Избежать потерь азота
Улетучивание, выщелачивание и денитрификацию азотных удобрений можно существенно сократить
Значительная часть азота, вносимого фермерами в почву, не попадает туда, куда она должна была бы попасть. Перед тем как продукт должен попасть в растение в той форме, в которой растение сможет его усвоить, ценный азот исчезает в результате, например, улетучивания (выпущенный из почвы в атмосферу в виде газа). Другими причинами могут быть выщелачивание (проникновение азота в почву слишком глубоко, для того чтобы быть полезным для растений) и денитрификация (преобразования азота в газ под землей и его потеря).
Ограничить эти потери могут усилители эффективности азота или стабилизаторы азота. Но прежде рассмотрим, где и как теряется азот по пути к растению.
Потери вследствие улетучивания
Азот может применяться в составе мочевины. Однако она начинает разрушаться, как только оказывается на почве. Почва обычно не бывает совершенно сухой. При соприкосновении мочевины с влагой и ферментом под названием уреаза происходит реакция, в результате которой появляются аммоний и двуокись углерода. Агроном-исследователь Джон Kруз утверждает, что уреаза является ферментом, возникающим естественным образом. Аммоний, получаемый в результате реакции мочевины с ферментом уреаза, является газом. Когда реакция происходит в поверхностном слое почвы, газ аммоний выбрасывается в воздух. Такое быстрое испарение — одна из основных причин потерь азота.
Круз полагает, что это просто выход газов — прямо в атмосферу. В итоге производитель может просто потерять очень значительную долю своих инвестиций. Круз прогнозирует потери от 30 до 40 процентов или даже выше. Агроном-исследователь считает, что «азот может просто превратиться в газообразный аммиак и быстро испариться. В такой ситуации вряд ли кто-то хочет платить за 10 поддонов удобрений, зная, что на урожай будет работать только 6 из них». По словам Круза, в этой ситуации следует «по-настоящему закапывать удобрения» или защитить азот, применяя средства усиления эффективности азота.
Потери вследствие выщелачивания
Почва и нитраты взаимодействуют, по мнению Круза, как магниты. «Противоположные заряды, как известно, притягиваются. Аммоний в почве имеет положительный заряд. Почва же, как правило, заряжена отрицательно, — утверждает Круз, — так эффект притяжения позволяет растениям усваивать азот».
Наличие положительно заряженного аммония в вашей почве не является гарантией. Как рассказал Круз, «есть и другие встречающиеся в природе микробы в почве, которые разрушают аммоний и превращают его в нитраты».
«Нитраты — еще один отличный источник питания растений. Проблема заключается в том, что нитрат имеет отрицательный заряд», — говорит Круз. Это означает, что он будет отталкиваться отрицательно заряженной почвой. По словам Круза, «нитраты не прилипают где-нибудь в почве, дождь быстро отправляет их вглубь почвы». Влага может буквально просто вымыть нитраты в нижние ее слои, минуя зону корневой системы растений. Это и есть выщелачивание.
Выщелачивание не только наносит фермерам урон в виде потери азота, но и переносит нитраты в грунтовые воды, что не лучшим образом влияет на окружающую среду.
Потери вследствие денитрификации
Даже когда удобрения находятся в нужном месте в почве, нитраты подвергаются риску потерь в процессе денитрификации. Канадский агроном-исследователь считает: «Нитрат является источником питания микробов в почве. Микробам нужен кислород для выживания. Если им не хватает кислорода, они могут использовать кислород, находящийся в нитратах, которые выступают в качестве его источника». Когда это происходит, молекула N03 теряет кислород и становится молекулой N2. Это газ, который может легко раствориться в воздухе.
Денитрификация может оказаться значительной проблемой, когда удобрения применяются осенью, перед влажной весной. Это явление чаще всего происходит в тяжелых глинистых почвах.
«Вы получите максимальную пользу от своих затрат на удобрения, — убежден Круз, — если вы сможете предотвратить превращение нитрата аммония в аммоний и сохраните его в этой форме».
Чтобы избежать потерь азота и устранения опасности загрязнения нитратами растений и окружающей среды, разрабатываются новые формы азотных удобрений — медленнорастворимые, капсулированные с контролируемой скоростью высвобождения азота, модифицированные ингибиторами нитрификации. Последние препараты при внесении в почву в небольших дозах тормозят нитрификацию в течение двух месяцев и сохраняют минеральный азот почвы и удобрений в аммонийной форме. Подавляя нитрификацию азота удобрений, ингибиторы снижают в 2 раза его потери в газообразной форме вследствие вымывания нитратов. В результате повышаются урожаи различных культур и эффективность азотных удобрений.
Перевод Владимира Францкевича
Академик Д. Н. Прянишников подчеркивал, что во все времена и на любых почвах продуктивность растений в значительной степени определяется уровнем азотного питания. В среднем 1 кг действующего вещества азота при обычной культуре земледелия обеспечивает окупаемость зерном в количестве 6 кг, а при высокой — 8–10 и даже 12 кг зерна на килограмм действующего вещества удобрений. Кроме того, дифференцированное применение азотных удобрений позволяет нивелировать влияние предшественников на урожайность озимой пшеницы.
