Агрохимикаты, статья из раздела: Питательные элементы
По-английски |
Nitrogen |
|
|
|
|
Азот – один из самых необходимых для растений химический элемент. Присутствует повсеместно в свободном или связанном состоянии. Азотные удобрения выпускаются в различных формах и применяются для основного и предпосевного внесения – как поверхностного, так и на подкормку. Только 1 % азота почвы находится в легко усваиваемых растениями минеральных формах, поэтому применение азотных удобрений – важное условие для сохранения и повышения плодородности сельскохозяйственных земель. |
Многие известные научные открытия были сделаны двумя учеными, которые работали независимо друг от друга, и такие случаи довольно многочисленны. Однако в том, что касается открытия элемента азота, приоритет пришлось отдавать одному из трех известных химиков. Все они выделили азот из воздуха, используя немного различающиеся методики получения, и сделали это практически в одно и то же время, в конце XVIII века.
Англичанин Генри Кавендиш пропускал воздух над раскаленным углем, сжигая кислород, а затем фильтровал его через раствор щелочи, чтобы избавиться от примеси углекислого газа. В итоге он получил газ, не поддерживающий дыхание и горение, и названный им «мефитическим воздухом». Джозеф Пристли поместил в закрытый сосуд горящую свечу и описал образование аналогичного газа, который назвал «флогистированным воздухом». Однако их соотечественник Даниэль Резерфорд оказался более предприимчивым и менее медлительным: получив свой «удушливый воздух», он тут же опубликовал открытие и описал методику получения вещества. В результате все современные школьники знают, что азот был открыт Резерфордом, а заслуги талантливых химиков Кавендиша и Пристли, увы, оказались частично преданы забвению.
Что же касается названия элемента, то его предложил француз Антуан Лоран Лавуазье, и этот термин в полной мере отражает суть наблюдений всех трех ученых, которые впервые изучали его свойства. Слово состоит из двух частей: приставки «а», означающей отрицание, и корня слова «зое», которое переводится с греческого как «жизнь». Безжизненный, не дающий жизнь – вот что «азот» значит в смысловом переводе.
Известный ученый и был прав, и ошибался одновременно. Пусть газообразный азот и не поддерживает дыхания, однако он образует множество органических веществ, из которых построены компоненты живых клеток, в первую очередь, молекулы белка. Это определяет абсолютную незаменимость азота для жизни на Земле и делает его одним из главных макроэлементов живой клетки, наряду с кислородом, водородом и углеродом.[7]
Азот – химический элемент V группы системы Менделеева. Атомный номер – 7, атомная масса – 14,0067. Природный азот составлен из двух стабильных изотопов.[6]
Азот – бесцветный газ, не имеющий запаха.
В воде малорастворим, легче воздуха. Молекулярный азот химически малоактивен. При комнатной температуре взаимодействует только с литием. При нагревании реагирует с кальцием, магнием, титаном. Реакция взаимодействия с водородом проходит под воздействием высоких температур, высокого давления и в присутствии катализатора, с кислородом – при температуре 3000–4000°С.
Наибольшее значение из соединений с водородом имеет аммиак – газ без цвета с характерным запахом нашатырного спирта.
С кислородом азот образует ряд оксидов: закись азота N2O, окись азота NO, диоксид азота NO2, азотистый ангидрид N2O3.[3]
Общее содержание азота в литосфере 1 х 10-2 % по массе. Наибольшая часть данного химического элемента находится в атмосфере в свободном состоянии. Он является главной составной частью воздуха. В атмосфере земли азот составляет 75,6 % по массе и 78,09 % по объему.
В связанном состоянии азот встречается повсеместно: в воздухе, водах рек, океанов и морей. В земной коре образует три основных типа минералов, отличающихся входящими в их состав ионами, – CN-, NO3- и NH4+.
Крупные залежи натриевой селитры NaNO3 находятся в Чили на берегу Тихого океана. Это единственное в мире крупное месторождение, содержащее неорганическое соединение азота.
Элемент входит в состав всех живых организмов. Его содержание обнаруживается в каменном угле (1,0–2,5 %), нефти (0,2–1,7 %). Азот не поддерживает дыхание и горение, однако значение азота в жизнедеятельности растений и животных огромно. В белках его содержится до 17 %. Более того, без азотной составляющей белки не существуют.[3]
На долю органических соединений – белков, аминов, амидов, аминокислот и прочих – приходится 93–95 % почвенного азота. Однако органический азот практически недоступен растениям и становится усваиваемым ими только после минерализации.
