Управление азотом в почве
Открытие в начале 20-го века способа синтеза азотных (N) удобрений стало поворотным событием в истории человечества. Способность улавливать относительно инертный газ N2 и преобразовывать его в более реактивную форму аммиака (NH3) в конечном итоге привела к значительному повышению производительности сельского хозяйства. По оценкам, около половины населения земного шара в настоящее время зависит от азотных удобрений, необходимых для обеспечения их продуктами питания. Помимо выращивания сельскохозяйственных культур, азотные удобрения необходимы для поддержания таких видов деятельности, как животноводство, производство биотоплива и выращивание древесины.
Только часть азотных удобрений, внесенных на поля, удаляется с убранными культурами. Оставшийся азот участвует в ряде сложных биологических, химических и физических реакций, прогнозировать и управлять которыми может быть сложно. Этот нераскрытый азот может каскадом проходить через почву, микроорганизмы, растения, пресноводные и океанические экосистемы, продолжая свои реакции. Цель ответственного управления состоит в том, чтобы использовать азотные удобрения как можно эффективнее и свести к минимуму предотвратимые потери из почвенной системы.
Базовое понимание реакций азота в почве обеспечивает прочную основу для принятия разумных решений по рациональному использованию питательных веществ. Эта серия информационных бюллетеней (таблиц), изложенных ниже, охватывает основные преобразования азотных удобрений, которые происходят в растениеводстве. Из-за широкого спектра условий, которые встречаются на фермах, эти руководства содержат только общую информацию, которую необходимо адаптировать к местным условиям с помощью опытных специалистов.
1️⃣Нитрификация. Почвенные бактерии превращают аммоний (NH +) в нитрат (NO3) в течение нескольких дней или недель, когда почвы теплые и влажные. Существует множество источников аммония в почве, таких как компосты, навоз, растительные остатки и коммерческие удобрения. Независимо от источника азота, образующийся нитрат идентичен и подвержен одинаковым почвенным процессам. Большинство сельскохозяйственных и садовых культур используют нитраты в качестве основного источника питания азотом.
2️⃣Денитрификация. Нитраты могут улетучиваться в атмосферу, когда они превращаются в газ в результате реакций почвенного микробиологического восстановления. Денитрификация происходит быстрее всего, когда почвы насыщены водой и содержание кислорода в почве низкое, но процесс продолжается даже во влажных ненасыщенных почвах.
В зависимости от почвенных условий, образующийся газ может быть N2, N2O (закись азота) или NO (окись азота). Эти последние два газа оказывают пагубное воздействие на атмосферу.
3️⃣Превращения мочевины. Мочевина является наиболее часто используемым азотным удобрением в мире. При нанесении в почву, она сначала подвергается расщеплению естественным ферментом (уреазой) на аммоний. Впоследствии аммоний преобразуется в нитрат с помощью нитрифицирующих бактерий. Понимание этих преобразований помогает принимать управленческие решения для наиболее эффективного использования мочевины.
4️⃣Улетучивание аммиака. В щелочной почве аммиак, содержащийся в удобрениях и навозе, химически превращается в газообразный аммиак, который может улетучиваться в атмосферу. Это не только экономическая потеря ценного питательного вещества, но и отрицательное влияние на качество воздуха. Существует ряд практических приемов управления ростом растений, азотом и водой. Чтобы свести к минимуму потери от выщелачивания нитратов, требуется тщательное планирование управления питательными веществами и методов орошения.
5️⃣Минерализация. Почвенные организмы превращают органические азотсодержащие соединения в аммоний и нитраты, прежде чем их можно будет использовать в качестве основных источников питания растений. Скорость минерализации определяет, насколько быстро источники питательных веществ, такие как компост, навоз, растительные остатки и органическое вещество почвы могут быть полезны для питания растений. Различные факторы окружающей среды и свойства органического материала во многом определяют скорость этого процесса.
6️⃣Иммобилизация. Почвенным микробам часто требуется больше азота, чем содержится в разлагающихся органических материалах, поэтому они включают неорганический азот в свою биомассу. Включение нитратов и аммония в органические соединения временно снизит их концентрацию в почве и оставит меньше неорганического азота, доступного для поглощения растениями в течение определенного периода времени.