Средние потери азота вследствие вымывания из корнеобитаемого слоя почвы могут составлять до 30% от общего количества, содержащегося в удобрениях. Потери из-за улетучивания азота в воздух в силу теплой и сухой погоды могут составить до 16%. Процент поглощения азота микроорганизмами при разложении соломы и прочих органических веществ составляет до 10% от внесенного количества.
Источник
Потери аммиака и использование азота растениями из карбамида при поверхностном внесении в зимние месяцы
Внесение карбамида вразброс в течение зимнего периода – распространенный агротехнический прием при выращивании озимой пшеницы в богарных условиях полуаридного штата Монтана. Популярность данного приема основывается на необходимости распределения рабочей нагрузки. Фермеры в данном регионе обычно имеют > 1000 га при использовании систем нулевой или минимальной обработки почвы, что создает значительную нагрузку при проведении сева в течение короткого промежутка времени (то есть 20% от внесенного количества) может происходить после внесения карбамида на холодную почву с температурой — N-(н-бутил)-триамид тиофосфорной кислоты (примечание переводчика) – общепризнанный способ снижения потерь NH3 при поверхностном внесении карбамида (Engel и др., 2011; Grant и др., 1996; Sanz-Cobena и др., 2008; Turner и др., 2010). В связи с этим мы сравнили потери NH3 из карбамида с данной добавкой и без нее.
Количественное определение выделявшегося NH3 проводилось микрометеорологическим способом с использованием участка в виде окружности (диаметром 40 м) с центральной стойкой, оборудованной пробоотборниками для улавливания NH3. Данные измерения одновременно сопровождались исследованиями, проводимыми на тех же полях, где в микроделяночных опытах с повторноcтями количественно определялось использование азота озимой пшеницей из карбамида, обогащенного изотопом 15 N. Мы гипотетически предположили, что: 1) кумулятивные потери NH3 будут сильнее при внесении карбамида поздней осенью – зимой, то есть в зимний период, по сравнению с весной; 2) добавление NBPT снизит потерю NH3 при внесении карбамида; 3) кумулятивные потери NH3 будут в конечном итоге оказывать влияние на использование азота озимой пшеницей из карбамида.
Полевые опыты проводились в частных фермерских хозяйствах в центральной части штата Монтана в течение сезонов 2011/12, 2012/13 и 2013/14 гг. Опыты размещались на больших полях (> 60 га) с применением нулевой обработки почвы в зернопаровом севообороте с доминированием озимой пшеницы. Микрометеорологические эксперименты и мелкоделяночные опыты с повторностями по внесению карбамида, меченого 15 N, проводились одновременно, но на пространственно разных участках в границах фермерских полей. Полевые опыты включали внесение двух форм азотных удобрений (карбамид и карбамид + NBPT) в три срока (поздняя осень, зима и весна). Первый срок внесения (поздняя осень) – в конце ноября – начале декабря примерно при промерзании почвы. Второй срок (зима) – в феврале на промерзшую почву. Третий срок (весна) – в апреле после оттаивания почвы и возобновления вегетации растений. Карбамид и карбамид + NBPT вносились в дозе 100 кг N/га. Карбамид был покрыт NPBT(1 г/кг) – жидким составом, продаваемым под торговой маркой Agrotain Ultra™ (Koch Agronomic Services LLC, г. Уичито, штат Канзас, США).
Зависимость потока NH 3 от времени
Измерения потока NH3 показали, что его потери очень различаются после внесения карбамида в зимний (поздняя осень и зима) и весенний периоды (рис. 1). Во все годы после внесения карбамида поздней осенью и зимой поток NH3 возрастал в течение 14-58 дней и достигал более высоких пиковых значений, чем при весеннем сроке внесения. В дальнейшем NH3-эмиссионная активность сохранялась и не снижалась до номинального уровня(≤ 3 г N/га/ч) до 87-103 и 49-62 дня после внесения карбамида соответственно поздней осенью и зимой. Продолжительная NH3-эмиссионная активность была отчасти результатом низких температур и засушливых условий, которые снижали или лимитировали активность уреазы. К тому же почва, как правило, промерзала вглубь от поверхности, что не позволяло карбамиду при выпадении осадков и таянии снега проникать за счет инфильтрации на такую глубину, откуда не происходит улетучивание NH3 в атмосферу. После внесения карбамида поздней осенью и зимой кривая NH3-эмиссионной активности иногда имела «пилообразный» вид (вверх-вниз) с сильной амплитудой колебаний в результате периодически формирующегося снежного покрова и циклов увлажнения и подсыхания почвы (рис. 2). Например, в опыте с позднеосенним внесением карбамида в 2012/13 гг. ослабление потока NH3 при втором (26 декабря) – третьем (2 января) сроках отбора проб было результатом двух небольших снегопадов (5 и 2.5 см снега) на 10-й (22 декабря) и 21-й день (2 января) после внесения удобрений. Эти снегопады эффективно блокировали высвобождение NH3 в атмосферу.
