Управление карбамидом в почве
Использование мочевины (карбамида)
Мочевина (карбамид) является наиболее широко используемым твердым азотным удобрением в мире. Мочевина также часто встречается в природе, так как она выделяется с мочой млекопитающих. Высокое содержание азота в мочевине (46 %) делает его эффективным для транспортировки на фермы и для применения на полях. Понимание его реакций необходимо для получения максимальной пользы от этого важного питательного вещества для растений.
Мочевина используется несколькими способами для обеспечения азотного питания растений. Она чаще всего распределяется севом и включается в питание растений до тех пор, пока не будет гидролизована до аммония уреазой, ферментом, вырабатываемым растениями. Как только мочевина превращается в аммоний, она дополнительно включается в глутамат и различные органические соединения внутри растения.
Несмотря на её широкое применение, существуют фундаментальные свойства мочевины, которые требуют тщательного управления для восстановления ее полной питательной ценности.
Мочевина в растениях☘️
Мочевина может быть ценным источником питания растений, пока она еще находится в форме мочевины; однако большая часть поглощения азота из мочевины происходит после того, как она превращается в аммоний и нитрат в почве. Растения способны непосредственно поглощать мочевину, но она не принимает активного участия в питании растений, пока не гидролизируется до аммония с помощью уреазы, фермента, вырабатываемого растениями (рис. 1). Как только мочевина превращается в аммоний, она далее включается в глутамат и различные органические соединения внутри растения.
Мочевина также может синтезироваться в растениях, где она служит важным метаболитом для перемещения и транслокации азота. Перераспределение органических соединений азота в растениях начинается с гидролиза и выделения мочевины. Впоследствии мочевина мобилизуется по всему растению до тех пор, пока она не превратится обратно в различные аминокислоты. Эти сложные процессы были изучены очень подробно, но здесь о них не сообщается.
Как незаряженная молекула, мочевина относительно подвижна и свободно перемещается вместе с водой в почве. Однако, как только мочевина превращается в аммоний, она в значительной степени удерживается на участках обмена катионов в почве и больше не подвергается легкому выщелачиванию. Поэтому степень перемещения мочевины в значительной степени зависит от условий влажности до гидролиза и продолжительности времени до начала гидролиза.
Было проведено исследование, в котором сравнивалось нисходящее движение нитратов, аммония и мочевины в типичных почвах Калифорнии. Было обнаружено, что дальше всего от точки нанесения перемещается нитрат, затем идет мочевина, а затем аммоний. Примечательно, что мочевина во всех почвах была менее подвижна, чем нитрат.
В последующем исследовании потребовалось 5,7 дюйма воды для выщелачивания нитратов на глубину 9 дюймов, но 7,1 дюйма воды требовалось для перемещения мочевины на ту же глубину (глина Салинас). В супесчаной почве Хэнфорда требовалось 5,9 дюйма воды для перемещения нитратов на глубину 9 дюймов и 6,5 дюйма для мочевины. Это показывает, что мочевина очень подвижна в почве, но не настолько подвижна, как нитрат.
После того, как мочевина вступает в контакт с почвой или растениями в присутствии влаги, нередко встречающийся фермент уреаза быстро начинает расщеплять мочевину, образуя бикарбонат аммония в процессе гидролиза. Гидролиз указывает на расщепление химических связей путем добавлением воды.
Это мгновенно создает среду с высоким pH поблизости от мочевины, поскольку высвобождаются гидроксидные ионы (ОН-). Скорость гидролиза будет зависеть от концентрации этих трех компонентов и факторов окружающей среды, влияющих на активность уреазы.
CO(NH2)2 + 2H2O → (NH4)2CO3 → 2NH3 + 2OH- + CO2
Гидролиз мочевины обычно является быстрым процессом, обычно происходящим в течение нескольких дней после нанесения. Исследование, проведенное на четырех почвах Калифорнии, показало, что внесение 200 фунтов мочевины/акр (36 кг/ га) в качестве удобрений полностью гидролизовалось до аммония в течение двух дней в трех почвах (Салинская глина, суглинок Йоло и глина Сакраменто). В менее забуференных супесчаных суглинках Хэнфорд мочевина была гидролизована в течение трех дней (Broadbent, 1958). Следовательно, мочевина может перемещаться с почвенной водой только в течение дня или двух (или даже в течение нескольких часов), прежде чем она превратится в аммоний.