Минеральный азот, входящий в состав нитратных и аммиачных форм, накапливается в почве в результате процессов аммонификации и нитрификации, которые осуществляют различные группы микроорганизмов.
Разложение азотистых органических соединений в различных типах почв проходит по единой схеме:
белки → гуминовые вещества → аминокислоты → амиды → аммиак → нитриты → нитраты
Скорость минерализации основного запасного фонда азота – органических веществ почвы – зависит от многих факторов: влажности почвы, температурного режима, кислотности, характера органического вещества. Поэтому количество образующихся минеральных форм азота постоянно пребывает в динамичном состоянии. Максимальное количество накапливается в весенний период, наиболее благоприятный по режиму температуры и влажности для нитрификации. Однако нитраты – подвижные соединения, и они могут вымываться из почвы или подвергаться биологической денитрификации (образованию газообразных форм). В результате почва теряет часть азота.
Валовое содержание азота в почве сильно варьирует и зависит от типа почвы, гранулометрического состава, запасов органики, режима увлажнения и степени окультуренности почвы.
Содержание общего азота тем больше, чем больше содержание гумуса. Кроме того, содержание доступного элемента значительно возрастает при окультуривании почвы.
Содержание и запасы азота в метровом слое данных почв суглинистого состава в 2–2,5 раза больше, чем в песчаных. Кроме того, содержание азота снижается в нижележащих горизонтах.
Содержание и запасы азота в дерново-подзолистых почвах, согласно данным:[2] |
|||||
Глубина взятия образца, см |
Гумус, % |
Общий азот, % |
Запасы общего азота, т/га |
Фиксированный аммоний мг/кг % от общ. N |
|
Среднесуглинистая почва на моренном суглинке |
|||||
4 - 20 |
2,45 |
0,179 |
6,4 |
51,2 |
2,9 |
30 - 40 |
0,69 |
0,064 |
1,4 |
41,4 |
6,5 |
55 - 68 |
0,32 |
0,054 |
2,8 |
44,0 |
8,2 |
90 - 100 |
0,20 |
0,031 |
3,5 |
33,8 |
10,9 |
165 - 175 |
0,07 |
0,025 |
2,3 |
40,4 |
16,2 |
Легкосуглинистая на лессовидном суглинке |
|||||
2 - 18 |
1,69 |
0,119 |
3,1 |
46,0 |
3,9 |
30 - 40 |
0,81 |
0,091 |
3,7 |
42,5 |
4,7 |
55 - 65 |
0,51 |
0,056 |
3,8 |
44,0 |
7,9 |
102 - 114 |
0,28 |
0,320 |
1,7 |
37,3 |
11,7 |
140 - 150 |
0,22 |
0,036 |
4,7 |
43,0 |
11,9 |
Связнопесчаная, подстилаемая моренным суглинком |
|||||
5 - 15 |
1,30 |
0,070 |
2,2 |
14,5 |
2,1 |
25 - 35 |
0,48 |
0,039 |
1,2 |
11,8 |
3,0 |
50 - 65 |
0,14 |
0,014 |
0,6 |
1,7 |
1,2 |
80 - 100 |
0,14 |
0,021 |
1,6 |
18,4 |
8,8 |
140 - 150 |
0,07 |
0,013 |
1,1 |
24,5 |
18,9 |
В тканях растения азотистые соединения подвергаются сложным превращениям, результатом которых становиться образование аминокислот, а затем белков.
Значительное накопление аммиака при недостатке углеводов (источника кетокислот), приводит к аммиачному отравлению растений. Однако растения обладают способностью связывать избыток свободного аммиака. Большая его часть вступает во взаимодействие с ранее синтезированными аспарагиновой и глутаминовой аминокислотами с образованием амидов – аспарагина и глутамина (играют важную роль в синтезе белков). Этот процесс позволяет растениям не только защититься от аммиачного отравления, но и создавать резерв аммиака, который будет использоваться в дальнейшем по мере необходимости.
