различных азотных удобрений на урожайность яровой пшеницы
|
Вариант опыта |
Урожайность, г(зерна), по повторностям |
S |
Среднее |
||
|
1 |
2 |
3 |
|||
|
Без удобрений |
2,0 |
2,1 |
2,2 |
6,3 |
2,1 |
|
Р0,1 К0,1 (фон) |
4,0 |
3,8 |
4,0 |
11,8 |
3,9 |
|
NH4NO3 |
5,0 |
5,5 |
5,0 |
15,5 |
5,2 |
|
(NH4)2 |
4,8 |
5,0 |
5,2 |
15,0 |
5,0 |
|
(СO(NH2)2 |
4,8 |
5,2 |
5,0 |
15,0 |
5,0 |
Обновлено: 31.03.2023
В мировом земледелии азотные удобрения занимают наибольшую долю, которая и в дальнейшем будет увеличиваться. Причина заключается в том, что азотные удобрения и продукты их превращений в почве очень мобильны – они усваиваются растениями и микроорганизмами, могут вымываться из почвы, теряться в виде газообразных веществ, переходить в органичеcкие соединения, фиксироваться минеральной частью почвы и т. д. Азот в минеральной форме не накапливается в почве, поэтому азотные удобрения не имеют существенного последействия и их приходится вносить ежегодно.
Возможно накопление азота в составе органического вещества почвы, если удается обеспечить расширенное воспроизводство гумуса, но в настоящее время в нашей стране и в южном ее регионе, в частности, имеет место отрицательный баланс гумуса, а, следовательно, и отрицательный баланс азота.
В естественной обстановке мобилизация соединений азота протекает следующим образом. Органическое вещество почвы, в котором содержится азот различного происхождения, разрушается микроорганизмами аммонификаторами до аминокислот и далее — до образования воды, углекислого газа и аммиака. Образовавшийся аммиак ведет себя в почве так же, как и тот, который мы вносим в составе азотных аммиачных удобрений.
Он может адсорбироваться почвенными коллоидами, растворяться в воде, имеющейся в почве, образуя при этом гидроксид аммония. Аммоний связывается поглощающим комплексом почвы и прочно удерживается в ней, не перемещается по профилю с водой. Точно так же ведет себя в почве катион аммония, содержащийся в твердых аммонийных удобрениях, или аммоний, образующийся при аммонификации карбамида. В таком состоянии его могут использовать растения и микроорганизмы для построения аминокислот и белков собственных клеток.
Кроме того, аммиак или аммоний представляют интерес для автотрофных бактерий — нитрификаторов, как наиболее восстановленные соединения азота, обладающие большим запасом энергии. Эта энергия используется микроорганизмами в процессе окисления аммиака или аммония до нитратов. В виде нитратов азот приобретает подвижность и легко мигрирует с водой, перемещаясь в почве к корням растений. Поэтому можно считать, что в естественных условиях растения, главным образом, питаются нитратами, как наиболее доступной формой азота.
К сожалению, нитраты могут мигрировать с осадками или с оросительной водой и за пределы корнеобитаемого слоя почвы. При этом происходят потери азота, загрязняются грунтовые воды, водоемы и водоисточники.
Кроме того, возможны существенные газообразные потери азота в процессе нитрификации и после нее. Известно, что нитрификация протекает в несколько этапов:
NH3 → NH4+→ NH2OH → H2N2O2 → HNO2 → HNO3 → Ca(NO3)2
аммиак — аммоний — гидроксидамин — гипонитрит — азотистая к-та — азотная к-та — нитрат кальция
Этот процесс разделяют на две стадии. Первая, до образования азотистой кислоты, осуществляется преимущественно бактериями рода Nitrosomonas. Вторую стадию осуществляет, главным образом, Nitrobakter, он получает энергию за счет окисления нитритного иона до нитратного, в котором азот приобретает максимальную степень окисления.
Потери азота происходят при разложении гипонитрита:
H2N2O2 → N2O +H2O;
при окислении образующейся азотистой кислотой органических соединений:
R−CHNH2−COOH + HNO2 → R − CHOH − COOH + N2 + H2O;
при взаимодействии азотистой кислоты с гидроксидамином:
HNO2 + 3NH2OH → 5H2O +2N2 .
Эти превращения, как и разложение азотистой и азотной кислот, являются составляющими процесса, который называют хемоденитрификацией, или косвенной денитрификацией. После образования нитратов возможен процесс их прямой денитрификации, особенно активно протекающий в анаэробных условиях, например, в переувлажненных, плотных, заплывающих почвах. Прямую денитрификацию осуществляют B. denitrifikans, B. stutzeri и другие микроорганизмы, которые используют кислород нитратов, а также азотной и азотистой кислот для окисления органического вещества. Азот при этом восстанавливается до свободного состояния:
HNO3 → HNO2 → H2N2O2 → N2O → N2
Газообразные потери азота могут составлять от 10 до 40% и даже больше, что наносит существенный урон сельскому хозяйству, повышает экологическую напряженность в природе. Поэтому при использовании различных форм азотных удобрений нужно учитывать пути их превращений в почве с тем, чтобы правильно определять нормы, дозы, сроки и способы внесения, согласовывая их с гидротермическими условиями региона, свойствами почвы, биологическими особенностями растений, элементами их технологии и т. д.
Производство Азотных удобрении.
Производство минеральных азотных удобрений, выпускаемых современной азотнотуковой промышленностью, базируется на синтезе аммиака. Основной промышленный метод получения аммиака – синтез его в присутствии катализаторов при высокой температуре и высоком давлении из азота и водорода:
N2 + 3H3 ↔ 2NH3
Азот получают из жидкого воздуха, либо путем пропускания воздуха через генератор с коксующимся углем. В отходящих газах коксовых печей имеется и водород, но получают его, в основном, из метана, содержащегося в природных и попутных газах, а также электролитическим методом.
Очищенные от примесей газы постепенно сжимают под высоким давлением и вводят в контактный аппарат. При температуре 500 – 550˚С и давлении около 30 МПа в присутствии активированного железного катализатора образуется газообразный аммиак. Снижая температуру, его переводят в жидкий аммиак, который используют как удобрение.
Азотные удобрения — неорганические и органические азотосодержащие вещества. К минеральным азотным удобрениям относят амидные, аммиачные и нитратные. Азотные удобрения получают главным образом из синтетического аммиака. Из-за высокой мобильности соединений азота его низкое содержание в почве часто лимитирует развитие культурных растений, поэтому внесение азотных удобрений вызывает большой положительный эффект.
Работа состоит из 1 файл
АЗОТНЫЕ УДОБРЕНИЯ.docx
АЗОТНЫЕ УДОБРЕНИЯ: виды и свойства
Азотные удобрения — неорганические и органические азотосодержащие вещества. К минеральным азотным удобрениям относят амидные, аммиачные и нитратные. Азотные удобрения получают главным образом из синтетического аммиака. Из-за высокой мобильности соединений азота его низкое содержание в почве часто лимитирует развитие культурных растений, поэтому внесение азотных удобрений вызывает большой положительный эффект.
Азотные удобрения представляют собой белый или желтоватый кристаллический порошок (кроме цианамида калия и жидких удобрений) , хорошо растворимы в воде, не поглощаются или слабо поглощаются почвой. Поэтому азотные удобрения легко вымываются, что ограничивает их применение осенью в качестве основного удобрения. Большинство из них обладает высокой гигроскопичностью и требует особой упаковки и хранение.
По выпуску и использованию в сельском хозяйстве наиболее важные из этой группы аммиачная селитра и мочевина, составляющие около 60% всех азотных удобрений.
Из всех типов удобрений азотные наиболее подвержены воздействию со стороны почвенных микроорганизмов. В первую неделю после внесения до 70% массы удобрения потребляется бактериями и грибами (иммобилизуются), лишь после их гибели входящий в их состав азот может использоваться растениями. Большие потери азота удобрений происходят из-за выноса легкорастворимых нитратов и солей аммония из почвенного профиля, а также в ходе денитрификации (газообразные потери) и из-за нитрификации (образование нитратов и их вынос). В итоге коэффициент использования удобрений растениями редко достигает 50%, их применение может вызывать эвтрофикацию близлежащих водоёмов. Образующийся в ходе денитрификации N2O является сильным парниковым газом.
Разнообразие почвенных и климатических условий, биологические особенности различных сельскохозяйственных культур, а также экономические соображения обусловили необходимость производства нескольких видов азотных удобрений. Азотные удобрения содержат азот в трех основных формах:
1) в форме аммиака, связанного с какой-нибудь минеральной кислотой, — аммиачные удобрения;
2) в нитратной форме, т. е. в виде солей азотной кислоты,— нитратные удобрения;
3) в амидной форме—амидные удобрения
Кроме перечисленных видов азотных удобрений, имеются также удобрения, содержащие азот одновременно в аммиачной и нитратной форме (например, аммиачная селитра).
К аммиачным удобрениям относятся: сульфат аммония, хлористый аммоний, бикарбонат аммония, жидкие аммиачные удобрения.
К аммиачно-нитратным удобрениям относятся: аммиачная селитра (нитрат аммония, азотнокислый аммоний), известковая селитра (сульфонитрат аммония, лейна-селитра, монтан-селитра, нитросульфат аммония).
Нитратные удобрения — натриевая селитра (нитрат натрия, азотнокислый натрий, чилийская селитра), кальциевая селитра (нитрат кальция, азотнокислый кальций, известковая селитра, норвежская селитра), калийная селитра (нитрат калия, азотнокислый калий). Калийная селитра, кроме азота, содержит калий и является источником азотно-калийного питания растений.
Амидные удобрения — мочевина (карбамид), цианамид кальция, мочевино-формальдегидные удобрения. Наиболее ценна мочевина.
Свойства основных минеральных азотных удобрений
Хорошая (при влажн. 2%)
Аммиачная селитра грану-лированная
Аммиачная селитра кристал-лическая
Мочевина (карбамид) – CO(NH2)2 – содержит 46% азота. Это самое концентрированное из азотных удобрений. Выпускают его в гранулированном виде, покрывая гранулы жировой пленкой для уменьшения слеживаемости. Мочевина в почве преобразуется при участии бактерий в углекислый аммоний. Ее используют как основное удобрение и в подкормки с незамедлительной заделкой в почву для предотвращения потерь в виде газообразного аммиака.
К нитратным удобрениям относят натриевую и кальциевую селитры, а также калийную селитру. Эти удобрения являются физиологически щелочными, поэтому их целесообразно применять на кислых почвах.
Натриевая селитра – NaNO3. Содержит до 16% азота. Кристаллический порошок белого или сероватого цвета, хорошо растворяется в воде, гигроскопичен, поэтому хранить надо в сухом месте. Вносят это удобрение под все культуры, считается, что наиболее отзывчивы на него корнеплоды, особенно сахарная свекла.
Кальциевая (норвежская) селитра – Ca(NO3)2. Содержит до 15,5% азота. Удобрение гигроскопично, поэтому его хранят во влагонепроницаемых мешках. На кислых почвах это самое распространенное азотное удобрение.
Известково-аммиачная селитра – NH4NO3×CaCO3 – содержит до 20% азота. Получают введением в плав нитрата аммония тонко молотого доломита с последующим гранулированием. Благодаря углекислому кальцию, обладает более благоприятными физическими свойствами, чем аммиачная селитра. В сельском хозяйстве применяется в качестве сложного (азот-кальций-магний) гранулированного удобрения. Азот в нитратной (NO 3) форме способствует усвоению кальция, который улучшает окраску и качество плодов, лежкость фруктов, картофеля и лука, и тем самым способствует предотвращению потерь урожая при хранении и транспортировке.Универсальное удобрение может применяться на всех видах почв, под все сельскохозяйственные культуры. Широко применяется в странах Западной Европы.
Аммонийные и аммиачные удобрения
Сульфат аммония — кристаллическое азотносерное удобрение, содержит 21% азота в аммонийной форме, не слеживается. В сульфате аммония содержится также до 24% серы, поэтому одновременно он является источником серного питания. Сульфат аммония – одно из широкоприменяемых в сельском хозяйстве минеральных удобрений. Используется под все сельскохозяйственных культур (от картофеля до цитрусовых) на черноземах и сероземах. Удобрение обладает ценным качеством – низкой миграционной способностью, так как катион аммония активно поглощается почвой и это предохраняет его от вымывания. Поэтому сульфат аммония рекомендуют вносить на легких почвах, при орошении, т.е. там, где есть потенциальная опасность потери азота удобрения за счет миграционных явлений. Аммонийный азот сульфата аммония усваивается растениями. Сера необходима для питания всех культур, так как входит в состав некоторых синтезируемых растениями незаменимых аминокислот. Сульфат аммония получают как побочный продукт в производстве капролактама, прямым взаимодействием аммиака и серной кислоты.