Пока мочевина подвергается гидролизу до аммония, одновременно происходит образование нитрата (нитрификация). Таким образом, удобрение мочевиной первоначально приводит к одновременному воздействию на корни как мочевины, так и аммония и нитрата.
Никель был добавлен в список основных питательных веществ для растений в 1980-х годах, когда было обнаружено, что этот микроэлемент-металл необходим для синтеза фермента уреазы. В тщательно контролируемых условиях отсутствие никеля приводит к накоплению токсичных концентраций мочевины в тканях растений. С этого времени были предложены другие важные функции никеля для растений.
Факторы, влияющие на скорость гидролиза мочевины
Для протекания гидролиза должен присутствовать фермент уреаза, но это редко является ограничивающим фактором в сельскохозяйственных почвах. Поскольку и почвенные микробы, и растения производят уреазу, активность ферментов максимальна ближе к поверхности почвы. Хотя различия в количестве уреазы можно измерить между почвами, это не является существенным фактором при использовании удобрений.
Скорость гидролиза мочевины обычно увеличивается по мере увеличения рН почвы с 5 до 9, но рН не ограничивает процесс в большинстве сельскохозяйственных почв.
Начальная реакция гидролиза мочевины увеличивает щелочность почвенного раствора до рН >9 за счет образования карбоната аммония. Однако последующее превращение аммония в нитрат является кислотообразующим процессом, компенсирующим начальный и временный скачок рН. Конечным эффектом рН почвы от добавления мочевины является подкисление.
Фермерам рекомендуется не наносить мочевину на поверхность почвы без внесения или орошения ее в почву вскоре после внесения, а также не размещать мочевину в полосе с семенами или рядом с ними. Это связано с временным повышением рН, что делает газообразный аммиак более избыточным и подверженным испарению.
Гидролиз мочевины происходит медленнее при 45°F (+7°С), чем 75°F (+24°С), но даже в более прохладной почве (похожей на зимние условия в Калифорнии) гидролиз обычно завершается в течение недели.
В другом исследовании повышение температуры почвы с 41° F (+7°С) до 113°F (+45°С) привело к устойчивому увеличению активности уреазы, что соответствует «Q10», равному 2 в этом температурном диапазоне (что указывает на удвоение скорости реакции для каждого повышения на 10°C [18 ° F]).
Гидролиз мочевины прекращается, когда почва становится очень сухой. Однако в различных почвенных условиях, где произрастают сельскохозяйственные культуры, влажность не является ограничивающим фактором для гидролиза мочевины. Гидролиз происходит быстро в затопленных почвах, например, там, где выращивается рис. Было также показано, что увеличение солености почвы (EC), которое происходит во время высыхания почвы, снижает скорость как гидролиза мочевины, так и последующей нитрификации.
Внекорневая (листовая) подкормка мочевиной🌿
Внекорневые опрыскивания мочевиной распространены, и были проведены значительные исследования, чтобы продемонстрировать их потенциальную пользу для питания растений. Внекорневая подкормка мочевиной обычно производится в качестве дополнения к поступлению азота в почву в ключевые периоды роста. Для многих культур целенаправленное внекорневое внесение мочевины может иметь значительные преимущества для урожайности и/или качества. Однако экономические аспекты этой практики также нуждаются в тщательном рассмотрении.
Одно исследование внекорневой (листовой) подкормки показало, что 80 % нанесенной мочевины исчезло с поверхности листьев нектарина в течение 48 часов после нанесения, причем большая ее часть была поглощена листьями, и небольшое количество не было учтено.
