Что происходит с азотом в почве?
Эффективное растениеводство требует адекватной поставки всех необходимых питательных веществ для растений. Однако использование коммерческих азотных (N) удобрений для увеличения производства, поддержания прибыли и обеспечения дешевыми продуктами питания и клетчаткой является необходимостью современного сельского хозяйства. В целом, для сельскохозяйственных культур необходим азот в наибольшем количестве всех питательных веществ для растений.
Воздействие азотных удобрений на окружающую среду является долговременной проблемой. Обеспокоенность по поводу загрязнения азотом рек, озер и подземных вод заставляет сельхозпроизводителей все больше осознавать свой потенциальный вклад в общую проблему загрязнения.
Чтобы эффективно использовать азот и ограничить его неблагоприятное воздействие на окружающую среду, производителям необходимо развивать понимание химического состава азота, а также того, как его добавлять и удалять из почвы.
Коммерческие удобрения, используемые сельскохозяйственными производителями, являются значительным источником добавления азота в почву. Азот непрерывно перерабатывается через отходы растений и животных и органическое вещество почвы. Азот удаляется из почвы путем посева, потери газа, стока, эрозии и выщелачивания. Величина и механизм, ответственный за потери азота, зависят от химических и физических свойств данной почвы. Рисунок 1 представляет собой схематическое представление возможных прибылей и потерь азота почвы.
Химия азота
Азот составляет 79 процентов воздуха, которым мы дышим. Поверхность 6 дюймов плодородной почвы прерий может содержать от 2 до 3 тонн азота на акр. Воздух над этим же акром будет содержать около 35 000 тонн инертного газообразного азота (N2). Большая часть азота, содержащегося в почве, происходит в виде газа N2, и почти весь азот в атмосфере — это газ N2. Этот инертный азот не может быть использован растением до тех пор, пока он не изменится на аммонийную (NH4 +) или нитратную (NO3 -).
Три важных метода замены газообразного азота (N2) на аммоний (NH4 +):
- Свободноживущие N2-фиксирующие бактерии
- N2-фиксирующие бактерии в клубеньках на корнях бобовых растений, и
- Заводы по производству азотных удобрений.
Другим важным методом преобразования N2 является молния. Когда молния мигает, газообразный азот в перегретом воздухе превращается в нитрат (NO3 -) и нитрит (NO2 -). Молния может составлять от 1 до 50 фунтов доступного для растений азота на акр в год.
Хотя азот попадает в почву в нескольких химических формах, он в конечном итоге превращается в неорганический нитрат-ион (NO3 -). На рисунке 1 показано, что NO3 — может использоваться растениями, превращаться обратно в газообразный азот или вымываться вниз в почвенную воду.
Коммерческие удобрения, растительные остатки, навоз и сточные воды являются наиболее распространенными источниками добавления азота в почву. Нормы применения сильно различаются. Однократные нормы внесения могут составлять до 150 фунтов азотного эквивалента на акр для таких культур, как прибрежные бермуды. Однако такие высокие нормы внесения должны быть ограничены почвами с низким потенциалом эрозии и стока.
Азот в органических материалах (растительные остатки, навоз животных, сточные воды, органическое вещество почвы) присутствует в составе белков, аминокислот и других растительных и микробных материалов. Он становится доступным для растений только после разложения соединения почвенными микроорганизмами. Это называется «минерализация» (рис. 2). Первым этапом минерализации является «аммонификация». Аммоний (NH4 +), полученный в результате аммонификации, затем превращается в нитратный азот (NO3 — -N) путем «нитрификации» бактерий в почве с помощью процесса, называемого «нитрификация».
Места реакций аммонификации и нитрификации в азотном цикле показаны на рисунке 1. Положительно заряженный ион аммония (NH4 +), полученный аммонификацией или добавленный в почву в удобрениях, притягивается к отрицательно заряженным глинистым частицам в почве. Однако в большинстве не засушливых почв ион NH4 + быстро превращается в нитратный азот (NO3-N). Растущие растения поглощают большую часть своего азота в форме нитрата (NO3-).
Обычные источники неорганического азота включают аммиак (NH3), аммоний (NH4 +), амин (NH2 +) и нитрат (NO3 -). Большинство удобрений содержат или образуют NH4 +, который быстро превращается в NO3 — один раз в почве.
Удаление азота из почвы
Азот удаляется из почвы четырьмя основными процессами:
- Поглощение растений
- Газообразная потеря
- Сток и эрозия
- Выщелачивание
Поглощение растений относится к поглощению азота корнями. Хлопок, кукуруза, помидоры и газонные травы требуют от 60 до 300 фунтов азота на акр, чтобы обеспечить хороший рост и прибыльный урожай или желаемую эстетику. Фактические требования к данной культуре варьируются в зависимости от производственного потенциала и сильно зависят от климатических факторов.