Жидкие азотные удобрения
В сельском хозяйстве применяют и жидкие азотные удобрения: безводный (жидкий) аммиак, водный аммиак (аммиачная вода), аммиакаты. Их производство значительно дешевле, чем твердых удобрений, однако известные неудобства в транспортировке и внесении ограничивают их использование, по крайней мере в нашей стране. В наиболее широких масштабах жидкий аммиак применяется в США.
Безводный аммиак – NH3. Это концентрированное удобрение представляет собой бесцветную жидкость с содержанием азота 82,3%. Получают его сжижением газообразного аммиака под давлением. При хранении в открытых емкостях быстро испаряется, коррозирует медь, цинк и сплавы, но нейтрален по отношению к железу, чугуну и стали, поэтому его перевозят и хранят в специальных стальных толстостенных цистернах, способных выдерживать давление 25 – 30 атмосфер. Причем цистерны заполняют не полностью.
Аммиачная вода. Это удобрение представляет собой раствор аммиака в воде, в зависимости от сортности содержание азота составляет от 16,4 до 20,5%. Аммиачная вода не разрушает черные металлы, имеет небольшое давление, поэтому хранят и перевозят ее в емкостях из обычной углеродистой стали. Работать с аммиачной водой проще, хотя и в этом случае возможны потери азота за счет испарения свободного аммиака. Однако из-за низкого содержания азота транспортировать на далекие расстояния это удобрение не выгодно, и его применение экономично только вблизи производящих предприятий.
Вносят жидкие удобрения специальными машинами и заделывают на глубину не менее 10 – 12 см, а на легких почвах, с целью уменьшения потерь азота от испарения аммиака, глубину заделки удобрения увеличивают до 14 – 18 см. Так же поступают и на крупно комковатых хорошо аэрируемых почвах.
Аммиакаты. Получают растворением в водном аммиаке азотных удобрений в различных комбинациях: аммиачную селитру, аммиачную и кальциевую селитры, мочевину, аммиачную селитру и мочевину. В результате получается жидкость желтого цвета с содержанием азота от 30 до 50%. Перевозят и хранят в специальных герметически закрываемых цистернах из алюминия или его сплавов, рассчитанных на небольшое давление. Можно хранить и в емкостях из полимерных материалов. Азот в аммиакатах находится в различных формах и соотношениях, в зависимости от исходных составляющих это может быть свободный и связанный аммиак, амидная и нитратная форма. По действию на сельскохозяйственные культуры аммиакаты равноценны с твердыми азотными удобрениями, но являются существенно менее распространенными по причине неудобства использования.
Карбамидо-аммиачная смесь. КАС является высокоэффективным жидким азотным удобрением, находящим широкое применение в сельском хозяйстве. Растворы КАС имеет ряд преимуществ перед другими азотными удобрениями. Основное из них – низкое содержание свободного аммиака. Это практически исключает потери азота из-за летучести свободного аммиака при погрузочных операциях, транспортировании и внесении КАС в почву, которые имеются в случае применения аммиакатов и жидкого аммиака. При применении растворов КАС отпадает необходимость в создании дорогостоящих герметизированных хранилищ и в использовании специальных, рассчитанных на повышенное давление, цистерн для перевозки этих растворов.
Растворы КАС представляют собой смеси водных растворов карбамида и аммиачной селитры с содержанием азота 28% (КАС — 28), 30% (КАС — 30) 32%, (КАС — 32), 34% (КАС — 34). Все эти растворы содержат 0,05% свободного аммиака и 0,2% (в пересчете на P2O5) фосфатов аммония – ингибиторов для подавления коррозии. В наибольшем количестве в России производится КАС-32. Ниже приведены характеристики основных марок КАС и содержание карбамида в % по массе.
Азотные удобрения – это группа материалов (органика + неорганика) сельхоз назначения, в состав которых входит азот. Их преимущественно используют для того, чтобы повышать урожайность. Каждый из этих продуктов выглядит как порошкообразная масса белого/желтого окраса (кроме жидких видов подкормок). Они хорошо растворяются в водных средах, поглощение почвой либо не происходит, либо происходит, но слабо. Ввиду этого наблюдается быстрое вымывание, а следовательно и объясняется нецелесообразность применения в осенний период. Преимущественному числу таких соединений характерна высокая гигроскопичность, что обуславливает необходимость в специальной упаковке и соблюдении определенных условий хранения.
Существуют разные виды азотных удобрений (об этом пойдет речь несколько ниже). Однако самыми популярными заслуженно являются аммонийная селитра и карбамид. Они занимают примерно 60 % от всех выпускаемых аграрных продуктов данной группы.
Из-за значительной подвижности соединений азота, данный элемент надолго не задерживается в почве. А низкий его процент часто ограничивает развитие различных культур. Но как только насытить почву азотом, благотворный эффект не заставит себя долго ждать.
Азотные удобрения в наибольшей степени подвергаются влиянию микробов, находящихся в почве. Первые семь дней после внесения едва ли не 70 % подкормки употребляют грибы и бактерии. Ее действующие компоненты становятся доступными растениям только после того, как микрофлора гибнет.
Есть и другие факторы, приводящие к азотопотерям: вынос из почвы нитратов и аммонийных солей, которые легко поддаются растворению, денитрификация и нитрификация. Как результат – растения редко когда усваивают даже 50 % N, попавшего в почву с минеральными удобрениями.
. Это обязательно нужно учитывать при расчете дозировок.
Основное сырье для азотоудобрений – синтетический аммиак и азотная кислота. HNO3 (жидкое желтоватое вещество с резким запахом, смешивающееся с водой в различных пропорциях) применяется в производстве нитратов аммония, калия, кальция и натрия – удобряющих материалов, на которые припадает значительный процент выпуска продукции хим. промышленностью. К слову, азотную кислоту задействуют также при изготовлении фосфорных и азотно-фосфорных минеральных удобрений.
И аммиак, и нитратная кислота – это сильно действующие на человека вещества. Чтобы избежать негативных последствий, связанных с накоплением нитратов в конечном продукте, важно тщательно рассчитывать дозировки.
Роль азота в растительном мире
Азот присутствует не во всех частях растений и веществах, которые те производят. Его нет в целлюлозе, сахарах, маслах и крахмале. Однако в аминокислотах и белках, которые из них формируются, он имеется в гарантированном порядке. Есть он и в нуклеиновых кислотах, хлорофилле, липоидах, алкалоидах и иных орган. соединениях-составляющих растительных тканей.
Если рассматривать вегетативные органы, то наибольшее количество азота присутствует в молодой листве. Но как только та начинает стареть, данный элемент перемещается в новые листки и ростки. Когда цветки опыляются, а плоды завязываются, азотные соединения интенсивнее переходят в воспроизводительную систему, где происходит их накопление в белковой форме. До времени созревания семян количество азота в вегетативной части организма максимально уменьшается.
Если растение получит N в избыточном объеме, то он с лихвой накопится во всех участках. Зеленая масса будет бурно развиваться, созревание – затягиваться, а количество качественного урожая – минимизироваться.
В том случае, если азот будет поступать к насаждениям в оптимальных объемах, повысится урожай и улучшится его качество (увеличится содержание белков, в том числе и наиболее ценных). Культуры будут оперативнее расти, зеленая масса будет иметь насыщенный темный окрас и большие размеры, корневая система будет правильно уплотненной. Также будут наблюдаться возникновение новых ростков и листков, более оперативный рост цветков и развитие плодов.
При азотодефиците же не исключены следующие проявления:
— ростовые торможения всех систем организма;
— светло-зеленый цвет листков ввиду образования недостаточного количества хлорофилла, а также их незначительные размеры;
— уменьшение количества белков в семенах.
Из всего этого следует, что насыщать растения азотом в оптимальных объемах очень важно.
Виды азотных удобрений
Азот может входить как в однокомпонентные продукты с/х назначения, так и в комплексные. Все минеральные удобрения , которые его содержат, отличаются по количеству находящегося в них N.
В основе главной классификации – химическая форма, свойственная главному действующему компоненту. Согласно ей, различают следующие виды азотных удобрений:
— аммиачные (содержат N в форме аммиака, связанного с какой-то из минеральных кислот). Это сульфат, хлорид, карбонат и сульфид аммония, а также аммофос и диаммофос;
— нитратные (нитрогену характерна нитратная форма, то есть вид солей HNO3). Сюда принадлежат натриевая, кальциевая и калиевая селитры;
— амидные. Это мочевина и цианамид кальция;
— аммиачно-нитратные (нахождение N сразу в двух формах: аммиачной и нитратной). Яркие представители – аммонийная и известковая селитры.
Первые три – основные, четвертый – дополнительный. А есть еще пятый вид. Если первые четыре – это твердые материалы, то к пятому принадлежат жидкие: безводный аммиак и аммиачная вода.
Присутствует азот и в преимущественном числе сложных МУ, например: в аммофосе, нитроаммофосе, нитроаммофоске и др.
Необходимость выпуска такого количества видов азотосодержащих удобрений обусловлена различными почвенными и климатическими характеристиками, биоособенностями сельхоз культур и экономическими факторами.
Краткая характеристика основных азотных удобрений
Сульфат аммония (аммоний сернокислый). Популярная азотно-серная подкормка, объем N в которой составляет 21 %, а S – 24 %. Поэтому одновременно выступает источником и азото-, и серопитания.
Отличается хорошим растворением в водной среде и незначительной гигроскопичностью. Использование возможно на черно- и сероземной почве для различных с/х культур, начиная от картофеля и заканчивая цитрусовыми.
Специфика (NH4)2SO4 как аммонийного удобрения состоит в том, что его допустимо вносить осенью, под зяблевую вспашку.
Растения хорошо усваивают азот из этого продукта. Важнейшее качество – незначительная миграция, поскольку земля интенсивно поглощает аммонийный катион, это препятствует вымыванию действующих элементов. Ввиду этого, удобрение особенно рекомендовано использовать на легких почвах, при обработке способом орошения, то есть при присутствии вероятной опасности азотопотери из-за миграционных факторов.
Однако здесь есть и обратная сторона медали. Так как почва аммоний поглощает, а его подвижность небольшая, он может локализироваться в месте внесения, молодые растения, у которых корневая система развита слабо, могут плохо усваивать это вещество. К тому же, если N будет активно насыщать молодые побеги, в которых невелик углеводный запас, не исключено токсическое воздействие на растение, в целом.
Кстати, аммонийный азот не всегда остается таковым. Проходит время – и он трансформируется в нитратный.
Необходимо учитывать, что сернокислый аммоний физиологически кислый. Если внести раз правильную дозу, почва не подкислится. Однако при систематическом задействовании чрезмерного подкисляющего эффекта не избежать.
Хлорид аммония (аммоний хлористый). Азот составляет примерно четверть данного продукта, которому свойственно отличное растворение в воде и быстрое растворение после попадания в грунт. Гигроскопичность его небольшая, а поэтому и слеживание при хранении не наблюдается.
При использовании не стоит забывать о большом проценте хлора в его составе (67 %). Часть растений, в частности картофель, табак и цитрусовые, очень восприимчива к такой концентрации. Поэтому для них лучше подобрать иное удобрение. Если, все же, собираетесь использовать хлорид аммония, берите уменьшенные дозы.
Как и предыдущее вещество, данная аммиачная подкормка отличается физиологической кислотностью. Поэтому многократное использование аналогично приводит к значительному подкислению почвы. Схожесть с сульфатом аммония состоит и в доступности для растений, и в подвижности компонентов в почве, и во времени применения.
Что касается нитрификации, то она происходит медленнее. Причина этому – воздействие хлора на функционирование соответствующих бактерий.
Карбонат аммония (аммоний углекислый). Углекислая соль аммония с количеством азота до 29 %. Поскольку это вещество не отличается высокой стойкостью, при внесении обязательна его оперативная заделка в почву.
Нитрат калия (калиевая/калийная селитра, калий азотнокислый). Это сложное безбалластное нитратное удобрение с высокой концентрацией действующего вещества: 45 % калия в оксидной форме. Азота в составе 14 %, что объясняет потребность в дополнении иными продуктами, содержащими данный элемент.
Нитрат натрия (натриевая/натронная селитра, натрий азотнокислый). Удобряющий нитратный сельхоз продукт, отличающийся значительной эффективностью. Количество азота – примерно 16 %, натрия – до 27 %. Растворение в воде – хорошее, гигроскопичность – высокая.
Из-за физиологической щелочности, нитрат натрия более предпочтителен на кислых почвах, нежели аммиачные минеральные удобрения . Подщелачивание грунта и нейтрализация избыточной кислотности – это в его компетенции.
Внесение возможно под любые культурные насаждения, особенно полезен он для корнеплодов. Осенняя пора не подходит для использования, так как преимущественное количество азота будет вымыто в грунтовые воды. А вот подкормки и припосевное применение – то, что надо.
Непосредственно перед внесением его рекомендовано смешивать с суперфосфатом или какой-либо аналогичной добавкой.