Распыление мочевины на листву необходимо производить с особым вниманием к требованиям каждой конкретной культуры. Чрезмерное применение мочевины может привести к некрозу кончиков листьев или даже к ожогу всего растения. Эти симптомы повреждения объясняются выделением аммиака после гидролиза мочевины внутри растения, хотя некоторые предполагают, что это может быть связано с внутренним накоплением мочевины.
Еще одной мерой предосторожности, которую необходимо соблюдать при внекорневых опрыскиваниях мочевиной, является возможное загрязнение удобрения биуретом. В процессе производства мочевины чрезмерно высокие температуры могут вызвать соединение двух молекул мочевины, что приведет к образованию биурета. Большинство производителей мочевины (карбамида) тщательно контролируют этот процесс и поддерживают концентрацию биурета ниже 0,3%. Однако некоторые виды растений могут быть особенно чувствительными, и в таких ситуациях рекомендуется использовать мочевину с низким содержанием биурета. Биурет распадается на мочевину и аммоний через несколько недель пребывания в почве.
Хотя мочевина является наиболее широко используемым азотным удобрением в мире, у нее есть недостаток, заключающийся в том, что она подвержена потерям аммиака после внесения. Эти потери зависят от конкретного участка и в тяжелых случаях могут превышать 25% от всего внесенного азота, если удобрение остается на поверхности почвы в течение длительного периода. Были предприняты значительные усилия, чтобы замедлить превращение мочевины в аммиак и уменьшить потери в результате испарения в атмосферу.
Большинство ферментов, включая уреазу, могут быть разрушены специфическими химическими добавками. Тысячи соединений были проверены, чтобы найти химическое вещество, которое специфически ингибирует уреазу, безопасно в обращении, совместимо с удобрениями на основе мочевины и не слишком устойчиво в окружающей среде.
Коммерчески доступные ингибиторы уреазы лучше всего подходят для применения с мочевиной или растворами UAN, которые будут наноситься непосредственно на поверхность почвы или на пастбища. В этих условиях ингибитор задерживает превращение в аммиак и обеспечивает дополнительную гибкость управления, позволяя орошению, осадкам или обработке почвы перемещать мочевину в почву. При попадании под поверхность почвы, мочевина значительно снижает вероятность потери аммиака. Ингибиторы уреазы также показали свою эффективность в снижении токсичности мочевины, помещенной вблизи прорастающих семян.
Мочевина является очень распространенным удобрением для сельскохозяйственных культур. При правильном использовании он может стать отличным источником азотного питания. Однако для сохранения его в корневой зоне требуется знание его поведения и реакций, чтобы его можно было использовать в полной мере.
Источник
Как правильно смешивать удобрения: полезные таблицы
Минеральные и органические удобрения можно и нужно смешивать правильно, чтобы избежать образования устойчивых химических соединений нерастворимых в воде и бесполезных для растений.
Исключения составляют удобрения, которые нельзя смешивать ни при каких обстоятельствах (см. таблицу 1). Некоторые удобрения можно смешивать непосредственно перед внесением в почву, в сухом виде (таблица 2). Соблюдать правила смешения удобрений надо несмотря на рекламные уверения, изложенные на упаковках.
Другими словами, соблюдение определенных правил позволит вам подкормить растения без ущерба для них и для вас, а также рационально потратить каждый вложенный в удобрения рубль. Ведь при смешении некоторых видов удобрений вместо усиления свойств происходит потеря полезных качеств.
Пример: если смешать азотные удобрения (аммиачная селитра, аммофос, сульфат аммония и др.) с щелочными удобрениями (древесная зола, шлак) произойдет химическая реакция, при которой аммиак улетучится и значительно снизится содержание азота. Аналогичная ситуация будет если смешать известь и аммиачную селитру.
Некоторые удобрения при смешении вообще образуют комок, который трудно вносить под растения. Например, чтобы без ущерба смешать аммиачную селитру или карбамид с суперфосфатом (порошковым), надо сначала смешать суперфосфат с костной мукой или известняком (до 20% от объема), а уж затем смешивать с вместе.
Удобрения, которые можно смешивать в любых пропорциях и длительно хранить смешанными можно найти в таблице 3.