Симптомы недостатка азота, согласно данным:[5] |
|
Культура |
Симптомы недостатка |
Общие симптомы |
Изменение окраски листа с зеленой до бурой, уменьшение размера листьев, ослаблено ветвление и плодоношение |
Злаковые |
Ослаблено кущение |
Картофель |
Рост стеблей и листьев ослабляется, боковые побеги не образуются или мелкие, Стебли тонкие, прямостоячие, Листья нижнего яруса бледно-зеленые, постепенно желтеют и засыхают, Молодые листья мелкие, светло-зеленые с засохшими и завернутыми краями, Клубни интенсивно поглощают хлор и становятся токсичными |
Капуста белокочанная и цветная |
Цвет листьев нижнего яруса: сначала желтовато – зеленые, затем розовые, оранжевые или пурпурные, Раннее усыхание листьев, Кочан мелкий |
Томаты |
Листья мелкие, зелено-желтые, Жилки и стебли голубовато-красные, Плоды мелкие деревянистые, бледно-зеленые, при созревании ярко окрашены |
Лук |
Рост задерживается, листья короткие, диаметр небольшой, цвет – бледно-зеленый, Начиная от вершин, краснеют |
Огурцы |
Новые листья замедляют рост, Цвет нижних листьев - от бледно-зеленой до зеленовато-желтой и ярко-желтой окраски, Стебли тонкие, волокнистые, твердые, Плоды мелкие, плохого качества |
Свекла |
Листья удлиненные, мелкие, вертикально расположенные, бледно-зеленые и желтовато-зеленые, Образование новых листьев |
Земляника |
Рост листьев останавливается, Цвет – от светло-зеленого до желтого, На старых листьях краснеющие зубчики, По мере старения зубчики желтеют, Часть пластины листа отмирает. |
Черная смородина |
Короткие и тонкие побеги, Цветение и образование ягод слабое. |
Яблоня |
Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано, Рост побегов ослабевает, Побеги твердые, тонкие, листья мелкие, Верхушечные почки формируются рано, Плодовых почек и цветков мало, Плоды сильно окрашены, Плоды твердые, грубые, нетипичного вкуса и окраски, Отличаются хорошей лежкостью |
Груша |
Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано, Рост побегов ослабевает, Побеги твердые, тонкие, листья мелкие, Верхушечные почки формируются рано, Плодовых почек и цветков мало, Плоды сильно окрашены |
Вишня |
Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано, Рост побегов ослабевает, Побеги твердые, тонкие, листья мелкие, Верхушечные почки формируются рано, Плодовых почек и цветков мало, Плоды сильно окрашены |
Слива |
Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано. Рост побегов ослабевает, Побеги твердые, тонкие, листья мелкие, Верхушечные почки формируются рано, Плодовых почек и цветков мало, Плоды сильно окрашены |
Нитратный азот растения могут накапливать в значительных количествах, без особого вреда для собственной жизнедеятельности.
В аминокислотах азот присутствует в виде аминогруппы – NH2. Образование аминокислот может происходить как в подземной (корнях), так и в наземных частях растений.
Установлено, что уже через несколько минут после подкормки растений аммиачными удобрениями в их тканях обнаруживаются аминокислоты, синтезированные с использованием внесенного в подкормку аммиака. Первой аминокислотой, образующейся в растении, является аланин, затем синтезируются аспарагиновая и глутаминовая кислоты.
Реакция переаминирования аминокислот заключается в переносе аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту. При этом образуются другие амино- и кетокислоты. Эта реакция катализируется ферментами аминоферазами и трансаминазами.
Путем переаминирования синтезируется значительное число аминокислот. Наиболее легко в этот процесс вовлекаются глутаминовая и аспарагиновая кислоты.
Как указывалось ранее, аминокислоты представляют собой основные структурные единицы белков и полипептидов, поскольку белки образуются из синтезированных в полипептидные цепи аминокислот. Различный набор и пространственное расположение аминокислот в полипептидных цепях способствуют синтезу огромного разнообразия белков. Известно свыше 90 аминокислот. Значительная их часть (около 70) присутствует в растительных тканях в свободном состоянии и не входит в состав белковых молекул.