Нитрат кальция (кальциевая селитра, кальций азотнокислый). Сложное гигроскопичное растворимое в водной среде удобрение, примерно 15-17 % которого составляет N.
На него хорошо реагируют все растения. Как и предыдущая подкормка, подщелачивает почву (уменьшает pH и улучшает физ. свойства при системном использовании). Поэтому наиболее часто задействуется на кислых грунтах, где дает максимально положительный эффект.
Смешивание возможно с любыми иными удобрениями, за исключением суперфосфатов.
Нитрат аммония (аммиачная/аммонийная селитра, аммоний азотнокислый). Растворимый в водной среде безбалластный продукт, свыше трети которого составляет N. Примечателен своей универсальностью: подходит для всех растений.
Высокая эффективность наблюдается на нейтральном и известковом открытом грунте. В условиях защищенного грунта под овощи может задействоваться круглогодично: до высадки и для подпитки корней в вегетационный период. Внекорневые подкормки запрещены.
Результативность, не в последнюю очередь, зависит от влажности почвы. Если та увлажнена слабо, эффект будет хороший, если сильно – меньший, в связи с вымыванием данного вещества осадками в грунтовые воды.
Если в вашем распоряжении – легкие песчаники, не используйте азотнокислый аммоний осенью.
Смешивание с суперфосфатом плохое, поэтому необходимо предварительно выполнить нейтрализацию известью.
Перед внесением это минудобрение важно измельчить во избежание формирования высококонцентрированных очагов, пагубно воздействующих на флору.
Мочевина (карбамид). Наиболее концентрированное из всех азотных МУ (N = 46 %). Мега эффективное и безбалластное, ввиду чего объяснять его популярность излишне. Растворение в воде, как и смешивание с иными удобряющими материалами – отличное.
Подходит для подпитки любых растений.
Действие этого продукта наблюдается на нейтральном и известковом грунте (со снижением кислотного уровня). На кислом не обойтись без задействования нейтрализаторов.
И на открытых плантациях, и в теплицах карбамид используют весной и летом. Почему не осенью? Потому что данному веществу свойственна значительная подвижность, следовательно, вымывание в условиях открытого грунта. А в закрытом не исключена аммиачная интоксикация.
При внекорневых подкормках карбамид считается одним из лучших. В отличие от нитрата аммония, он не приводит к обжигу зеленой массы и показывает превосходный эффект. Хорошо работает и при основном внесении, и в качестве подкормок.
Чтобы избежать разложения мочевины в почвенном слое под влиянием уреазы, нужно дополнить ее органическими удобрениями. Чтобы предотвратить потери газообразного аммиака при основном внесении – немедленно заделать в почву.
Смешивание допустимо с калийными МУ и суперфосфатом, если тот нейтрализован.
Нитроаммофоска. Удобрение с 13-17 % легкодоступного азота. Универсальный высокоэффективный NPK комплекс, который также содержит столь важные для растительного мира фосфор и калий (в аналогичных азоту количествах). Кроме этого, в его составе может присутствовать соляной набор (хлорид аммония или кальция, селитра, суперфосфат или преципитат).
Поставляется в гранулированной форме. Окрас – светло-розовый. Растворение в водной среде – хорошее. Благодаря наличию разных марок данного удобрения, которые отличаются соотношением действующих компонентов, для любой культуры можно подобрать свой вариант.
Главное преимущество – отсутствие нитратных примесей. Из чего следует, что фрукты и овощи, обработанные с помощью нитроаммофоски, совершенно не нанесут вреда здоровью потребителя.
В целом, имея дело с данным продуктом, необходимо помнить о его возможной агрессивности и умело с ним обращаться. Тогда увеличить урожай на 30-70 процентов не составит проблем.
Аммиачная вода (водный аммиак, гидроксид аммония). Жидкая подкормка, получившая большую популярность в аграрном комплексе, ввиду финансовой экономичности. Представляет собой бесцветный или желтоватый 22/25 %-ный раствор аммиака со специфическим резким запахом. Общее количество аммиачного и аммонийного азота – 18/20,5 %.
Поскольку объем азота незначительный, то и эффективность соответствующая. Но если соблюдать правила использования и рекомендуемые дозировки, урожайность можно увеличить так же, как и с помощью аммиачной селитры.
Внесение необходимо выполнять вглубь на 10-12 см, если имеется дело с тяжелыми почвами, и на 14-28 см, если с легкими. При поверхностной обработке результата не будет, поскольку аммиак оперативно испарится. Это же касается и неглубокой заделки, преимущественно на легких песчаниках и супесчаниках. Большие потери аммиака наблюдаются и на сухом грунте, чего не скажешь о влажном.
Вносить аммиачную воду можно под разные культуры до посева (под предпосевную культивацию), в осенний период (под зяблевую вспашку) и в качестве подкормки. В последнем случае, чтобы предотвратить ожоги растительных тканей, понадобится заделка в междурядья или на 10-12 см в сторону от растений.
Итак, азотные удобрения призваны увеличивать количество азота, являющегося залогом высокой урожайности. Без них невозможно надлежащее развитие и рост зеленых насаждений. Именно поэтому удобряющие продукты, содержащие азот, пользуются сегодня чрезвычайной популярностью.
Хотите узнать больше информации о вышеперечисленных азотных удобрениях или заказать оптовую партию какого-либо из них? Обращайтесь! Наши специалисты к вашим услугам!
Применение азотных удобрений – это необходимое условие для выращивания здоровых и крепких растений. Основным элементом таких веществ является азот, который крайне необходим для правильного их развития. Он является одним из наиболее важных веществ, которые растения используют.
Назначение азотных удобрений
Азотные удобрения применяются для обогащения любой почвы минеральными соединениями, вне зависимости от ее состава и показателей РН. Единственное отличие состоит в том, что необходимо учитывать количество вносимых удобрений для разных земляных составов. Так, для более бедных песчаных потребуется большее количество и частота применения, а на черноземах его расход будет намного меньше.
Первыми сигналами к их применению становится внешний вид растений. При недостатке азота листья на них теряют яркость окраски, беспричинно желтеют и опадают, наблюдается слабое развитие и образование новых побегов.
Конечно, эти признаки являются сигналом к сильнейшему истощению почвы, и применять минеральные подкормки необходимо до того, как они появятся. Азотные удобрения бывают трех видов, это:
- Аммиачные.
- Нитратные.
- Амидные.
Особенности и виды азотных удобрений
Наиболее широко используемые удобрения – это аммиачная селитра и сульфат аммония.
Нитратные соединения используются реже, но при этом они имеют неоспоримые достоинства – не подкисляют почву, что иногда бывает крайне важным для некоторых видов растений. К этой группе относят калиевую и натриевую селитру.
Амидные – это самый известный в широком круге садоводов и земледельцев вид азотных удобрений. Ярким представителем этой группы является мочевина.
Применение
Азотные удобрения вносятся в почву при посадке растений и дальнейших подкормках. Также они могут вноситься для обогащения почвы минеральными веществами в периоды вспашки.
Азотные удобрения используются как при выращивании плодово-овощных культур, так и для комнатных растений. В первую очередь азот способствует развитию и приумножению зеленой массы, а излишнее количество может привести к задержке цветения растений. Важно учитывать, что растения с древесными, луковичными или разветвленными корневыми системами более остро нуждаются в азоте, который начинают вносить еще с самого молодого возраста, а корнеплоды в начальный период не удобряют, начиная эти процессы только после появления окрепшей листвы.
Также следует помнить, что, имея искусственное происхождение, такие составы могут нанести вред растениям, если неправильно их дозировать и применять бессистемно.
Несмотря на то, что азотные удобрения бывают трех видов, существует еще несколько подвидов их соединений.
Аммонийные и аммиачные удобрения
Сульфат аммония – это удобрение, которое содержит 21% азота, легко растворимо в воде, практически не слеживается. Также является ценным поставщиком серы, которая содержится в этом соединении в количестве 24 процентов. По составу это нейтральная соль, однако при поглощении растениями является подкисляющим веществом. Поэтому использование на кислых почвах должно быть хорошо расчитано по дозировке, либо необходимо заменять его другими средствами. С осторожностью следует их применять на следующих почвах: бурых, серых лесных, красноземах, дерново-подзолистых, желтоземах. На этих землях сульфат аммония применяется только в сочетании с щелочными фосфорными удобрениями, такими как фосфоритная мука, известь или томасшлак.
На черноземистых и полупустынных почвах опасаться подкисления почвы при использовании сульфата аммония не стоит, так как в них содержится много свободных карбонатов, нейтрализующих его действие.
Рекомендуемый способ внесения удобрения – это орошение почвы. Как показывает практика, сульфат аммония малоэффективен при внесении его непосредственно в почву в сухом виде.
Хлористый аммоний – кристаллическое вещество, содержащее около 25% азота. Хорошо растворим в воде, мало гигроскопичен. Как и сульфат аммония, придает почве кисловатость, потому имеет такой же ряд противопоказаний к использованию и должен совмещаться с применением щелочных удобрений для нейтрализации.
Необходимо очень осторожно, только в рамках рекомендации производителя, применять хлористый аммоний, так как содержащийся в нем хлор трудно переносится некоторыми растениями, которые могут погибнуть от его воздействия. К таким чувствительным культурам относят: картофель, виноград, гречиху, цитрусы, лен, табак, овощные и плодоовощные растения. Зерновые и озимые культуры равноценно реагируют на удобрения.
Нитратные удобрения
К этой группе удобрений относят натриевую и кальциевую селитры. Это щелочные составы, которые хорошо применять на кислых почвах, также они могут использоваться совместно с другими веществами, имеющими кислую реакцию.
Натриевая селитра содержит около 16% азота. Органолептические характеристики: белый кристаллический порошок, гигроскопичен, легко растворяется в воде. Наиболее часто это удобрение используют для выращивания корнеплодов, для чего вносят в почву в сухом виде еще при посадке, а в дальнейшем поливают непосредственно растения раствором слабой концентрации.
Калиевая селитра содержит 15% азота. Легко растворима в воде и имеет повышенный уровень гигроскопичности, что является показанием к хранению в плотно запакованных целлофановых мешках. Это одно из наиболее подходящих удобрений для кислых почв или нейтрализации других составов, оказывающих подкисляющий эффект.
Аммиачно-нитратные удобрения
К этой группе относятся аммиачная и известково-аммиачная селитры.
Суммарное содержание азота в этом веществе составляет 35%. Аммиачная селитра очень гигроскопична, поэтому должна храниться в плотно запакованных, водонепроницаемых мешках. При внесении в почву, необходимо смешивать ее со свежегашенной известью, где содержание будет достигать пропорций 7:3. Таким способом чаще всего пользуются при машинном удобрении полей. Производство азотных удобрений осуществляется с добавлением вещества, являющегося разрыхлителем и поглощателем излишней влаги, к ним относятся: мел, молотый известняк, фосфоритная мука.
Аммиачная селитра легко растворима в воде, а потому во время полива ее не разводят заранее водой, она вносится в сухом виде в почву при посадке растений. Нежелательно самостоятельное применение на кислых почвах, так как дополнительно усугбляет их PH-реакцию.
Аммиачная селитра может использоваться как во время посадки, так и при вторичном удобрении растений. Чаще всего используют для выращивания картофеля, свеклы, зерновых, озимых и пропашных культур.
Известково-аммиачная селитра в своем составе содержит около 20% азота, а благодаря содержанию углекислого кальция является более благоприятным для растений удобрением, чем аммиачная.
Амидные удобрения
К амидным удобрениям относится мочевина, которая по содержанию азота занимает второе место. Количество его составляет 46%. Форма выпуска – гранулы, покрытые пленкой, в состав которой входят жиры, не позволяющие веществу слеживаться. При использовании мочевины не допускается поверхностное распространение удобрения. Это связано с тем, что, вступая в реакцию с бактериями почвы, она преобразуется в углекислый аммоний. Это наиболее простая и доступная для поглощения растениями форма. Однако не стоит забывать, что, взаимодействуя с кислородом воздуха, она разлагается, в том числе, на газообразный аммиачный аммоний, и эффективность внесения удобрений убывает с его испарением.
Мочевина универсальна по своему применению и хорошо значительно повышает урожайность различных культур. Особенно предпочтительно использование на почвах, подвергающихся стабильному увлажнению, так как меньше других веществ она имеет свойство вымываться водой.
Цианамид кальция. Содержание азота 20%, абсолютно не растворяется в воде, порошок темного серого цвета, является щелочным удобрением. Именно в связи с большим содержанием кальция в составе удобрения, рекомендуется использование на кислых почвах, которые хорошо нейтрализуются этим составом. Однако стоит ограничить его применение или использовать в сочетании с кислыми удобрениями на щелочных почвах. Это удобрение крайне важно вносить заранее, до начала посева, так как при взаимодействии с почвой и ее бактериями образуется цианамид, которое может ослаблять растения или даже приводить к их гибели. Но по истечении времени это вещество перерабатывается в мочевину. Для этого понадобится не менее 10 дней, поэтому удобрения вносятся заблаговременно, еще до начала посева. Также удобрения используются как дополнительная подкормка, которая вносится ранней весной или осенью непосредственно в почву.
