Жидкий азот и почва
Жидкий азот и почва
По эффективности воздействия на урожайность сельскохозяйственных культур аммиачный азот в составе жидких удобрений ничем не уступает их сыпучим формам, зато стоимость единицы N в составе безводного аммиака на 28-30% меньше такой же единицы N в составе гранулированной аммиачной селитры, а тонна азота в жидком аммиаке всегда была и будет на 16-22% дешевле, чем в любой другой форме азотного удобрения. В засушливые годы действие жидких азотных удобрений по эффективности превышает действие сыпучих форм, что связано с тщательной запашкой в пахотный слой почвы азота жидкой формы, тогда как значительная часть сыпучих удобрений остается в верхнем сухом слое.
Наиболее концентрированным (содержит 82,2% азота) и экономически эффективным азотным удобрением является жидкий аммиак. При внесение в почву он быстро переходит в газообразное состояние, обеспечивающее его равномерное распространение в почвенном растворе с образованием гидроксида аммония (NH4OH), ионы которого поглощаются частицами почвы и постепенно используются растениями. Применение жидкого аммиака имеет ряд преимуществ: позволяет полностью механизировать все процессы, связанные с транспортировкой, заправкой и внесением удобрения в почву, обеспечивает равномерное распределение азота с горизонтальным профилем почвы, для реализации сыпучих минеральных удобрений, поставщики покупают ленточный конвейер, для транспортировки и экономии времени на погрузку.
Для обеспечения эффективного применения жидких азотных удобрений необходимо иметь представление о характере поведения аммиака во время внесения в почву, его закрепление в нем и трансформацию. Несмотря на наличие большого количества свободного аммиака в водном растворе, возможны потери азота при внесении в почву, если не принять соответствующие меры.
Нитрификация аммиака в почве
Достаточно хорошо изучены условия нитрификации жидких аммиачных удобрений и их влияние на микрофлору почвы. Исследования показывают, что на скорость нитрификации аммиака в почве влияют температура, влажность, аэрация, реакция почвенного раствора, физико-химические свойства и другие факторы. В первые дни после внесения аммиака жизнедеятельность нитрификационных микроорганизмов подавляется. Через 3-5 дней численность бактерий, требуют щелочной реакции, восстанавливается до прежнего уровня и на 10-й день после внесения аммиака возрастает в 6-25 раз.
В полевых условиях нитрификация начинается с меньшей концентрации аммиака, то есть на периферии зоны внесения, и постепенно распространяется к центру. При этом, важное значение, имеет доза внесения аммиака. Так, при дозе азота 500 мг на 1 кг почвы в слое, обработанном аммиаком, половина азота перешла в нитратную форму в течение 10-18 дней в слабогумусированном красноземе. Для полной нитрификации необходимо от 3 до 6 недель. При дозе азота 1500 мг/кг почвы половина аммиака нитрифицируется в течение 24-42 дней, а для полной нитрификации азота требовалось 2-3 месяца.
В лугово-песчаном грунте при дозе азота 500 мг/кг в обработанной зоне аммиак нитрифицируется за 25 дней наполовину, а за 52 дней - практически полностью. При внесение азота 1500 мг/кг наблюдали значительные потери аммиака через испарение. Нитрификация начиналась только через 35 дней при снижение содержания азота до 700 мг/кг и завершалась наполовину за 62 дня. К концу опыта, который длился 85 дней, в почве оставалась еще заметное количество аммиака.
Результаты исследований показывают, что окисления аммонийного азота в нитратный происходит достаточно быстро, но в условиях установления температуры воздуха не ниже +15 ... + 20 °С.
В общем, данных по фиксации и взаимодействия безводного аммиака с почвой, его потерь в газообразном состоянии на время внесения на сегодня недостаточно, ведь эти процессы напрямую зависят от свойств почвы (гранулометрического состава, содержания гумуса, нитрификационной способности) и условий применения удобрений (глубины внесения, влажности почвы, температуры почвы, ширины междурядий).
Влажность почвы и фиксация аммиака
Влажность почвы является чрезвычайно важным фактором в фиксации безводного аммиака. Интенсивность этого процесса снижается в сухой почве, где недостаточно доступной влаги для реакции. Поскольку аммиак перемещается горизонтально в почве только на 5-7 см от места внесения, то его концентрация очень высока, и он не может быть поглощен незначительным количеством влаги или воздерживаться путем ионного обмена на поверхности грунтовых коллоидов.