Поскольку большинство почв с низким содержанием доступного для растений азота, потребности в азоте часто поставляются в качестве коммерческого азотного удобрения. Потребность в азоте свыше 150 фунтов на акр обычно делится на два или более применений. Однако только растительный азот в собранной культуре фактически покидает поле. Остальная часть растительного азота возвращается в почву в виде растительных остатков и возвращается в цикл в виде органического азота, как показано на рисунке 1.
Газообразная потеря азота происходит в результате денитрификации или испарения аммиака. Денитрификация — это процесс, посредством которого нитратный азот (NO3-N) превращается в газообразный оксид азота (N2O) или элементарный азот (N2). Это связано с действием анаэробных бактерий (тех, которые не требуют свободного кислорода) и обычно происходит во влажных или заболоченных почвах.
Поскольку это анаэробный процесс, газовые потери от нормальной (аэробной) почвы незначительны. Однако, когда почвы остаются очень влажными или насыщенными в течение длительного времени, большая часть нитрата может быть потеряна.
Газ аммиак может выделяться из соединений азота, таких как мочевина, на поверхности почвы. Мочевина присутствует в навозе животных и может быть приобретена в чистом виде в качестве удобрения (45-0-0).
Было показано, что другие аммонийсодержащие удобрения, в том числе сульфат аммония (21-0-0) и, в меньшей степени, нитрат аммония (33-0-0) и фосфат аммония, дают свободный аммиак в присутствии карбоната кальция., Такое состояние существует в некоторых почвах с высоким рН (рН> 7,3).
Потери стока и эрозии могут включать нитраты (NO3 -), аммоний (NH4 +) и органический азот. Отрицательно заряженный ион NO3 — остается в почвенной воде и не удерживается частицами почвы. Если вода, содержащая растворенный NO3 — или NH4 +, стекает с поверхности, эти ионы движутся вместе с ней. Однако, когда азотные удобрения вносятся на сухие почвы и дождевая или поливная вода, первая вода растворяет удобрение и переносит его в почву. Дожди, как правило, не приводят к поверхностным потерям азота удобрения, если только вскоре после внесения не происходит очень интенсивных осадков
Аммоний, удерживаемый глинистыми частицами, может переноситься в поверхностные водоемы путем эрозии почвы. Фактически, эрозия почвы перемещает больше азота, чем ливень в перемещении растворенных соединений азота. Когда эрозионные почвы откладываются в реках и озерах, микробная активность будет медленно превращать соединения азота в растворимые формы.
Потери на выщелачивание связаны с движением воды вниз через почву ниже корневой зоны. Эта потеря чаще всего происходит с нитратами (NO3 -) в районах с большим количеством осадков, при чрезмерном орошении и с грубо-текстурированными (песчаными) почвами. Потери азота в результате выщелачивания уменьшают количество азота, доступного для сельскохозяйственных культур, и могут потенциально загрязнять мелководные скважины и водоносные горизонты.
Нормы используемого азота и время внесения должны быть связаны с условиями почвы и требованиями урожая, чтобы минимизировать потери от вымывания. Многочисленные исследования показывают, что из-за поглощения растений мало нитратного азота (NO3 — -N) выщелачивается из почв, на которых культура активно растет. Поскольку песчаные почвы, наиболее подверженные выщелачиванию, расположены в Восточном Техасе, где трава является преобладающей культурой, минимальные потери азота на выщелачивание обычно ожидаются от азотных удобрений по всему региону.
Хотя исследования показали ограниченные проблемы с перемещением нитратов (NO3 -), неправильное применение коммерческих и органических азотных удобрений может привести к стоку NO3 в поверхностные воды и выщелачиванию в подземные воды.
Предотвращение потери азота
Лучший способ предотвратить потерю азота с сельскохозяйственных земель — это хорошая практика управления почвой и водой. Первым шагом в снижении потенциальных потерь азота является проверка почвы. Правильно полученный образец почвы обеспечит оценку содержания нитратного азота (NO3 — –N) в почве и может быть использован в качестве руководства для внесения соответствующего количества азотных удобрений для выращиваемой культуры.
Правильное удобрение и контроль поверхностного стока и эрозии предлагают лучшие методы для предотвращения попадания азота в ручьи и озера. Потери на выщелачивание можно предотвратить, разделив потребность в азоте на несколько применений, где часто встречаются грубые текстурированные почвы и обильные осадки.