Жидкие удобрения
Безводный аммиак занимает первое место по содержанию азота — 82,3%. Процесс его производства довольно сложен, вещество получается при сжижении газа аммиака. Безводный аммиак нельзя хранить в открытых емкостях, так как он имеет свойство испаряться, а также приводит к коррозии металлов, таких как: цинк и медь, но не воздействует на сталь, железо и чугун, в связи с чем хранится удобрение в толстостенных цистернах из этих металлов.
Аммиачная вода – это удобрение является раствором аммиака в воде, где азот содержится в количестве 15–20%. Хранение не влечет особых затрат. Аммиачная вода не вступает в реакцию с черными металлами, и ее можно хранить в обычных емкостях из углеродистой стали.
Эти азотные удобрения вносятся непосредственно в почву на глубину около десяти сантиметров, что осуществляется с помощью применения специальных машин и производится как в весенний период до начала посева, так и осенью, после сбора урожая и начала вспашки. Чаще всего они используются для подкормки пропашных культур.
Аммиакаты. В промышленных условиях их получают путем растворения твердых форм, таких как все виды селитры и мочевина. Содержание азота в таких растворах достигает 50%. Для хранения потребуются специальные герметичные цистерны, сделанные из алюминия, или емкости, изготовленные из полимеров.
Аммиакаты воздействуют таким же образом, как и твердые азотные удобрения, названия и свойства которых упомянуты в данной статье.
Мочевиноформальдегидные удобрения
Эта группа азотных удобрений замедленного действия отличается малой способностью растворяться в воде, за счет чего и достигается эффект длительного действия и сохранения большей части азота. Особенно выгодно их использование на больших площадях, так как возможно концентрированное внесение в почву, что не будет угрожать перенасыщением благодаря их малой способности к растворению. В связи с этим сокращаются затраты на привлечение необходимых трудовых и финансовых ресурсов для удобрения почвы.
Они содержат 40% азота, большая часть из которого находится в нерастворимой форме, тем не менее легко усвояемой растениями. Назначение азотных удобрений пролонгированного действия оправдывает себя как в финансовом, так и в практическом применении.
К этой группе также относятся капсулированные азотные удобрения. Они изготавливаются по технологии обычных, водорастворимых азотных удобрений, которые покрываются специальными составами, замедляющими процессы распределения минералов в толще земли. В качестве подобных защитных слоев используются: эмульсия полиэтилена, акриловая смола или сера, что также способствует уменьшению затрат на внесение удобрений и долговременному воздействию на растения.
Азотные и фосфорные удобрения при внесении в почву имеют свойство нитрифицироваться. Это приводит к загрязнению окружающей среды и вымыванию подобных соединений при поливе или выпадении осадков. В ходе этого процесса также разлагается азот, содержащийся в них. Это неизбежно ведет к потере концентрации и означает снижение уровня потребления его растениями. В целях нейтрализации этого процесса и для борьбы с его последствиями применяются ингибиторы нитрификации. Они могут добавляться как в твердом, так и в жидком виде, в дозировке 0,5–3% от общего количества азота, содержащегося в данном виде удобрения.
При таком взаимовыгодном применении процесс нитрификации продлится до двух месяцев, достигая пика в период, когда корневая система растений достаточно окрепла и успела в достаточной мере поглотить азот, содержащийся в удобрении. Такой способ использования азотных удобрений в сочетании с ингибиторами нитрификации существенно повышает урожайность выращиваемых культур. Также наблюдается высокий рост качества продукции и понижение процентного содержания в ней нитратов. Азотные удобрения, названия или состав которых имеет указание на содержание ингибиторов нитрификации, наиболее безопасны и эффективны в применении. Что также приводит к значительной экономии при обработке больших площадей и снижению используемых доз удобрений, что напрямую влияет на качество и себестоимость продукции.
Азотные удобрения и их применение
Удобрения азотного происхождения довольно легко растворяются в воде и посредством этого быстро доставляются к корневой системе растений. Поэтому наиболее эффективным и приемлемым методом их использования является внесение в почву или непосредственно под корни растения в весенний период, когда нехватка этого вещества наиболее сильно проявляется при развитии молодых растений. Решение, о том какие азотные удобрения необходимо применять в каждом конкретном случае, должно быть хорошо обосновано и взвешено.
Не рекомендуется вносить их осенью, это ограничение касается деревьев и кустарников многолетних, так как это может снизить их морозостойкость и в случае наступления сильных холодов растения могут погибнуть. Азотные удобрения весной пойдут только на пользу. Особенно аккуратно применяются они для плодовых деревьев, так как переизбыток может повлечь продление периода цветения и созревания плодов, также листва может долго оставаться на ветках, вплоть до морозов, что неизбежно приведет к повреждению побегов и слабости закладываемых почек.
Когда производится внесение азотных удобрений для кустарников и деревьев, установленную дозу снижают наполовину.
Так же как животным и человеку, растениям постоянно необходимо питаться. Наилучшим способом обеспечить их всеми необходимыми микроэлементами станет подкормка азотными удобрениями в сочетании с использованием органических. Такой подход обеспечит садовода здоровыми растениями и высокими урожаями с каждого квадратного метра земельного участка.
Азотные удобрения — неорганические и органические азотосодержащие вещества. К минеральным азотным удобрениям относят амидные, аммиачные и нитратные. Азотные удобрения получают главным образом из синтетического аммиака. Из-за высокой мобильности соединений азота его низкое содержание в почве часто лимитирует развитие культурных растений, поэтому внесение азотных удобрений вызывает большой положительный эффект.
Азотные удобрения представляют собой белый или желтоватый кристаллический порошок (кроме цианамида калия и жидких удобрений) , хорошо растворимы в воде, не поглощаются или слабо поглощаются почвой. Поэтому азотные удобрения легко вымываются, что ограничивает их применение осенью в качестве основного удобрения. Большинство из них обладает высокой гигроскопичностью и требует особой упаковки и хранение.
По выпуску и использованию в сельском хозяйстве наиболее важные из этой группы аммиачная селитра и мочевина, составляющие около 60% всех азотных удобрений.
Из всех типов удобрений азотные наиболее подвержены воздействию со стороны почвенных микроорганизмов. В первую неделю после внесения до 70% массы удобрения потребляется бактериями и грибами (иммобилизуются), лишь после их гибели входящий в их состав азот может использоваться растениями. Большие потери азота удобрений происходят из-за выноса легкорастворимых нитратов и солей аммония из почвенного профиля, а также в ходе денитрификации (газообразные потери) и из-за нитрификации (образование нитратов и их вынос). В итоге коэффициент использования удобрений растениями редко достигает 50%, их применение может вызывать эвтрофикацию близлежащих водоёмов. Образующийся в ходе денитрификации N2O является сильным парниковым газом.
Разнообразие почвенных и климатических условий, биологические особенности различных сельскохозяйственных культур, а также экономические соображения обусловили необходимость производства нескольких видов азотных удобрений. Азотные удобрения содержат азот в трех основных формах:
1) в форме аммиака, связанного с какой-нибудь минеральной кислотой, — аммиачные удобрения;
2) в нитратной форме, т. е. в виде солей азотной кислоты,— нитратные удобрения;
3) в амидной форме—амидные удобрения
Кроме перечисленных видов азотных удобрений, имеются также удобрения, содержащие азот одновременно в аммиачной и нитратной форме (например, аммиачная селитра).
К аммиачным удобрениям относятся: сульфат аммония, хлористый аммоний, бикарбонат аммония, жидкие аммиачные удобрения.
К аммиачно-нитратным удобрениям относятся: аммиачная селитра (нитрат аммония, азотнокислый аммоний), известковая селитра (сульфонитрат аммония, лейна-селитра, монтан-селитра, нитросульфат аммония).
Нитратные удобрения — натриевая селитра (нитрат натрия, азотнокислый натрий, чилийская селитра), кальциевая селитра (нитрат кальция, азотнокислый кальций, известковая селитра, норвежская селитра), калийная селитра (нитрат калия, азотнокислый калий). Калийная селитра, кроме азота, содержит калий и является источником азотно-калийного питания растений.
Амидные удобрения — мочевина (карбамид), цианамид кальция, мочевино-формальдегидные удобрения. Наиболее ценна мочевина.
Свойства основных минеральных азотных удобрений
Удоб-
Амидные удобрения
Мочевина (карбамид) – CO(NH2)2 – содержит 46% азота. Это самое концентрированное из азотных удобрений. Выпускают его в гранулированном виде, покрывая гранулы жировой пленкой для уменьшения слеживаемости. Мочевина в почве преобразуется при участии бактерий в углекислый аммоний. Ее используют как основное удобрение и в подкормки с незамедлительной заделкой в почву для предотвращения потерь в виде газообразного аммиака.
Нитратные удобрения
К нитратным удобрениям относят натриевую и кальциевую селитры, а также калийную селитру. Эти удобрения являются физиологически щелочными, поэтому их целесообразно применять на кислых почвах.
Натриевая селитра – NaNO3. Содержит до 16% азота. Кристаллический порошок белого или сероватого цвета, хорошо растворяется в воде, гигроскопичен, поэтому хранить надо в сухом месте. Вносят это удобрение под все культуры, считается, что наиболее отзывчивы на него корнеплоды, особенно сахарная свекла.
Кальциевая (норвежская) селитра – Ca(NO3)2 . Содержит до 15,5% азота. Удобрение гигроскопично, поэтому его хранят во влагонепроницаемых мешках. На кислых почвах это самое распространенное азотное удобрение.
Аммиачно-нитратные удобрения
Известково-аммиачная селитра – NH4NO3×CaCO3 – содержит до 20% азота. Получают введением в плав нитрата аммония тонко молотого доломита с последующим гранулированием. Благодаря углекислому кальцию, обладает более благоприятными физическими свойствами, чем аммиачная селитра. В сельском хозяйстве применяется в качестве сложного (азот-кальций-магний) гранулированного удобрения. Азот в нитратной (NO 3) форме способствует усвоению кальция, который улучшает окраску и качество плодов, лежкость фруктов, картофеля и лука, и тем самым способствует предотвращению потерь урожая при хранении и транспортировке.Универсальное удобрение может применяться на всех видах почв, под все сельскохозяйственные культуры. Широко применяется в странах Западной Европы.
Читайте также:
- Shokan ualikhanov реферат на английском
- Адам денесіндегі қан мен басқа сұйықтықтарды жасанды тазарту реферат
- История возникновения сарабанды реферат
- Реферат на тему индукционные датчики
- Вирусли гепатит касаллиги реферат
* Данная работа не является научным трудом, не является выпускной квалификационной работой и представляет собой результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала при самостоятельной подготовки учебных работ.
Министерство
образования
и науки Украины
Луганский
национальный
педагогический
университет
имени Тараса
Шевченко
Реферат
на тему:
Студента
4
курса
факультета
ЕГФ
специальности
ХБ
Бондарева
Владимира
Луганск,
2005
План
-
Значение
азота для растений,
содержание
и превращение
его в почве -
Содержание
азота в растениях. -
Содержание
азота в почвах -
Круговорот
азота в земледелии -
Нитратные
удобрения -
Аммонийные
и аммиачные
удобрения -
Жидкие
азотные удобрения -
Нитратные
удобрения -
Аммонийно-нитратные
удобрения -
Мочевина
-
Получение
азотных удобрений -
Источники
Значение
азота для растений,
содержание
и превращение
его в почве
Азоту
принадлежит
ведущая роль
в повышении
урожая сельскохозяйственных
культур. Д. Н.
Прянишников
подчеркивал,
что главным
условием,
определяющим
среднюю высоту
урожая, была
степень обеспеченности
сельскохозяйственных
растении азотом.
Огромное
значение азотных
удобрений в
увеличении
урожайности
сельскохозяйственных
культур обусловливается
исключительно
важной ролью
азота в жизни
растений. Азот
входит в состав
белков, являющихся
главной составной
частью цитоплазмы
и ядра клеток,
в состав нуклеиновых
кислот, хлорофилла,
ферментов,
фосфатидов,
большинства
витаминов и
других органических
азотистых
соединений,
которые играют
важную роль
в процессах
обмена веществ
в растении.
Основным
источником
азота для растений
являются соли
азотной кислоты
(нитраты) и соли
аммония. В
естественных
условиях питание
растений азотом
происходит
путем потребления
ими аниона N03-
и катиона NH4+,
находящихся
в почвенном
растворе и в
обменно-поглощенном
почвенными
коллоидами
состоянии.