В дальнейшем накопленный снег таял, и эмиссионный поток NH3 возобновлялся, о чем свидетельствует пик, наблюдавшийся 9-го января (рис. 2). Во все годы после внесения карбамида весной поток NH3 был ниже по интенсивности и короче по продолжительности, чем после внесения поздней осенью и зимой. Весеннее внесение проводилось после оттаивания почвы, и выпадающие осадки способствовали инфильтрации карбамида на бóльшую глубину. К тому же в течение весеннего периода осадки были более обильными по сравнению с зимним периодом. Например, осадки, выпадавшие весной, часто превышали 12 мм, в то время как поздней осенью и зимой они обычно были в виде снега с выпадением менее 6 мм (водный эквивалент).
Зависимости потока NH3 от времени для карбамида + NBPT свидетельствуют о том, что ингибитор уреазы был эффективен в снижении эмиссии NH3, а также ее пиковых значений при трех сроках внесения удобрения. Данное ослабляющее влияние наиболее четко заметно на кривых, полученных при внесении удобрения поздней осенью и зимой. В начале – в течение первой недели от растворения гранул удобрения за счет использования NBPT поток NH3 был снижен на 90-95%. В последствии эффект от NBPT ослаблялся, и кривые зависимости потока NH3 от времени для карбамида и карбамида + NBPT сходились на 50-75 и 28-48 день после внесения удобрений соответственно поздней осенью и зимой (рис. 1).
Кумулятивные потери NH 3 и использование азота из удобрений растениями
Обобщение результатов нашего исследования за три года показало, что кумулятивные потери NH3 (% от внесенного N) значительно зависели от срока внесения удобрений и от взаимодействия таких факторов, как срок внесения и использование NBPT (табл. 1). О взаимодействии вышеуказанных факторов свидетельствует тот факт, что уменьшение кумулятивных потерь NH3 за счет использования NBPT было более сильным при внесении карбамида в зимний период (поздняя осень и зима) по сравнению с весенним. Проведенные множественные сравнения показали, что максимальные кумулятивные потери NH3 наблюдались при применении карбамида поздней осенью, а при внесении зимой они располагались на втором месте. При применении карбамида + NBPT поздней осенью и зимой кумулятивные потери NH3 достоверно не различались. Добавление NBPT снижало кумулятивные потери NH3 из карбамида на 63.4, 63.2 и 70.0% при внесении удобрения соответственно поздней осенью, зимой и весной.
Величина использования 15 N из карбамида озимой пшеницей (зерно + солома) в фазу полной спелости обратно коррелировала с величиной кумулятивных потерь NH3 с полей, где проводились исследования (рис. 3). Сильная корреляция (R 2 = 0.77) свидетельствует о том, что улетучивание NH3 – важный механизм потерь азота при поверхностном внесении карбамида в течение зимнего периода в условиях полуаридного климата. Это также подтверждается нашими данными о том, что добавление NBPT к карбамиду повышает использование 15 N пшеницей из удобрения, особенно при его внесении поздней осенью и зимой.
Данное трехлетнее исследование подтвердило нашу гипотезу о том, что внесение карбамида в зимний период (декабрь – март) ведет к бóльшим кумулятивным потерям NH3 по сравнению с внесением весной после оттаивания почвы. В условиях полуаридного климата штата Монтана существует несколько факторов окружающей среды, которые, по всей вероятности, способствуют тому, что в течение зимнего периода карбамид подвергается бóльшим потерям азота в виде NH3. После внесения карбамида поздней осенью и зимой обычно выпадали небольшие осадки (≤ 6 мм) и чаще всего в виде слабого снега, из чего следует, что удобрение, по-видимому, продолжительное время оставалось на поверхности почвы или вблизи нее. К тому же промерзшие слои почвы препятствовали нисходящему перемещению воды и растворенного в ней карбамида. После внесения карбамида весной, напротив, часто выпадали более обильные осадки (≥ 12 мм), что снижало NH3-эмиссионную активность. В целом, выпадение малоинтенсивных, необильных осадков поздней осенью и зимой и более обильных осадков весной согласуется с данными многолетних наблюдений за климатом в полуаридных условиях северной части Великих равнин. В заключение необходимо отметить, что практический вывод данного исследования состоит в необходимости избегать внесения карбамида поздней осенью и зимой для обеспечения наибольшего положительного влияния на азотную составляющую почвенного плодородия и минимизации эмиссии NH3 в атмосферу. Добавление NBPT (1 г/кг) позволяет снизить кумулятивные потери NH3 из карбамида примерно на 2/3 по сравнению с необработанным удобрением. Однако лучшая управленческая стратегия – подождать с внесением карбамида до весны после оттаивания почвы, чтобы при этом была высокая вероятность выпадения обильных осадков, которые за счет инфильтрации обеспечили бы проникновение азота карбамида вглубь почвы, где он предохраняется от улетучивания в атмосферу в виде NH3.
Упоминание какой бы то ни было торговой марки необязательно подразумевает какую-либо рекламу.
Источник