7️⃣Динамика поглощения азота растениями. Ключом к эффективному питанию сельскохозяйственных культур является обеспечение азота в то время, когда растения могут его использовать. Многие культуры имеют определенные периоды максимального поглощения, а также другие периоды вегетации, когда поглощается меньше азота. Согласование сроков внесения азотных удобрений с этими периодами пикового спроса может улучшить извлечение азота и минимизировать вероятность выщелачивания нитратов. Понимание закономерности поглощения азота для каждого вида важно для разработки эффективных стратегий процесса удобрения.
Использование нитратов в оросительной воде💧 Нитраты в оросительной воде могут служить ценным источником питания сельскохозяйственных культур. Правильное использование этого нитрата требует точного химического анализа воды и оценки количества применяемой воды. Растения усваивают нитраты только в период созревания урожая. Орошение богатой нитратами водой в периоды, когда растения маленькие или когда транспирация низкая, не приводит к эффективному использованию нитратов. Для правильного использования воды и эффективного использования этого источника нитратов необходимы надлежащие методы орошения.
🌿Покровные культуры. Культуры, которые обеспечивают растительный покров почвы, но не убираются, предлагают несколько преимуществ для управления питательными веществами. Покровная бобовая культура обеспечит дополнительный азот следующей культуре, когда она будет уничтожена. Небобовые покровные культуры могут удалять нитраты и воду из почвы, что часто приводит к меньшему вымыванию (выщелачиванию) нитратов. Покровные культуры могут обеспечить множество других преимуществ, таких как защита от эрозии и среда обитания для диких животных и насекомых. Обработка остатков покровных культур требует заблаговременного планирования.
Азот — это питательное вещество для растений, которое чаще всего ограничивает рост и урожайность сельскохозяйственных культур. Недостаток N часто виден по замедленному росту и бледно-зеленым листьям.
Потери азота в воздух и воду можно рассматривать как отверстия в трубе. Труба представляет собой почвенную систему, содержащую множество форм азота, в том числе иммобилизованный азот или азот, “изолированный” органическим веществом. Цель управления азотом состоит в том, чтобы преобразовать как можно больше входящего азота в восстанавливаемый выходящий азот, минимизируя эти “утечки” из системы.
Источник
Вид вытяжки для извлечения нитратного азота почвы
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
Определение нитратов ионометрическим методом
Soils. Determination of nitrates by ionometric method
Срок действия с 01.07.87
до 01.07.92*
_______________________________
* Ограничение срока действия снято
Постановлением Госстандарта СССР от 18.12.91 N 1994
(ИУС N 3, 1992 год). — Примечание «КОДЕКС».
РАЗРАБОТАН Государственным агропромышленным комитетом СССР
Л.М.Державин, С.Г.Самохвалов, Н.В.Соколова, В.Г.Примакова, М.Н.Арсеньева, Т.С.Груздева, Г.К.Кондратьева
ВНЕСЕН Всесоюзным производственно-научным объединением по агрохимическому обслуживанию сельского хозяйства Госагропрома СССР
Зам. председателя А.М.Артюшин
УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 30 июня 1986 г. N 1950
Настоящий стандарт распространяется на почвы, вскрышные и вмещающие породы и устанавливает метод определения массовой доли нитратов при почвенном, агрохимическом, мелиоративном обследовании угодий, контроле за состоянием почв, а также при проведении других изыскательских и исследовательских работ.
Стандарт не распространяется на анализ проб с массовой долей иона хлорида в 50 раз превышающей массовую долю нитратов.
Сущность метода заключается в извлечении нитратов раствором алюмокалиевых квасцов с массовой долей 1% или раствором сернокислого калия концентрации с 
моль/дм (1 н.) при соотношении массы пробы почвы и объема раствора 1:2,5 и последующем определении нитратов в вытяжке с помощью ионоселективного электрода.