Незначительная часть избыточного аммиака может содержаться благодаря физической адсорбции на поверхности грунтовых частиц (фиксация аммиака глинистыми минералами может способствовать закреплению некоторой его части). При оптимальной влажности почвы в полевых условиях значительное количество аммиака содержится в почвенном растворе, а вследствие перемещения воды он обогащает больший объем почвы. Когда уровень влажности почвы достигал около 16%, наблюдали минимальные потери аммиака, снижение влажности почвы до 2% приводило к быстрой (в течение 2 ч) его потери в газообразной форме.
Агротехника и потери аммонийного азота
Влияние глубины внесения жидких азотных удобрений на потери аммиака из почвы изучали в лабораторных и полевых условиях многие исследователи. Установлены значительные потери аммиака по его внесения на глубину 2,5-5,0 см. В случае запахивания удобрения на глубину 10 см потери были незначительными, на глубину до 20 см в дозах N90 до N230 потерь аммиака через испарение ни происходило. При внесении аммиака в суглинистый грунт на глубину 7,5 см потери от испарения не превышали 1%, а на глубину 15 см они составляли 0,35%.
Структура и качество обработки имеют заметное влияние на поглощения и потери аммиака. На комковатой почве потери аммиака меньше, чем на мелко комковатой почве. Комковатая структура способствует энергичной диффузии и ускорению контакта аммиака с поверхностью почвенных частиц, усиливает его поглощения. В то же время на участках с крупно комковатой вспашкой и плохо вспаханной стерней потери аммиака растут в 2,0-2,5 раза по сравнению с хорошо обработанным грунтом. Чрезмерное разрыхления, мелкая вспашка или наличие крупных глыб снижают поглощение аммиака и увеличивают го потери.
Важной особенностью жидких азотных удобрений является локальное размещение их в толще почвы. Установлена ниже подвижность аммиака и повышенную его концентрацию по линии внесения.
Глубина внесения безводного аммиака является еще одним из важнейших факторов, который влияет на его закрепление грунтом. Потери азота снижаются на 50-60% при увеличении глубины внесения удобрений от 7,5 до 15 см.
Итак, можно считать доказанным, что ширина междурядий 100 см менее эффективна при внесение безводного аммиака как на легко-, так и на средне суглинистых почвах благодаря интенсивной летучести аммиака. Перемещение аммиачных форм азота в вертикальном направлении от места внесения относительно небольшое, поэтому незначительный объем почвы должен реагировать с большими объемами газообразного аммиака. И часть аммиака, которая не реагирует с почвой, очень быстро перемещается в направлению к поверхности почвы и теряется путем испарения в воздух, ведь сопротивление перемещения к поверхности почвы меньше, чем в горизонтальном направлении или вниз. Когда концентрацию аммонийного азота на единицу объема почвы снижают путем уменьшения расстояния междурядий, аммиак фиксируется почвой эффективнее и его потери существенно снижаются.
Влияние на физико-химические свойства почвы
Хотя при внесении аммиака и происходит временное повышение реакции почвенного раствора, конечным результатом внесения жидких азотных удобрений является повышение кислотности почвы. Лабораторные опыты показали, что безводный аммиак может сначала повышать рН почвы до 9,5. Добавление 1500 мг/кг азота в форме аммиачной воды повышало показатель рН почвы с 5,0 до 7,1 и с 5,0 до 8,0, а известкованные почвы - примерно с 8,0 до 10,5. По мере нитрификации аммиака значение рН постепенно снижалось до уровня ниже исходного.
Повышение кислотности в результате применения жидких азотных удобрений должно время от времени корректироваться известкованием почвы для того, чтобы сохранить реакцию почвенного раствора на благоприятном для выращивания сельскохозяйственных культур уровне. Это особенно важно в той местности, где при глубоком запахивании аммиака подкисляется даже подпахотный слой почвы. Аммиачный азот поглощается растениями быстрее при рН 7,0-8,0, а нитратный - по рН 4,0-5,0. При значениях рН 4,0 аммиачный азот поглощается растениями очень слабо. Как правило, для применения жидких азотных удобрений благоприятные показатели рН почвы от 6 до 8.