В состав белков растений входят незаменимые для жизнедеятельности человека и животных белки: лизин, фенилаланин, триптофан, валин, треонин, метионин и другие. В организме млекопитающих и других высших животных данные белки синтезироваться не могут.
Растения содержат 20 – 26% небелкового органического азота от общего количества. В неблагоприятных условиях (дефицит калия, недостаток освещенности) количество небелковых азотистых соединений в растениях повышается.
Белки и небелковые азотистые соединения находятся в тканях растений в подвижном равновесии. Наряду с синтезом аминокислот и белковых соединений, постоянно проходят процессы их распада.
Весь сложнейший цикл трансформации и превращения азотистых соединений в растении начинается с аммиака и завершается аммиаком.
За время роста растения синтезируют большое количество разнообразных белков, и в разные периоды роста процесс обмена азотистых веществ протекает по-разному.
При прорастании семенного материала наблюдается распад ранее запасенных белков. Продукты распада идут на синтез аминокислот, амидов и белков в тканях проростков до выхода их на поверхность почвы.
По мере образования листового аппарата и корневой системы синтез белков проходит за счет минерального азота, поглощенного из почвы.
В органах молодых растений преобладает синтез белков. В процессе старения распад белковых веществ начинает преобладать над синтезом. Из стареющих органов продукты распада движутся в молодые, интенсивно растущие, где и находят применение для синтеза белка в точках роста.
При созревании и формировании репродуктивных органов растения происходит распад веществ в вегетативных частях растений и передвижение их в репродуктивные органы, где они используются в процессах синтеза запасных белков. В это время потребление азота из почвы значительно ограничивается или совсем прекращается.[8]
Азот плохо усваивается растениями при холодной погоде, на кислых неизвесткованных почвах, на почвах, содержащих большое количество небобовых культур и опилок.
Первый признак азотного голодания – изменение окраски листовой пластинки с зеленой на бледно-зеленую, а затем желтоватую и бурую из-за недостаточного образования хлорофилла.
При дальнейшем усилении дефицита азота размер листьев уменьшается. Они становятся узкими, мелкими, располагаются под острым углом к стеблю или ветви. Ветвление у растений ослабляется, уменьшается число плодов, зерен или семян.[5]
Избыток азота в молодом возрасте подавляет рост растений. В более взрослом наблюдается бурное развитие вегетативной массы в ущерб запасающим и репродуктивным органам. Снижается урожай, вкусовые качества и лежкость овощей и плодов.
Избыток азота во второй половине лета затягивает рост и созревание, вызывает полегание знаков, ухудшает качество зерна, корнеплодов, фруктов. Понижается устойчивость растений к грибковым заболеваниям. Повышается концентрация в растениях биологически несвязанного азота в виде нитратов и нитритов.
Избыток азота приводит к некрозу тканей растений: хлороз развивается сначала на краях листьев, потом распространяется между жилками, появляется некроз с коричневым окрасом, концы листовых пластинок свертываются, листья опадают.[5]
Удобрение |
Содержание азота |
Натриевая селитра (нитрат натрия, чилийская селитра), NaNO3 |
16% |
Кальциевая селитра, Са(NО3)2 |
13 - 15% |
Аммонийные азотные удобрения |
|
Сульфат аммония, или сернокислый аммоний, (NH4)2SО4 |
20,5 - 21% |
Хлористый аммоний, NН4Сl |
24 – 26% |
34,6% |
|
Аммиачные удобрения |
|
Безводный аммиак (NH3) |
82,3% |
Аммиачная вода (NH4OH + NH3) |
20,5 и 18% |
Амидные удобрения | |
Карбамид (мочевина) — СО(NН2)2 | 46% |
28; 30 или 32% |
|
Медленнодействующие азотные удобрения |
|
Карбамид с гумат содержащими добавками |
46% |
Сульфат аммония с защитным покрытием |
20% |
Карбамид с полимерным покрытием |
не менее 42% |
Сульфат аммония с полимерным покрытием |
20% |
Для яровых зерновых культур и картофеля |
N:Р2О5:К2О = 16:12:20 |
Для озимых зерновых культур |
N:Р2О5:К2О = 5:16:3 |
Органические удобрения | |
Свежий навоз на соломенной подстилке | 0,45 – 0,83 |
Полуперепревший подстилочный навоз | 0,50 – 0,86 |
Торф | 0,8 – 3,3 |
Навозная жижа | 0,26 – 0,39 |
Птичий помет | 0,5 – 1,6 |
Подстилочный помет | 1,6 – 2,22 |
Производство азотных удобрений основывается на получении аммиака из молекулярного азота воздуха и водорода. Источником последнего могут служить природный газ, коксовые или нефтяные газы.