Поступившие
в растения
минеральные
формы азота
проходят сложный
цикл превращения,
в конечном
итоге включаясь
в состав органических
азотистых
соединений
— аминокислот,
амидов и, наконец,
белка. Синтез
органических
азотистых
соединений
происходит
через аммиак,
образованием
его завершается
и их распад.
Аммиак, по выражению
Д. Н. Прянишникова,
«…есть альфа
и омега в обмене
азотистых
веществ у растений».
Нитратный
азот не может
непосредственно
использоваться
растениями
для синтеза
аминокислот.
Нитраты в растениях
подвергаются
сначала ступенчатому
— через нитрит,
гипонитрит
и гидроксиламин
— ферментативному
восстановлению
до аммиака:
H
NO3; H NO2; (HNO)2;NH2OH ; H N3
нитрит
нитрат гипонитрат
гидроксиламин
амиак
Восстановление
нитратов происходит
с участием
ферментов,
содержащих
микроэлементы
— молибден,
медь, железо
и марганец,—
и требует затрат
энергии, аккумулируемой
в растениях
при фотосинтезе
и окислении
углеводов.
Восстановление
нитратов в
растениях
осуществляется
по мере использования
образующегося
аммиака на
синтез органических
азотистых
соединен и
й._]Нитраты безвредны
для растений
и могут накапливаться
в их тканях в
значительных
количествах.
Однако содержание
нитратов в
сельскохозяйственной
продукции
(кормах и овощах)
выше определенного
предела может
оказывать
токсическое
действие на
организм животных
и человека.
Основной
путь образования
аминокислот,
находящихся
в растениях
частично в
свободном
состоянии и
главным образом
в составе белка,—
аминирование
органических
кетокислот
— продуктов
неполного
окисления
углеводов.
Аммиачный
азот, поступивший
в растение и
образовавшийся
при восстановлении
нитратов, в
первую очередь
присоединяется
к кетокислоте
(щавелево-уксусной,
кето-глутаровой
или фумаровой),
образуя аспарагиновую
и глутаминовую
аминокислоты.
Широкий
набор аминокислот,
входящих в
состав белка,
синтезируется
переаминированием
аспарагиновой
и глутаминовой
кислот и их
амидов — аспарагина
и глутамина,
а также в результате
ряда других
специфических
реакций. В процессе
переаминирования
под воздействием
соответствующих
ферментов
аминогруппы
указанных
соединений
переносятся
на другие
органические
кетокислоты.
СООН—R—CHNH2COOH
+ R—СОСООН;
аспарагиновая
или глутаминовая
кислоты кетокислота
СООН—R—СОСООН-R—CHNH2COOH
щавелево-уксусная
или кето-глутаровая
кислота аминокислота
Важную
роль в метаболизме
азота и углеводном
обмене растений
играют реакции
дезаминирования
аминокислот,
т. е. отщепление
аминогруппы
от аминокислот
с образованием
аммиака и
соответствующей
кетокислоты.
Аммиак вновь
используется
для аминирования
кетокислот,
а высвободившаяся
кетокислота
включается
в цикл превращения
углеводов.
Особое
значение в
азотном обмене
растений принадлежит
амидам — аспарагину
и глутамину,
образующимся
при присоединении
еще одной молекулы
аммиака к
аспарагиновой
и глутаминовой
кислотам.
Классическими
исследованиями
Д. Н. Прянишникова
установлено,
что в результате
образования
амидов происходит
обезвреживание
аммиака, который
может накапливаться
в растениях
при дезаминировании
аминокислот
или обильном
аммиачном
питании при
недостатке
углеводов.
При
недостатке
углеводов и,
следовательно,
органических
кетокислот
(особенно при
прорастании
семян, имеющих
малый запас
углеводов,
например сахарной
свеклы) избыточное
поступление
аммиачного
азота в растения
может оказать
отрицательное
действие. В
этом случае
аммиачный азот
не успевает
использоваться
на синтез аминокислот
и накапливается
в тканях, вызывая
«аммиачное
отравление»
растений Те
растения, в
посевном материале
которых содержится
много углеводов
(например, крахмала
у картофеля),
быстро усваивают
поступающий
аммиачный азот
и хорошо отзываются
на внесение
аммиачных
удобрений.
Биосинтез
белка, состоящего
из аминокислот,
соединенных
между собой
пептидными
связями, происходит
с участием
нуклеиновых
кислот, являющихся
матрицей, на
которой фиксируются
и соединяются
аминокислоты
с образованием
разнообразных
белковых молекул.
В
процессе роста
и развития в
растениях
постоянно
синтезируется
огромное количество
разнообразных
белков. Они
различаются
по молекулярной
массе, составу
аминокислот
и их последовательности
в полипептидных
цепях, по функциональным
свойствам.
Белки, синтезируемые
на различных
фазах развития
растений, как
и белки отдельных
органов и клеток,
имеют качественные
отличия. Для
биосинтеза
белков, как и
других сложных
органических
соединений,
требуется
затрата большого
количества
энергии. Основные
источники ее
в растениях
— фотосинтез
и дыхание
(окислительное
фосфорилирование),
поэтому существует
тесная связь
между синтезом
белка и интенсивностью
дыхания и
фотосинтеза.
Наряду
с синтезом в
растениях
происходит
распад белков
на аминокислоты
с отщеплением
аммиака под
действием
протеолитических
ферментов. В
молодых растущих
органах и растениях
синтез белков
превышает
распад, по мере
старения процессы
расщепления
активизируются
и начинают
преобладать
над синтезом.
В разные фазы
роста и развития
растений ход
процессов
обмена азотистых
веществ неодинаков.
При прорастании
семян происходит
расщепление
запасных белков
эндосперма
или семядолей,
и продукты
гидролиза
используются
для построения
белков. После
формирования
фотосинтезирующего
листового
аппарата и
корневой системы
питание растений
и синтез белка
осуществляются
за счет минерального
азота, поглощаемого
из почвы. Наиболее
интенсивно
поглощение
и усвоение
растениями
азота из окружающей
среды происходят
в период максимального
роста и образования
вегетативных
органов — стеблей
и листьев. Из
стареющих
частей растений,
в которых преобладают
процессы распада
белка, продукты
его гидролиза
передвигаются
в молодые интенсивно
растущие органы.
При формировании
семян белковые
вещества вегетативных
частей растения
подвергаются
гидролизу и
образующиеся
продукты оттекают
в репродуктивные
органы, где
снова используются
на синтез белка.
В это время
потребление
растениями
азота из почвы
ограничивается
или практически
заканчивается.
Работами
Д. Н. Прянишникова
и его учеников
доказано, что
аммонийный
и нитратный
азот при определенных
условиях —
равноценные
источники
питания для
растений.
Преимущественное
использование
растениями
аммонийного
или нитратного
азота зависит
от ряда факторов,
важнейшими
из которых
являются:
биологические
особенности
культуры,
обеспеченность
ее углеводами,
реакция среды,
наличие кальция,
калия и других
элементов
питания, в том
числе микроэлементов.
При нейтральной
реакции аммонийный
азот усваивается
растениями
лучше, а при
кислой — хуже,
чем нитратный.
Повышенное
содержание
кальция, магния
и калия создает
более благоприятные
условия для
усвоения аммонийного
азота, а при
нитратном
питании важное
значение имеет
достаточная
обеспеченность
фосфором и
молибденом.
Недостаток
молибдена
тормозит
восстановление
нитратов и
ограничивает
ассимиляцию
нитратного
азота растениями.
В естественных
условиях
сравнительная
ценность для
растений нитратных
и аммиачных
(аммонийных)
форм азотных
удобрений в
значительной
степени определяется
их поведением,
превращениями
в почве и свойствами
последней.
Условия
азотного питания
оказывают
большое влияние
на рост и развитие
растений. При
достаточном
снабжении
растений азотом
в них усиливается
синтез органических
азотистых
веществ. Растения
образуют мощные
листья и стебли
с интенсивно-зеленой
окраской, хорошо
растут и кустятся;
улучшается
формирование
и развитие
органов плодоношения.
В результате
резко повышаются
урожай и содержание
белка в нем.
Однако при
одностороннем
избытке азота
задерживается
созревание
растений, они
образуют большую
вегетативную
массу, но мало
зерна или клубней
и корнеплодов;
у зерновых и
льна избыток
азота может
вызывать полегание.
При
недостатке
азота рост
растений резко
замедляется,
листья бывают
мелкие, бледно-зеленой
окраски, что
связано с нарушением
синтеза хлорофилла,
преждевременно
желтеют, стебли
становятся
тонкими и слабо
ветвятся. Ухудшаются
также формирование
и развитие
репродуктивных
органов и налив
зерна, сильно
снижаются
урожай и содержание
белка в нем.
Содержание
азота в растениях.
Основное
количество
азота (до 90% общего
содержания)
находится в
семенах в составе
белка. Растительные
белки содержат
азота от 14 до
18%, т. е. в среднем
около 16%.
Наиболее
богаты азотом
семена бобовых
и масличных
культур, меньше
его в зерне
злаков. В вегетативных
органах растений
азота значительно
меньше, чем в
семенах. Так,
в зерне пшеницы
содержание
азота составляет
от 2,3 до 3,5% сухого
вещества, а в
соломе — от 0,4
до 0,7%. Из вегетативных
органов азотом
богаче листья,
особенно молодые,
меньше его в
стеблях и корнях.
В листьях и
стеблях растений,
а также в корнеплодах
и клубнях доля
небелкового
азота может
быть значительной.
Например, в
листовых овощах,
корнях сахарной,
кормовой свеклы
и моркови, клубнях
картофеля
небелковые
соединения
азота в момент
достижения
товарной спелости
составляют
половину общего
количества
этого элемента.
Растения для
формирования
хорошего урожая
выносят из
почвы вначительное
количество
азота: зерновые
около 100—150 кг,
кукуруза, картофель,
сахарная свекла
— до 150—250 кг с 1 га.
Содержание
азота в почвах
зависит от
количества
в них гумуса.
В черноземах
общее содержание
азота достигает
ОД—0,5%, а в дерново-подзолистых
почвах и сероземах
— только 0,05—0,15%.
Общий запас
азота в пахотном
слое разных
почв колеблется
от 1500 до 15 000 кг на
1 га.
Основная
масса почвенного
азота (до 99%) находится
в виде органических
соединений
(белковых и
гумусовых
веществ), недоступных
для питания
растений. Скорость
минерализации
органических
соединений
азота почвенными
микроорганизмами
до аммиака и
нитратов зависит
от условий
аэрации, влажности,
температуры
и реакции почвы.
Поэтому количество
минеральных
соединений
азота в почвах
сильно колеблется
— от следов до
2—3% общего содержания
азота.
Разложение
азотистых
органических
веществ в почве
в общем виде
может быть
представлено
следующей
схемой: гуминовые
вещества, белки
> аминокислоты,
амиды >аммиак
> нитриты > нитраты
> молекулярный
азот.
Распад
органических
азотосодержащих
веществ почвы
до аммиака
называется
аммонификацией.
Этот процесс
осуществляется
многочисленными
аэробными и
анаэробными
почвенными
микроорганизмами
и происходит
во всех почвах
при разной
реакции среды,
но замедляется
в анаэробных
условиях и при
сильнокислой
и щелочной
реакциях.
Аммонийный
азот в почве
подвергается
нитрификации
— окислению
до нитритов,
а затем нитратов.
Этот процесс
осуществляется
группой специфических
аэробных бактерий,
для которых
окисление
аммиака является
источником
энергии. Оптимальные
условия для
нитрификации
— хорошая аэрация,
влажность почвы
60—70% капиллярной
влагоемкости,
температура
25—32 °С и близкая
к нейтральной
реакция. Интенсивная
нитрификация
— один из признаков
культурного
состояния
почвы. На кислых
подзолистых
почвах в условиях
плохой аэрации,
избыточной
влажности и
низкой температуры
процессы
минерализации
протекают слабо
и останавливаются
на стадии образования
аммония. Нитрификация
из-за неблагоприятных
условий для
деятельности
нитрифицирующих
бактерий бывает
подавлена и
происходит
медленно.
На
окультуренных,
хорошо обработанных
почвах процессы
аммонификации
и нитрификации
идут интенсивнее,
больше образуется
минеральных
соединений
азота, особенно
нитратов.
Известкование
кислых почв,
систематическое
внесение органических
и минеральных
удобрений,
усиливая
микробиологическую
деятельность
в почве, резко
повышают
интенсивность
минерализации
органического
вещества и
образования
усвояемых
соединений
азота.
Круговорот
азота в земледелии
Минеральные
соединения
азота не накапливаются
в почве в больших
количествах,
так как потребляются
растениями,
а также используются
микроорганизмами
и частично
снова превращаются
в органическую
форму.
Азотные
удобрения
усиливают
минерализацию
почвенного
органического
вещества и
значительно
увеличивают
усвоение растениями
азота из почвы.