Предельные значения суммарной относительной погрешности метода при двусторонней доверительной вероятности =0,95 составляют:
30% — при массовой доле азота нитратов в почве до 10 млн ;
1. МЕТОД ОТБОРА ПРОБ
1.1. Пробы почвы анализируют в состоянии естественной влажности, но не более чем через 5 ч после их отбора или доводят до воздушно-сухого состояния путем подсушивания при температуре до 40 °С. Допускается хранение проб в состоянии естественной влажности не более 2 сут при температуре 1-5 °С, после чего они должны быть проанализированы или высушены.
1.2. Пробы в воздушно-сухом состоянии измельчают, пропускают через сито с круглыми отверстыми диаметром 1-2 мм и помещают в коробки или пакеты. Пробу на анализ из коробки отбирают шпателем или ложкой, предварительно (перемешав почву на всю глубину коробки. Из пакетов пробу высыпают на ровную поверхность, тщательно перемешивают, распределяют слоем не более 1 см и отбирают не менее чем из пяти точек пробу для анализа массой 20,0 г.
1.3. Пробы в состоянии естественной влажности тщательно перемешивают, распределяют слоем толщиной не более 1 см на ровной поверхности и отбирают не менее чем из десяти точек пробу для анализа массой 20,0 г. Аналогично отбирают для определения влажности пробу массой 5-10 г.
2. АППАРАТУРА, МАТЕРИАЛЫ И РЕАКТИВЫ
Иономер или рН-метр милливольтметр с погрешностью измерений не более 5 мВ.
Электрод нитратный ионоселективный типа ЭИМ-I, ЭИМ-II, ЭМ-NО -01 или электрод, имеющий такие же технические и метрологические характеристики.
Электрод сравнения хлорсеребряный насыщенный образцовый 2-го разряда по ГОСТ 17792-72 или электрод, имеющий такие же технические и метрологические характеристики.
Мешалка лабораторная электромеханическая или встряхиватель с возвратно-поступательным движением с частотой колебаний не менее 75 мин .
Термостат с автоматической регулировкой температуры в пределах (105±5) °С.
Весы лабораторные 2-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 200 г и 4-го класса точности с наибольшим пределом взвешивания 500 г по ГОСТ 24104-80.
Весы квадрантные с устройством пропорционального дозирования ВКПД-40 г с погрешностью дозирования не более 2%.
Дозаторы с погрешностью дозирования не более 1% или цилиндры исполнения 1 или 2 вместимостью 50 см по ГОСТ 1770-74.
Колбы мерные, исполнения 1 или 2, 2-го класса точности, вместимостью 1000 см по ГОСТ 1770-74.
Пипетки и бюретки исполнения 1, 2, 3, 4, 5, 2-го класса точности по ГОСТ 20292-74.
Стаканы химические, исполнения 1 или 2, вместимостью 50 см по ГОСТ 25336-82.
Кассеты десятипозиционные с технологическими емкостями или колбы конические исполнения 1 или 2, вместимостью 250 см , по ГОСТ 25336-82.
Бумага фильтровальная по ГОСТ 12026-76.
Квасцы алюмокалиевые, ч.д.а., по ГОСТ 4329-77.
Калий азотнокислый, х.ч., по ГОСТ 4217-77.
Калий хлористый, х.ч., по ГОСТ 4234-77.
Вода дистиллированная по ГОСТ 6709-72.
Калий сернокислый по ГОСТ 4145-74, ч.д.а., раствор концентрации 
=1 моль/дм (1 н.).
3. ПОДГОТОВКА К АНАЛИЗУ
3.1. Приготовление раствора алюмокалиевых квасцов с массовой долей 1%.
Готовят из расчета 10 г алюмокалиевых квасцов, взвешенных с погрешностью не более 0,1 г на 1000 см раствора.
3.2. Приготовление растворов сравнения
3.2.1. Приготовление раствора концентрации 
=0,1 моль/дм (
)=1.
10,11 г азотнокислого калия, высушенного до постоянной массы при температуре (105±5) °С, взвешивают с погрешностью не более 0,01 г, помещают в мерную колбу вместимостью 1000 см и растворяют в экстрагирующем растворе, доводя объем до метки.