Кислотность почвенного раствора стабилизировалась и возвращалась к своему исходному значению непосредственно на глубине внесения удобрений не ранее, чем через 7-16 недель. Определено, что длительное применение азотных удобрений в виде безводного аммиака приводит к существенному подкисление почвы, и этот фактор может стать ограничительным в поддержании плодородия почвы на высоком уровне. Внесение безводного аммиака в дозах 34-68 кг/га практически не повлияло на кислотность почвенного раствора, но дальнейшее повышение доз удобрений в 136-272 кг/га привело к снижению показателей рН 9-16%. Следует отметить, что чем выше доза (136-272 кг/га), тем значительнее потери урожая. Оптимальной дозой азотных удобрений для пшеницы считают 90 кг/га, наименьшие потери урожая культуры было достигнуто при применении 36-68 кг/га безводного аммиака, поэтому авторы пришли к выводу, что оптимальной дозой следует считать дозу 45 кг д. в./га, которая не приводит к резкому ухудшению кислотно-щелочного баланса почвы и поддерживает уровень урожайности пшеницы на высоком уровне (2,30-3,40 т/га).
Влияние на питательный режим почвы
При усилении биологической активности и изменения реакции почвенного раствора в первую неделю после внесения удобрений концентрация подвижного фосфора повышалась до 20%, а в дальнейшем - уменьшалась до исходного уровня. По результатам исследований других ученых безводный аммиак на подвижность фосфатов не влияет. Содержание обменного калия в первую неделю после внесения безводного аммиака на почвах глинистого гранулометрического состава снижался на 3%, суглинистых - на 14%, что, очевидно, связано с переходом калия в необменные формы при повышении реакции почвенного раствора, когда показатель рН может расти почти до 10. Однако это кратковременный период, и впоследствии калийный режим стабилизируется на прежнем уровне. При этом указанные изменения происходят в узком промежутке высоких концентраций аммиака в зоне внесения. Соответственно в этот короткий период становятся менее доступными для растений и подвижные формы микроэлементов.
При осеннему внесении удобрений весной следующего года наблюдали дифференциацию в питательном режиме почвы с заметным влиянием на трансформацию азота в пахотном и подпахотном слоях. При этом содержание азота, который легко гидролизуется, не имел тенденции к резкому повышению при дозе безводного аммиака 300 кг/га относительно его умеренных доз. Это, очевидно, связано с тем, что высокие концентрации аммиака в почве подавляли развитие бактерий, что утилизировало минеральный азот, и поэтому при умеренных дозах удобрений (100-150 кг/га ф.в.) содержание азота, легко гидролизуется, в пахотном (0 -20 см) слое превышал 201 мг/кг почвы, тогда как на высоком фоне он составлял 164 мг/кг. И только в подпахотном слое (20-40 см) весной его содержание превышало варианты до 22,4 мг/100 г почвы (около 10%)
Вследствие усиления биологической активности при внесении безводного аммиака повышался фосфатный режим почвы: при внесении диаммофос в норме 150 кг/га содержание подвижного фосфора не превышал 90 м/кг почвы, при внесении безводного аммиака в норме 100 кг/га он повышался в 1,4 - 2,0 раза, а на фоне 300 кг/га только в 1,1-1,2 раза, что связано с удлинением ингибирования микробиологической деятельности. Подобные тенденции выявлены и при определение калийного режима почвы. К тому же «расшатывание» калия почвы происходит медленнее, чем фосфора.
К микроэлементам, необходимых для минерального питания растений, принадлежит сера. Ее содержание в пахотном слое чернозема типичного в ООО «Ворожбалинвест» колеблется в пределах 2,5-5,1 мг/кг, в ООО «Балинвест» - 3,5-5,9 мг/кг, что по заведенной градацией относится к средней обеспеченности этим элементом. Характерной особенностью является то, что после применения безводного аммиака в низких дозах (100 кг/га ф. в.) Происходит повышение содержания подвижных форм серы (содержание под пшеницей составил 4,1 мг/кг), а при внесение 300 кг/га безводного аммиака - только 3,6 мг/кг. При внесении 150 кг/га диаммофос содержание серы в пахотном слое был самый низкий (в пределах 2,5 мг/кг). Микроэлементный состав пахотного и подпахотного слоев почвы под влиянием азотных удобрений существенных изменений не претерпел.