До недавнего
времени считалось,
что растения
используют
70—80% азота удобрений.
Коэффициент
использования
растениями
азота удобрений
определялся
разностным
методом — по
разнице в выносе
азота с урожаем
при внесении
азота и без
внесения, выраженный
в % внесенного
количества
N удобрения.
При этом допускалось,
что растения
в том и другом
случае усваивают
одинаковое
количество
азота из почвы.
Применение
в агрохимических
исследованиях
метода меченых
атомов (в опытах
использовали
соединения
азота, меченные
стабильным
изотопом азота
1SN) позволило
установить,
что в полевых
условиях растения
усваивают
непосредственно
из удобрений
лишь 30—50% азота.
Однако при
внесении азотных
удобрений
усиливается
минерализация
почвенного
азота и усвоение
его растениями.
Коэффициенты
использования
азота различных
форм азотных
удобрений
существенно
не различаются,
за исключением
экстремальных
условий их
применения.
Показано также,
что 10—20% азота
нитратных и
30—40% аммиачных,
аммонийных
удобрений и
мочевины закрепляется
в почве в органической
форме. Превращение
азота в органическую
форму резко
возрастает
при запашке
в почву органического
вещества с
низким содержанием
азота (пожнивные
растительные
остатки, солома
злаковых и
соломистый
навоз). Закрепившийся
азот медленно
минерализуется
и слабо усваивается
растениями,
поэтому последействие
азотных удобрений
незначительно.
Следовательно,
одновременно
с минерализацией
органического
вещества в
почве происходит
закрепление
минеральных
соединений
азота вновь
в органическую
форму. Но при
этом азот не
теряется, а
лишь временно
переходит в
недоступные
растениям
соединения.
Соотношение
процессов
минерализации
и новообразования
органических
азотосодержащих
веществ имеет
важное значение
в азотном режиме
почв.
Для
закрепления
нитратного
азота в почве
особое значение,
как уже отмечалось,
имеет биологическое
поглощение.
Нитраты легко
передвигаются
в почве и могут
вымываться
из корнеобитаемого
слоя осадками
и дренажными
водами. Вымывание
нитратов из
тяжелых почв
под растениями
обычно незначительно
(в среднем 3—5
кг с 1 га). Однако
на легких, особенно
парующих, почвах
в увлажненных
районах, а также
в условиях
орошаемого
земледелия
такие потери
могут достигать
значительных
величин (до
30—50 кг на 1 га и
более).
Потери
азота почвы
и удобрений
в основном
происходят
вследствие
деншпрификации
— процесса
восстановления
нитратного
азота до свободного
молекулярного
азота (N2) или до
газообразных
окиси и закиси
азота (NO и N2 O). Биологическая
денитрификация
осуществляется
группой денитрифицирующих
бактерий и
особенно интенсивно
идет в анаэробных
условиях и
щелочной реакции
почвы при наличии
богатого клетчаткой
органического
вещества.
Биологическая
денитрификация
протекает и
в обычных условиях
реакции среды,
аэрации и увлажнения,
поскольку в
почвах неизбежны
анаэробные
микрозоны, а
диапазон
благоприятной
реакции для
развития
денитрификаторов
довольно широкий.
Косвенная, или
«хемоденитрификация»
связана с
образованием
газообразных
окислов азота
и молекулярного
азота при химическом
взаимодействии
промежуточных
продуктов
нитрификации
(нитритов и
гидроксиламина)
с NH4+ аминокислотами
и с органическим
веществом
почвы, а также
в результате
разложения
азотистой
кислоты (особенно
при кислой
реакции) до N0.
Потери азота
при денитрификации
нитратов,
образующихся
при нитрификации
аммиачного
азота почвы
и вносимых
аммиачных
азотных удобрений
и мочевины, а
также из нитратных
азотных удобрений,
весьма существенны.
Исследования
с применением
N показали, что
потери азота
аммиачных
удобрений
составляют
около 20%, а нитратных
— до 30% и более
внесенного
количества.
Потери азота
удобрений резко
возрастают
в парующей
почве и достигают
40—50%,
Следовательно,
в круговороте
азота в земледелии
процессы нитрификации
наряду с положительной
играют и отрицательную
роль, так как
образующиеся
нитраты могут
вымываться
и теряться из
почвы в виде
газообразных
продуктов при
денитрификации.
Один из путей
снижения потерь
азота почвы
и удобрения
вследствие
денитрификации
и вымывания
нитратов —
применение
ингибиторов
нитрификации.
Эти препараты
тормозят нитрификацию
и сохраняют
минеральный
азот почвы и
удобрений в
аммонийной
форме. Особенно
эффективно
использование
ингибиторов
нитрификации
в районах орошаемого
земледелия
под хлопчатник
и па рисовых
плантациях,
а также на легких
почвах в зоне
достаточного
увлажнения.
При
поверхностном
внесении твердых
аммонийных
удобрений и
мочевины могут
происходить
потерн азота
в форме аммиака,
особенно на
карбонатных
и щелочных
почвах. Однако
заделка удобрений
в почву практически
устраняет такие
потери. Потери
азота значительно
уменьшаются
при правильном
применении
органических
и минеральных
удобрений в
сочетании с
рациональной
системой обработки
почвы и орошения.
Азот,
усвоенный
растениями,
лишь частично
снова возвращается
в почву с навозом,
та же часть
азота, которая
содержится
в товарной
продукции
(зерно, волокно
льна, клубни
картофеля и
т. д.), отчуждается
из хозяйства.
Чтобы
получать высокие,
устойчивые
урожаи сельскохозяйственных
культур, необходимо
постоянно
заботиться
о пополнении
запасов азота
в почве. Единственным
естественным
источником
пополнения
запасов азота
в почве является
азот атмосферы.
В
атмосфере над
каждым гектаром
почвы находится
около 80 тыс. т
азота, но молекулярный
азот воздуха
недоступен
для большинства
растений (кроме
бобовых) в природных
условиях.
Связывание
молекулярного
азота воздуха
и пополнение
запасов азота
в почве происходит
двумя путями.
Небольшое
количество
связанного
азота (до 3—5 кг
на 1 га) образуется
в атмосфере
под действием
грозовых разрядов
и в виде азотистой
и азотной кислоты
поступает в
почву с осадками.
Большее значение
для питания
растений имеет
фиксация азота
воздуха азотфиксирующими
микроорганизмами,
свободно живущими
в почве (азотобактер,
клост-ридиум
и др.), и клубеньковыми
бактериями,
живущими в
симбиозе с
бобовыми растениями
(биологический
синтез азота).
Свободноживущие
азотфиксаторы
ассимилируют
до 5—-10 кг азота
на 1 га. Размеры
симбиотической
азотфиксации
зависят от вида
бобового растения.
Так, клевер
может накапливать
150—160 кг азота,
люпин — 100—170, люцерна
— 250—300, соя — 100, горох,
вика и фасоль
— 70—80 кг на 1 га.
Примерно V,
связанного
бобовыми азота
остается в
пожнивных и
корневых остатках
и после минерализации
может использоваться
культурами,
следующими
в севообороте
после бобовых.
В
среднем на 1 т
сена (содержащую
25—30 кг азота) в
корневых и
послеукосных
остатках содержится
и поступает
в почву 10—15 кг
азота. Вклад
биологического
азота в азотный
баланс определяется
площадью, занимаемой
многолетними
бобовыми травами
и их урожаем,
от которого
зависит количество
азота, оставляемого
в почве в корневых
и послеукосных
остатках. Если
площадь, занятая
бобовыми травами,
составляет
10% общей посевной
площади, а урожай
сена равен 4 т
с 1 га, то ежегодное
поступление
в почву азота
на 1 га посевов
бобовых составит
40—60 кг, а в среднем
на 1 га всей посевной
площади — 4—6
кг.
Следовательно,
суммарное
поступление
азота за счет
указанных выше
источников
далеко не
компенсирует
выноса азота
урожаями
сельскохозяйственных
культур и потерь
его из почвы
в результате
вымывания и
денитри-фикации.
Поэтому для
получения
высоких урожаев
всех сельскохозяйственных
культур и повышения
качества урожая
громадное
значение имеет
внесение в
почву минеральных
азотных удобрений,
получаемых
путем искусственного
синтеза из
азота воздуха
на химических
заводах.
На
большинстве
почв Советского
Союза и особенно
в достаточно
увлажненных
районах на
дерново-подзолистых,
серых лесных
и выщелоченных
черноземах,
а также при
орошении на
сероземах и
других почвах
азотные удобрения
имеют решающее
значение в
повышении
урожаев. Они
дают наибольшие
прибавки урожайности.
По данным многих
полевых опытов,
азотные удобрения
дают в этих
районах около
60% общей прибавки
урожая, получаемой
от полного
минерального
удобрения
(NPK). Их применяют
под все культуры,
за исключением
бобовых, потребность
которых в азоте
обеспечивается
за счет фиксации
азота воздуха
клубеньковыми
бактериями.
Азотные
удобрения
подразделяются
на четыре группы:
Нитратные
удобрения
(селитры), содержащие
азот в нитратной
форме, — Na NO3 , Ca(NO3)2
Аммонийные
и аммиачные
удобрения,
содержащие
азот соответственно
в аммонийной
или аммиачной
форме,-— (NH4)2 SО4 , и
жидкие азотные
удобрения
(безводный
аммиак и аммиачная
вода).
Аммонийно-нитратные
удобрения,
содержащие
азот в аммонийной
и нитратной
форме,— NH4N03
Удобрение,
содержащее
азот в амидной
форме,—-CO(NH4)2.
Производство
различных
азотных удобрений
основано главным
образом на
получении
синтетического
аммиака из
молекулярного
азота и водорода.
Азог получают
пропусканием
воздуха в генератор
с горящим коксом,
а источником
водорода служат
природный газ,
нефтяные и
коксовые газы.
Из смеси N2 и Н2
(в отношении
1 : 3) при высокой
температуре
и давлении в
присутствии
катализаторов
получают аммиак:
Синтетический
аммиак используют
не только для
производств
аммонийных
солей, но и азотной
кислоты, которая
идет для получения
аммонийно-нитратных
и нитратных
удобрений.
Нитратные
удобрения
Нитратные
удобрения —
натриевая и
кальциевая
селитра — составляют
менее 1 % выпускаемых
азотных удобрений,
однако рассмотрение
их свойств и
превращений
в почве представляет
интерес с точки
зрения правильного
понимания
особенностей
применения
других азотных
удобрений.
Натриевая
селитра (нитрат
натрия, азотнокислый
натрий, чилийская
селитра) — Na
NO3Выпускаемая
в настоящее
время натриевая
селитра — побочный
продукт при
получении
азотной кислоты
из аммиака. Это
мелкокристаллическая
соль белого
или желтовато-бурого
цвета, хорошо
растворимая
в воде. Обладает
слабой гигроскопичностью,
но при хранении
в неблагоприятных
условиях может
слеживаться.
При правильном
хранении не
слеживается
и сохраняет
хорошую рассеваемость.
Кальциевая
селитра (нитрат
кальция, азотнокислый
кальций)—
Ca(NO3)2Получается
при нейтрализации
азотной кислоты
известью, а
также в качестве
побочного
продукта при
производстве
комплексных
удобрений —
нитрофосок
— методом
азотно-кислотной
переработки
фосфатов
Кристаллическая
соль белого
цвета, хорошо
растворимая
в воде. Обладает
высокой гигроскопичностью
и даже при нормальных
условиях хранения
сильно отсыревает,
расплывается
и слеживается.
Хранят и перевозят
ее в специальной
водонепроницаемой
упаковке. Для
уменьшения
гигроскопичности
гранулируется
с применением
гидрофобных
покрытий Однако
гранулирование
не устраняет
полностью
неблагоприятные
физические
свойства удобрения.
Натриевая
и кальциевая
селитра —
физиологически
щелочные удобрения.
Растения в
большем количестве
потребляют
анионы NO3- чем
катионы Na+ или
Са2+ , которые,
оставаясь в
почве, сдвигают
реакцию в сторону
подщелачивания.
Эти удобрения
при систематическом
применении
на кислых
дерново-подзолистых
почвах снижают
почвенную
кислотность.
Особенно
хорошие результаты
на кислых, бедных
основаниями
почвах дает
кальциевая
селитра. При
ее внесении
уменьшается
кислотность
и улучшаются
физические
свойства почвы,
так как кальций
коагулирует
почвенные
коллоиды.
В
почве селитры
быстро растворяются
и вступают в
обменные реакции
с катионами
почвенного
поглощающего
комплекса:
Катионы
Na+ или Са2+ поглощаются
почвой, а анионы
остаются в
почвенном
растворе, сохраняя
высокую подвижность.
Поэтому в условиях
влажного климата
или при обильном
орошении, особенно
на легких почвах,
нитратный азот
может вымываться,
а также теряться
в виде газообразных
продуктов в
ходе денитрификации.