Раствор хранят в склянке с притертой пробкой не более 1 г. При появлении мути или осадка раствор заменяют свежеприготовленным.
3.2.2. Приготовление раствора концентрации 
=0,01 моль/дм (
=2).
Готовят 10-кратным разбавлением раствора, приготовленного по п.3.2.1 экстрагирующим раствором в день проведения анализа.
3.2.3. Приготовление раствора концентрации 
=0,001 моль/дм (
=3).
Готовят 10-кратным разбавлением раствора, приготовленного по 3.2.2 экстрагирующим раствором в день проведения анализа.
3.2.4. Приготовление раствора концентрации 
=0,0001 моль/дм (
=4).
Готовят 10-кратным разбавлением раствора, приготовленного по п.3.2.3, экстрагирующим раствором.
Раствор готовят в день проведения анализа.
3.3. Приготовление приэлектродного раствора
10,11 г азотнокислого калия и 0,37 г хлористого калия, взвешенных с погрешностью не более 0,01 г, помещают в мерную колбу вместимостью 1000 см и растворяют в дистиллированной воде, доводя объем до метки,
Раствор хранят в склянке с притертой пробкой не более 1 г. При появлении мути или осадка раствор заменяют свежеприготовленным.
3.4. Подготовка электродов к работе
Новый нитратный ионоселективный электрод тщательно промывают дистиллированной водой и ополаскивают приэлектродным раствором. Затем электрод заполняют приэлектродным раствором и выдерживают в течение 24 ч в растворе концентрации 
=0,1 моль/дм . После этого электрод помещают на 10 мин в дистиллированную воду, промокают фильтровальной бумагой и проверяют его функцию, используя растворы сравнения. В диапазоне от 2 до 4 единиц 
электрод должен иметь линейную функцию с наклоном (56±3) мВ на единицу 
. Если характеристика отличается от заданной, электрод непригоден для работы. В перерывах между работой электрод хранят в растворе концентрации 
=0,1 моль/дм .
Электрод сравнения готовят к работе в соответствии с инструкцией завода-изготовителя. В перерывах между работой электрод хранят в дистиллированной воде. Первичная и периодическая поверка электрода — по ГОСТ 8.149-75.
4. ПРОВЕДЕНИЕ АНАЛИЗА
4.1. Пробы почвы массой 20,0 г взвешивают с погрешностью не более 0,1 г и помещают в технологические емкости или конические колбы. К пробам приливают по 50 см экстрагирующего раствора. Пробу с раствором перемешивают на электромеханической мешалке или встряхивателе в течение 3 мин. Полученные суспензии используют для определения нитратов.
При использовании весов с устройством пропорционального дозирования экстрагента допускается отбор пробы массой 15,0-25,0 г. Допускается пропорциональное изменение массы пробы почвы и объема экстрагирующего раствора при погрешности дозирования не более 2%.
4.2. Определение нитратов
Перед измерением нитратный ионоселективный электрод тщательно ополаскивают дистиллированной водой и выдерживают его в дистиллированной воде в течение 10 мин.
При непосредственном определении 
прибор настраивают по растворам сравнения 
равными 4 и 2, используя для контроля раствор 
равное 3. При этом отклонения значений 
не должны превышать 0,02 единицы 
от номинального значения контрольного раствора сравнения.
При измерении в милливольтах электродную пару погружают в растворы сравнения, начиная с меньшей концентрации и определяют ЭДС.
После градуировки прибора электроды тщательно ополаскивают дистиллированной водой, промокают фильтровальной бумагой и приступают к определению нитратов в суспензиях.
Перед измерениями суспензии взбалтывают. Электродную пару погружают в суспензию и считывают показания прибора не ранее, чем через 1 мин после прекращения заметного дрейфа показаний прибора.
Настройку прибора проверяют по растворам сравнения не менее трех раз в течение рабочего дня, используя каждый раз свежие порции растворов сравнения. Температура анализируемых вытяжек и растворов сравнения должна быть одинаковой.
5. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
5.1. При непосредственном измерении 
массовую долю азота нитратов в почве в миллионных долях определяют с помощью таблицы пересчета по величине 
.
Источник