Аммиак и жизнедеятельность микрофлоры
Определено, что безводный аммиак влияет на численность микроорганизмов в ленте почвы шириной ~ 7,5 см, куда были внесены удобрения. Это касалось той зоны, где фиксировалась основная часть аммиака.
В краткосрочных опытах внесения безводного аммиака в дозе 112 кг д. в./га установлено, что численность микромицетов снижалась в течение 5-7 недель. Высокая концентрация аммиака в зоне фиксации оказалась для них токсичной. При этом больше всего их снижение происходило в период, когда показатели рН превышали 7,0. В то же время численность бактерий в течение четырех недель незначительно увеличивалось при такой же реакции почвенного раствора. Вскоре после снижения концентрации аммиака в ленте почвы (по активизации процессов нитрификации) численность бактерий и микромицетов не отличалась от показателей на контроле без удобрений.
В стационарных опытах при внесении безводного аммиака в дозах 45, 90,180 кг/га в течение 10 лет на черноземных почвах получены результаты, указывающие, что длительное применение безводного аммиака создает зону комфорта для развития почвенной микрофлоры в глубины 1-7,5 см и 7,5-15 см при внесение дозы азота до 90 кг/га. Ее удвоение создает тенденцию к торможению биологической активности почвенных бактерий, а количество: трептомицетов на высоких фонах азота снижалась в слое 0-7,5 см в 1,8 раза, в слое 7,5-15 см - в 1,5 раза. Зато при внесении высокой дозы безводного аммиака в обоих слоях почвы резко росли процессы денитрификации, что свидетельствует о непроизводительной потери азота при избыточном внесении удобрений.
Канадские ученые подчеркивают, что при внесении азота в составе безводного аммиака в дозе 45-50 кг/га в течение длительного времени практически не меняется реакция почвенного раствора, что положительно влияет на биологическую активность почвы .
Рекомендации о внесении жидкого аммиака
Безводный аммиак можно вносить с ранней весны до глубокой осени, то есть при положительных температур воздуха и почвы, учитывая такой важный фактор как влажность почвы. Недопустимо внесение удобрений в пересушенную почву, так как при таких условиях неизбежны непроизводительные утраты азота. Также нельзя вносить его и в очень переувлажненную почву, поскольку она налипает на ходовые и рабочие органы, что тоже приводит к потери азота.
Важный для дальнейших микробиологических процессов и тот факт, что переувлажненная почва может сильно уплотняться в местах прохода колес трактора и агрегата. В процессе подсыхания почвы образуются глыбы, которые длительное время будут ячейками, сдерживающими технологические операции при его обработке. Итак, влажность почвы должна соответствовать его физической спелости, которая наступает при ее значений около 60% полевой влагоемкости. Для различных по механическому составу почв оптимальные показатели влажности находятся в пределах: супесчаных - 16-18%, легкосуглинистых - 20-22, среднесуглинистых - 22-24, тяжелосуглинистых - 24-26, глинистых - 26-28%.
Внесение безводного аммиака возможно и осенью, что обеспечивает длительный период его трансформации. Аммиак фиксируется почвой, и его преобразования в растворимые формы замедляется низкими температурами и прекращается при температурах ниже нуля. Установлено, что аммиачный азот, внесенный в ноябре непосредственно перед заморозками, почти не нитрификуется до марта следующего года. Быстрая нитрификация началась в середине апреля и для ее полного завершения требуется около восьми недель. Азот, внесенный поздней осенью, обычно так же эффективен, как и внесен весной, без заметных его потерь за зимний период.
Эффективность применения безводного аммиака заключается в том, что внесение его с осени позволяет растениям озимых культур активно использовать часть доступного азота до времени прекращения осенней вегетации, а после зимовки, с восстановлением весенней вегетации, дает возможность обеспечить бездефицитное полноценное азотное питание растений в весенне-летний период вегетации.
Экспериментальным путем установлено, и практикой доказано, что внесение безводного аммиака является эффективным и в весенний период - на землях с кислой реакцией почвенного раствора процессы нитрификации проходят интенсивнее, поэтому здесь предпочтение следует отдавать внесению его в весеннюю обработку почвы. Безводный аммиак следует вносить 10-21 день до посева сельскохозяйственных культур, что предотвращает ожог семян или проростков в местах высокой концентрации аммиачного азота.