Селитры
не рекомендуется
вносить осенью,
их лучше заделывать
весной под
предпосевную
культивацию.
Очень хорошо
использовать
эти удобрения
в подкормку
под озимые и
пропашные
культуры, а
натриевую
селитру — также
в рядки при
посеве сахарной
свеклы, кормовых
и столовых
корнеплодов.
Высокая эффективность
натриевой
селитры при
внесении под
корнеплоды
связана с ролью
натрия. Он усиливает
отток углеводов
из листьев в
корни, в результате
повышаются
урожай корней
и содержание
в них сахара.
Аммонийные
и аммиачные
удобрения
Твердые
аммонийные
удобрения
составляют
около 6% валового
производства
азотных удобрений.
Твердые аммонийные
удобрения.
Сульфат аммония
(сернокислый
аммоний) — (NH4)2 SО4
— содержит
20,8— 21% азота. Кристаллическая
соль, хорошо
растворимая
в воде; гигроскопичность
ее очень слабая,
поэтому при
нормальных
условиях хранения
слеживается
мало и сохраняет
хорошую рассеваемость.
Получают сульфат
аммония улавливанием
серной кислотой
газообменного
аммиака из
газов, образующихся
при коксовании
каменного угля,
или нейтрализацией
синтетическим
аммиаком отработанной
серной кислоты
различных
химических
производств.
Большое количество
сульфата-аммония
вырабатывается
в качестве
побочного
продукта при
производстве
капролактама.
Синтетический
сульфат аммония
белого цвета,
а коксохимический
из-за наличия
органических
примесей имеет
серую, синеватую
или красноватую
окраску.
Удобрение
содержит около
24% серы и является
хорошим источником
этого элемента
для питания
растений.
Хлористый
аммоний — NH4C1 —
получали как
побочный продукт
при производстве
соды, содержит
24—25% азота. Из-за
содержания
большого количества
хлора (67%) малопригоден
для культур,
чувствительных
к этому элементу
(табака, цитрусовых,
картофеля и
др.).
Сульфат
аммония (и хлористый
аммоний) — удобрения
физиологически
кислые, так как
растения быстрее
и в большем
количестве
потребляют
катионы NH4+ чем
анионы SO42-
При
однократном
внесении умеренных
доз этих удобрений
заметного
подкисления
почвы не наблюдается,
на при систематическом
применении»
особенно на
малобуферных
почвах, происходит
значительное
их подкисление.
После внесения
в почву аммонийные
удобрения
быстро растворяются
в почвенной
влаге и вступают
в обменные
реакции с катионами
почвенного
поглощающего
комплекса:
Поглощенный
аммоний хорошо
доступен для
растений. В то
же время подвижность
его в почве и
опасность
вымывания в
условиях обильного
увлажнения
уменьшаются.
Аммонийные
удобрения можно
вносить заблаговременно,
с осени, под
зяблевую вспашку.
Поглощение
аммония почвой
и его меньшая
подвижность
могут играть
и отрицательную
роль. Аммонийный
азот локализуется
в почве в очагах
его внесения
и очень слабо
передвигается,
поэтому при
внесении аммонийных
удобрений в
подкормку или
в рядки при
посеве использование
азота молодыми
растениями,
имеющими
слаборазвитую
корневую систему,
затруднено.
Кроме того,
интенсивное
поступление
аммонийного
азота в молодые
проростки
растений с
малым запасом
углеводов в
семенах может
оказать на них
отрицательное
влияние из-за
токсического
действия избытка
аммиака.
В
рядки или подкормку
лучше вносить
нитратные
удобрения,
аммонийные
применяют
преимущественно
до посева в
качестве основного
удобрения. С
течением времени
разница в подвижности
нитратных и
аммонийных
удобрений
сглаживается,
так как аммонийный
азот постепенно
подвергается
нитрификации
и переходит
в нитратную
форму.
Хлористый
аммоний нитрифицируется
медленнее, чем
сульфат- аммоний,
что связано,
очевидно, с
отрицательным
влиянием хлора
на деятельность
нитрифицирующих
бактерий.
В
результате
нитрификации
аммонийных
удобрений
образуется
Н NO3 , освобождается
H24 или НС1. Эти
кислоты подкисляют
почвенный
раствор и вытесняют
основания из
почвенного
поглощающего
комплекса. При
систематическом
применении
аммонийных
удобрений,
особенно на
малобуферных
слабоокультуренных
дерново- подзолистых
почвах, повышается
актуальная,
обменная и
гидролитическая
кислотность,
уменьшается
степень насыщенности
почвы основаниями,
увеличивается
содержание
подвижных форм
алюминия и
марганца, В
результате
ухудшаются
условия роста
растений и
снижается
эффективность
удобрений.
Возрастает
потребность
в известковании.
Особенно
сильно реагируют
на подкисляющее
действие аммонийных
удобрений
культуры,
чувствительные
к почвенной
кислотности:
клевер, пшеница,
ячмень, свекла,
капуста. Для
этих культур
аммонийные
удобрения уже
с первых лет
их применения
оказываются
менее эффективными,
чем нитратные.
Известкование
дерново-подзолистых
почв устраняет
отрицательное
влияние аммонийных
удобрений на
свойства почвы.
Хорошая заправка
почвы навозом,
повышая ее
буферность,
также снижает
отрицательное
действие этих
удобрений на
свойства почвы
и имеет важное
значение для
более эффективного
их применения.
Жидкие
азотные удобрения.
Жидкий
аммиак — NH3 —
содержит 82,2% азота.
Получается
сжижением
газообразного
аммиака под
давлением. По
внешнему виду
бесцветная,
подвижная
жидкость, плотность
0,61 при 20°С, температура
кипения 34°С. При
хранении в
открытых сосудах
NH3 быстро испаряется.
Жидкий аммиак
обладает высокой
упругостью
паров (при 10°С
5,2 кгс/см2 и при
38°С 14 кгс/см2), поэтому
его хранят и
транспортируют
в стальных
баллонах или
цистернах,
выдерживающих
высокое давление.
NH3 Аммиачная
вода (водный
аммиак) — NH4 OH —
водный 25%-ный
и 22%-ный раствор
аммиака, выпускается
двух сортов
— с содержанием
азота 20,5 и 18%. Бесцветная
или желтоватая
жидкость с
резким запахом
аммиака (нашатырного
спирта). Упругость
паров небольшая.
Хранить и
транспортировать
аммиачную воду
можно в герметически
закрывающихся
резервуарах
(цистернах,
баках), рассчитанных
на невысокое
давление. В
аммиачной воде
азот находится
в форме NH3 и NH4 OH,
причем аммиака
содержится
больше, чем
аммония. Этим
обусловлена
возможность
потерь азота
за счет улетучивания
NH3 при перевозке,
хранении и
внесении удобрения.
Использовать
ее в качестве
удобрения проще
и безопаснее,
чем жидкий
аммиак, но
недостатком
является низкое
содержание
азота. Поэтому
производство
аммиачной воды
уменьшается,
а безводного
аммиака увеличивается.
Преимущество
жидких азотных
удобрений
заключается
в том, что производство
и применение
их обходится
значительно
дешевле, чем
твердых. При
производстве
жидких азотных
удобрений
отпадает
необходимость
в строительстве
цехов азотной
кислоты, кристаллизации,
упарки, грануляции,
сушки, что позволяет
значительно
снизить Капиталовложения
на строительство
азотно-тукового
завода равноценной
(по азоту) мощности.
Стоимость
единицы азота
в жидком и водном
аммиаке примерно
в 1,5—2 раза меньше,
чем в аммиачной
селитре. Кроме
того, как показали
широкие производственные
испытания, в
2—3 раза сокращаются
затраты труда
на внесение
жидких удобрений,
так как отпадают
все работы по
подготовке
удобрений к
внесению (дробление,
просеивание,
засыпка в туковые
сеялки и т. п.),
а все операции
по их использованию
(погрузке, выгрузке,
внесению в
почву) полностью
механизированы.
При правильном
применении
жидкие азотные
удобрения дают
такие же прибавки
урожайности
культур, как
и равная доза
азота в аммиачной
селитре.
Жидкие
азотные удобрения
вносят специальными
машинами,
обеспечивающими
немедленную
заделку их на
глубину не
менее 10—12 см на
тяжелых почвах
и 14—18 см на легких.
Поверхностное
внесение этих
удобрений
недопустимо,
так как аммиак
быстро испаряется.
При более мелкой
заделке также
возможны значительные
его потери,
особенно на
легких песчаных
и супесчаных
почвах. Из влажной
почвы потери
аммиака значительно
меньше, чем из
сухой.
При
внесении жидких
аммиачных
удобрений ион
аммония (безводный
аммиак превращается
в газ и связывается
почвенной
влагой с образованием
гидроокиси
аммония) обменно
поглощается
и поэтому слабо
передвигается
в почве. В первые
дни после заделки
удобрений почва
подщелачивается,
а затем по мере
нитрификации
аммиачного
азота ее реакция
сдвигается
в сторону
подкисления.
При нитрификации
азота удобрений
возрастает
его подвижность
в почве. В зоне
внесения безводного
аммиака происходит
временная
стерилизация
почвы и скорость
нитрификации
замедляется.
Жидкие азотные
удобрения можно
применять как
основное (допосевное)
удобрение под
все культуры
и вносить не
только под
предпосевную
культивацию,
но и осенью под
зяблевую вспашку.
Их можно применять
и для подкормки
пропашных
культур. В этом
случае во избежание
ожогов растений
удобрения
заделывают
в середину
междурядий
или на расстоянии
не менее 10—12 см
от растений.
При
работе с жидкими
азотными удобрениями
следует соблюдать
правила техники
безопасности,
так как пары
аммиака вызывают
раздражение
слизистых
оболочек глаз
и дыхательных
путей, удушье
и кашель. При
осмотре и ремонте
емкостей из-под
этих удобрений
необходимы
меры предосторожности,
так как смесь
аммиака с воздухом
взрывоопасна.
Аммонийно-нитратные
удобрения
Аммиачная
селитра {азотно-кислый
аммоний, нитрат
аммония) — NH4 NO3 —
основное азотное
удобрение,
содержит 34,0% азота.
Получается
нейтрализацией
азотной кислоты
аммиаком:
NH3
+ NH3 = NH4 NO3 .
Аммиачную
селитру выпускают
в виде кристаллов
белого цвета
или гранул
размером I—3
мм, различной
формы (сферической,
в виде чешуек,
пластинок).
Неграиулированная
кристаллическая
аммиачная
селитра обладает
высокой гигроскопичностью,
при хранении
слеживается,
поэтому хранить
ее следует в
водонепроницаемых
мешках в сухом
помещении.
Выпускаемая
для сельского
хозяйства
гранулированная
селитра менее
гигроскопична,
меньше слеживается,
сохраняет
хорошую рассеваемость,
особенно если
в процессе ее
получения
вводятся в
небольших
количествах
специальные
кондиционирующие
(гидрофобные)
добавки.
Аммиачная
селитра — хорошо
растворимое
высококонцентрированное
удобрение.
Может применяться
под любые культуры
и на всех почвах
перед посевом,
при посеве в
рядки или лунки
и в подкормку.
В
аммиачной
селитре половина
азота находится
в нитратной
и половина в
аммонийной
форме. Из раствора
NH4N03 растения
быстрее поглощают
катион NH4+ , чем
анион NO3 — поэтому
аммиачная
селитра физиологически
кислое удобрение,
но подкисляет
почву слабее,
чем сульфат-аммоний.
При
взаимодействии
NH4N03 с почвенным
поглощающим
комплексом
катион NH4+ поглощается
почвой, а анион
NO3 — остается в
почвенном
растворе, сохраняя
высокую подвижность:
На
почвах, насыщенных
основаниями
(сероземы,
черноземы), в
растворе образуются
азотнокислые
соли кальция
(или магния) и
почвенный
раствор не
подкисляется
даже при систематическом
внесении высоких
норм удобрения.
Для этих почв
аммиачная
селитра — одна
из лучших форм
азотных удобрений.
На
кислых дерново-подзолистых
почвах, содержащих
в поглощенном
состоянии мало
кальция и много
ионов Н+ в почвенном
растворе образуется
H NO3, поэтому он
подкисляется.
Подкисление
носит временный
характер, так
как исчезает
по мере потребления
нитратного
азота растениями.
В первое же
время, особенно
при внесении
большой дозы
селитры и
неравномерном
ее рассеве, в
почве могут
создаваться
очаги с высокой
кислотностью.
При
длительном
применении
аммиачной
селитры на
малобуферных
дерново-подзолистых
почвах подкисление
может быть
довольно сильным,
в результате
эффективность
этого удобрения,
особенно при
внесении под
культуры,
чувствительные
к повышенной
кислотности,
заметно снижается.