Азотные удобрения подразделяют на шесть групп:
Источником азота для растений служат органические удобрения:
Торф также богат азотом. Его содержание колеблется от 0,8 – 1,2% в верховом до 1,0 – 2,3 % в переходном и 2,3 – 3,3 % в низинном торфе. Однако органические соединения азота, присутствующие во всех видах торфа, плохо усваиваются растениями. В связи с эти его применение в чистом виде неэффективно, и расходы на добычу и применение чистого торфа редко окупаются прибавкой урожая.
Птичий помет, содержит большое количество азота. В зависимости от вида птиц и скармливаемых им кормов, процентный состав азота в птичьем помете колеблется от 0,5 до 1,6 %. Еще богаче азотом подстилочный птичий помет. В зависимости от вида подстилки, он включает в себя от 1,6 до 2,22 % азота.[4]
Натриевая селитра (нитрат натрия, чилийская селитра) используется повсеместно на разных почвах и под все сельскохозяйственные культуры для основного и предпосевного внесения – как поверхностного, так и на подкормку.[8]
Кальциевая селитра для большинства растений равноценна натриевой селитре. Исключение – сахарная свекла и корнеплоды. В данном случае удобрение менее эффективно.[8]
Удобрения, содержащие Азот
На большинстве почв России и СНГ, особенно в достаточно увлажненных районах, азотные удобрения имеют большое значение для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Сбалансированное применение азотных удобрений повышает содержание витаминов, аскорбиновой кислоты, каротина, тиамина, миозина, рибофлавина.
Составители: Григоровская П.И., Черкасова С.А.
Страница внесена: 05.12.13 00:29
Последнее обновление: 10.11.14 13:49
Вильдфлуш И. Р., Цыганов А. Р., Лапа В. В., Персикова Т. Ф. Рациональное применение удобрений: Пособие. – Горки: Белорусская государственная сельскохозяйственная академия, 2002.– 324 с.
Вильдфлуш И.Р., Кукреш С.П., Ионас В.А. Агрохимия: Учебник – 2-е изд., доп. И перераб. – Мн.: Ураджай, 2001 – 488 с., ил.
Глинка Н.Л. Общая химия. Учебник для ВУЗов. Изд: Л: Химия, 1985 г, с 731
Минеев В.Г. Агрохимия: Учебник.– 2-е издание, переработанное и дополненное.– М.: Издательство МГУ, Издательство «КолосС», 2004.– 720 с., [16] л. ил.: ил. – (Классический университетский учебник).
Петров Б.А., Селиверстов Н.Ф. Минеральное питание растений. Справочное пособие для студентов и огородников. Екатеринбург, 1998. 79 с.
Химическая энциклопедия: в пяти томах: т.1: А-Дарзана/Редкол.: Кнунянц И.Л. (гл. ред.) и др. – М.: Советская энциклопедия, 1988. – 623.: ил
Энциклопедия для детей. Том 17. Химия. / Глав. ред. В.А. Володин. – М.: Аванта +, 2000. – 640 с., ил.
Ягодин Б.А., Жуков Ю.П., Кобзаренко В.И. Агрохимия / Под редакцией Б.А. Ягодина.– М.: Колос, 2002.– 584 с.: ил (Учебники и учебные пособия для студентов высших учебных заведений).
A farmer's primer on growing soybeans_p61, by IRRI Images, по лицензии CC BY
Liquid Nitrogen, PicoCon, Imperial College, London, UK.JPG, by Cory Doctorow, по лицензии CC BY-SA
Nitrogen deficiency in wheat, by CIMMYT, по лицензии CC BY-NC-SA
Nutrient excess or toxicity (general), by David B. Langston, University of Georgia, Bugwood.org, по лицензии CC BY
Soybean Glycine max, by J.G. Davis, Bugwood.org, по лицензии CC BY
Оставьте свой отзыв:
Отзывы:
Комментарии для сайта Cackle