Для
повышения
эффективности
NH4N03 на кислых
почвах большое
значение имеет
их известкование
(или нейтрализация
кислотности
самого удобрения
известью или
доломитом при
соотношении
1 : I).
На
кислых дерново-подзолистых
почвах более
высокий эффект,
особенно при
систематическом
применении,
дает нейтрализованная,
или известковая,
аммиачная
селитра NH4N03 + CaCO2 .
Она содержит
18—23% азота и получается
сплавлением
или смешением
азотно-кислого
аммония с
эквивалентным
количеством
извести, мела
или доломита.
Мочевина
Мочевина
(карбамид) —
CO(NH2)2 — содержит
не менее 46% азота.
Получается
синтезом из
аммиака и углекислого
газа при высоких
давлениях и
температуре.
Белый мелкокристаллический
продукт, хорошо
растворимый
в воде. Гигроскопичность
при температуре
до 20°С сравнительно
небольшая. При
хороших условиях
хранения слеживается
мало, сохраняет
удовлетворительную
рассеваемость.
Особенно хорошими
физическими
свойствами
обладает
гранулированная
мочевина.
Во
время грануляции
мочевины образуется
биурет (CONH2)2 NH , обладающий
токсическим
действием,
однако содержание
его в гранулированном
удобрении не
превышает 1% и
практически
безвредно для
растений при
обычных способах
применения.
В
почве под влиянием
уробактерий,
выделяющих
фермент уреазу,
мочевина быстро
{за 2—3 дня) аммонифицируется
с образованием
углекислого
аммония: CO(NH2)2+ Н2О
= (NH4)2 СО3
В
первые дни
после внесения
мочевины вследствие
образования
(NH4)2 СО3 (гидролитически
щелочная соль)
происходит
временное
местное подщелачивание
почвы. Образующийся
(NH4)2 СО3 поглощается
почвой и постепенно
нитрифицируется
(причем нитрификация
его протекает
быстрее, чем
(NH4)2 SО4 , и временное
подщелачивание
почвы сменяется
некоторым
подкислением.
На
малобуферных
легких почвах
смещения реакции
почвенного
раствора могут
быть особенно
заметными, но
после усвоения
азота растениями
в почве не будет
ни щелочных,
ни кислых остатков.
Мочевина
— одно из лучших
азотных удобрений
и по эффективности
равноценна
аммиачной
селитре, а на
рисе — сульфату
аммония.
Ее
можно применять
как основное
удобрение или
в подкормку
под все культуры
и на различных
почвах. При
внесении в
почву мочевины
необходимо
своевременно
ее заделать,
так как при
поверхностном
размещении
удобрения
возможны потери
азота вследствие
улетучивания
аммиака из
углекислого
аммония, легко
разлагающегося
на воздухе:
(NH4)2 СО3 = NH4 HСО3 + NH3 особенно
на карбонатных
и щелочных
почвах. Значительные
потери в форме
аммиака могут
происходить
при использовании
мочевины в
подкормку на
лугах и пастбищах,
поскольку
дернина обладает
высокой уреазной
активностью.
Мочевину с
успехом можно
применять для
некорневой
подкормки
овощных и плодовых
культур, а также
поздних подкормок
пшеницы с целью
повышения
содержания
белка в зерне.
Для
снижения потерь
азота удобрений
и повышения
их эффективности
разрабатывается
технология
производства
медленнодействующих
форм азотных
удобрений —
малорастворимых
(мочевиноформальдегидного
удобрения) либо
с замедлением
освобождения
азота (путем
покрытия гранул
различными
синтетическими
материалами
или элементарной
серой). Для
консервации
азота мочевины
и аммиачных
удобрений в
почве в аммонийной
форме используются
ингибиторы
нитрификации.
Эти препараты
при внесении
в почву в дозе
0,5—2 кг на 1 га вместе
с аммонийными
удобно рениями
и мочевиной
тормозят нитрификацию
в течение 1,5—2
месяцев и сохраняют
минеральный
азот почвы и
удобрений в
аммонийной
форме. Подавляя
нитрификацию
азота удобрений,
ингибиторы
(как выявили
опыты с 15 N) снижают
в 1,5—2 раза его
потери в газообразной
форме и вследствие
вымывания
нитратов. В
результате
этого под влиянием
ингибиторов,
как показали
полевые опыты
с различными
культурами,
значительно
повышаются
урожай и эффективность
азотных удобрений.
Наиболее перспективно
применение
ингибиторов
нитрификации
в районах орошаемого
земледелия,
особенно под
хлопчатник
и на рисовых
плантациях,
а также под
другие культуры
в зоне достаточного
увлажнения
на легких почвах.
Производство
Важным
азотным удобрением
является аммиачная
селитра (нитрат
аммония), так
как при высоком
содержании
(34,8%) азота она
усваивается
полностью
(быстро в виде
ЫО3~-иона и медленнее
из ЫН4+-иона, который
сначала адсорбируется
почвенными
коллоидами).
Получается
путем непосредственной
нейтрализации
азотной кислоты
аммиаком с
последующим
выделением
продукта в виде
безводной соли.
При нейтрализации
выделяется
значительное
количество
теплоты, которую
используют
для выпаривания
полученного
раствора. На
рисунке 29 приведена
схема производства.
Нейтрализацию
проводят в
нейтрализаторе
ИТН (с использованием
теплоты нейтрализации)
1 из нержавеющей
стали; во внутреннюю
часть его
(реакционная
камера) подают
газообразный
аммиак и через
разбрызгиватель
в небольшом
избытке против
теоретического
количества
слабую (45—50-процентная)
азотную кислоту.
В реакционной
камере нитрат
аммония образуется
при температуре
более низкой,
чем температура
кипения азотной
кислоты. Получаемый
слабокислый
раствор нитрата
аммония благодаря
выделяющейся
теплоте закипает,
и вода из него
частично испаряется.
Затем раствор
(вместе с парами
воды) поступает
в наружную
часть нейтрализатора,
откуда он переводится
в донейтрализатор
2, где нейтрализация
заканчивается.
Производительность
аппарата ИТН
достигает 1400
г селитры в
сутки.
Рис.
29. Упрощенная
схема производства
аммиачной
селитры:
1
— нейтрализатор
ИТН; 2 — донейтрализатор;
3, 5, 6, 9 — сборники;
4 — выпарной
аппарат первой
ступени с
пароотделителем;
7 — выпарной
аппарат второй
ступени; 8 —
паро-отделитель;
10 — разбрызгиватель
плава; // — грануляционная
башня; 12 — барометрический
конденсатор;
13 — центробежные
насоеы; 14 — ленточный
транспортер,
Пары
воды, выходящие
из нейтрализатора,
называют соковым
паром. Он используется
для дальнейшего
испарения воды
из раствора
селитры под
вакуумом в
выпарном аппарате
первой етупени
4. Окончательное
упаривание
производят
в выпарном
аппарате второй
ступени 7, обогреваемом
паром под давлением
9-105н/л12. Оба эти
аппарата
кожухотрубные,
причем раствор
проходит в них
по трубам, а
греющий пар
— в межтрубном
пространстве.
Необходимо
отметить
исключительно
высокую растворимость
нитрата аммония
в воде, что позволяет
превратить
раствор в плав.
Выделяющиеся
из раствора
пары воды поступают
в барометрический
конденсатор
12, обильно орошаемый
водой, и здесь
конденсируются,
вследствие
чего в выпарной
системе создается
разрежение,
а это облегчает
испарение воды.
В сточной трубе
высота водяного
столба должна
превышать 10 м
для преодоления
атмосферного
давления. При
использовании
58-процентной
кислоты получается
85-процентный
раствор селитры,
который упаривают
в одну ступень,
а из 65-процентной
азотной кислоты
получают плав
без выпаривания.
Окончательно
плав упаривается
до концентрации
99,5% при стекании
по вертикальным
пластинам,
обдуваемым
горячим (180°С)
воздухом.
Гранулируют
плав в грануляционной
башне 11 (высотой
до 50 м). Горячий
плав поступает
в.верхнюю часть
ее и выливается
в разбрызгиватель
10. Навстречу
брызгам в башню
вентилятором
подается мощный
поток холодного
воздуха, за
счет которого
и происходит
охлаждение
и кристаллизация
капель. Гранулы
падают в нижнюю
часть башни,
представляющую
собой бункер,
и из него выгружаются
ленточным
транспортером
14 во вращающийся
сушильный
барабан, где
окончательно
высушиваются
встречным током
горячего (120 °С)
воздуха. Выход
достигает 98%,
а мощность цеха
0,5 млн. т в год.
Нитрат
аммония способен
слеживаться,
т. е. превращаться
при хранении
в плотные куски,
трудно поддающиеся
раздроблению.
Для уменьшения
слеживаемости
в аммиачную
селитру вводят
нитраты кальция
и магния, добавляя
в азотную кислоту
небольшое
количество
раствора,
образующегося
при обработке
азотной кислотой
доломита. Хранят
нитрат аммония
в непроницаемой
для воздуха
и влаги таре,
например в
многослойных
битумированных
бумажных или
полиэтиленовых
мешках.
Сульфат
аммония получается
нейтрализацией
раствора серной
кислоты аммиаком,
который выделяется
при коксовании
угля (см. главу
XII).
Все
большее значение
приобретает
в качестве
удобрения
карбамид, или
мочевина. Она
содержит 46,5% азота
и хорошо усваивается
растениями.
Ее применяют
и в качестве
подкормки
скоту, а также
в производстве
пластмасс,
фармацевтических
препаратов
и т. д. Мочевину
получают путем
непосредственного
синтеза из
аммиака и оксида
углерода (IV).
Процесс протекает
в две стадии.
Вначале происходит
быстрое образование
карбамино-вокислого
аммония (карбамата
аммония):
который
при дегидратации
дает Мочевину:
Рис.
30. Упрощенная
схема производства
мочевины с
полным жидкостным
рециклом NH3
и СОг:
/
— колонна синтеза;
2 — смеситель;
3, 4 — ректификационные
колонны; 5 —
промывная
колонна; 6 — насос;
7 — дроссельные
вентили для
снижения давления.
В
целом процесс
можно изобразить
уравнением:
В
почве реакция
протекает в
обратном направлении
и аммиак усваивается
растениями.
Достаточная
скорость второй
стадии реакции,
протекающей
в жидкой фаае
(состоящей из
расплавленных
карбамата и
мочевины, а
также из воды
и растворенного
в ней NH3), достигается
лишь при 180—200 °С.
Однако при этих
температурах
карбамат диссоциирует
на аммиак и
оксид углерода
(IV), поэтому процесс
необходимо
проводить под
давлением 2-Ю7
н/м2 (превышающим
давление его
диссоциации).
Для увеличения
выхода применяют
двойное количество
аммиака по
сравнению с
теоретическим
и уменьшают
объем газовой
фазы до минимального.
Выход мочевины
достигает
60—70%. Для синтеза
мочевины используют
оксид СО2, образующийся
в качестве
отхода при
конверсии
оксида СО (см.
главу XIII). Реакцию
проводят в
колонне синтеза
/ (рис. 30) высотой
до 24 м и диаметром
1,5 м, в которой
имеются два
цилиндра. В
колонну подают
жидкий аммиак,
он поступает
вверх в кольцевое
пространство
между корпусом
и наружным
цилиндром, а
затем вниз
между обоими
цилиндрами,
защищая тем
самым корпус
от действия
реакционной
смеси. В колонну
из смесителя
2 поступает
также смесь
NH3,
CO2
и водного раствора
(NH4)2CO3
и NH4HCO3.
Процесс образования
кар-бамата и
мочевины в
колонне протекает
(за 30—40 мин) непрерывно
и автотермично.
Для выделения
мочевины плав
пропускают
последовательно
через две
ректификационные
колонны. В первой
колонне 3 с насадкой
из колец вследствие
снижения давления
до 1,7• 10е н/м? отгоняется
избыточный
аммиак и разлагается
часть ^карбамата,
а во второй
колонне 4 разложение
заканчивается.
Выходящая из
нее газовая
смесь при конденсации
превращается
в водный раствор
(NH4)2CO3
и NH4HCO3,
который поступает
на орошение
промывной
колонны 5, где
улавливается
аммиак и оксид
углерода (IV)
из колонны 3.
Сюда же для
регулирования
температуры
вводят жидкий
аммиак. После
сжатия насосом
6 раствор поступает
в смеситель
2. Таким путем
происходит
циркуляция
исходных веществ,
что повышает
выход до 96%. Выходящий
из колонны
водный раствор
мочевины выпаривают
в вакууме, после
чего 99,5-процентный
плав гранулируют.
Производительность
достигает 250 г
мочевины в
сутки.
Ценными
удобрениями
с высоким содержанием
азота (30— 36%) являются
также аммиакаты
— растворы
аммиачной
селитры или
мочевины в
аммиачной воде.
Источники
-
http://www.agromage.com/
-
http://www.alximik.ru/