Источник
Загрязнение почвы азотом аммонийным
ГОСТ Р 53219-2008
(ИСО 14255:1998)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Определение содержания нитратного азота, аммонийного азота и общего азота в воздушно-сухих почвах с помощью хлорида кальция в качестве экстрагирующего вещества
Soil quality. Determination of nitrate nitrogen, ammonium nitrogen and total soluble nitrogen in air-dry soils using calcium chloride solution as extractant
Дата введения 2010-01-01
Цели и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ «О техническом регулировании», а правила применения национальных стандартов Российской Федерации — ГОСТ Р 1.0-2004 «Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения»
Сведения о стандарте
1 ПОДГОТОВЛЕН Государственным научным учреждением «Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии имени Д.Н.Прянишникова» на основе русской версии стандарта, указанного в пункте 4
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 25 «Качество почв и грунтов»
4 Настоящий стандарт является модифицированным по отношению к международному стандарту ИСО 14255:1998 «Качество почвы. Определение содержания нитратного, аммонийного и общего растворимого азота в экстракте хлорида кальция из воздушно-сухих почв (ISO 14255:1998 «Soil quality — Determination of nitrate nitrogen, ammonium nitrogen and total soluble nitrogen in air-dry soils using calcium chloride solution as extractant»). При этом дополнительные положения и требования, включенные в текст стандарта для учета потребностей национальной экономики Российской Федерации и особенностей российской национальной стандартизации, выделены курсивом
5 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты», а текст изменений и поправок — в ежемесячно издаваемых информационных указателях «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает метод определения фракций растворимого азота (нитратный, нитритный, аммонийный, азот органического вещества), экстрагируемых из воздушно-сухой почвы раствором хлорида кальция молярной концентрацией 0,01 моль/дм .
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ Р ИСО 5725-1-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 1.Основные положения и определения
ГОСТ Р ИСО 5725-6-2002 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 6. Использование значений точности на практике
Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодно издаваемому указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по соответствующим ежемесячно издаваемым информационным указателям, опубликованным в текущем году. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Принцип
Определяемые фракции азота почвы извлекают экстракцией из воздушно-сухих проб почвы раствором хлорида кальция (CaCl )=0,01 моль/дм .
Неорганические соединения азота [нитрат (+нитрит) и аммоний] определяют непосредственно в экстракте из почвы, применяют автоматизированные спектрометрические методы сегментированного проточного анализа. Все операции по подготовке экстракта к измерению, градуирование спектрофотометра и измерение концентрации определяемых фракций проводят в замкнутом протоке внутри эластичных силиконовых трубок. Проток экстракта и растворов реагентов осуществляют с помощью насоса, прокачивающего растворы ритмичным нажимом силиконовых трубок. Смешивание экстрагента с реагентами происходит в реакционных змеевиках пузырьками воздуха. Окрашенный раствор поступает в проточную кювету спектрофотометра, результат светопоглощения фиксируется самописцем. Азот органического вещества почвы, растворимый в экстрагирующем растворе (CaCl )=0,01 моль/дм , определяют расчетным методом путем вычитания азота минеральных соединений нитратов (+нитритов) и аммония из общего растворимого азота.
1 Содержание растворимого органического азота может указывать на наличие легкоподвижной фракции органического вещества.
2 Содержание экстрагируемого аммонийного и органического азота в почве часто изменяется при высушивании по сравнению со свежей пробой почвы. На результаты определения влияет метод сушки [1].
3 Поскольку ручное определение различных фракций азота затруднительно, в настоящем стандарте описаны измерения с применением методов автоматизированных непрерывных измерений в протоке. Можно использовать другие методы, если они дают результаты, совпадающие с данными, получаемыми с использованием указанных автоматизированных методов.
4 Лабораторные пробы
Следует использовать пробу воздушно-сухой почвы, обработанную в соответствии с [2] и просеянную через сито с диаметром отверстий 2 мм. Часть этой пробы, отобранной в полевых условиях, используют для определения влажности в соответствии с [3].
5 Экстракция
Фракции растворимого азота экстрагируют из воздушно-сухой почвы раствором хлорида кальция (CaCl )=0,01 моль/дм при отношении почва:экстрагирующий раствор 1:10 при температуре (20±1) °С. После достижения равновесия почвы с экстрагирующим раствором (2 ч) экстракт центрифугируют для определения различных фракций азота.
1 Экстракцию проводят при постоянной температуре 20 °С, поскольку экстракция аммонийного азота и растворимого органического азота зависит от температуры экстрагирующего раствора [4]. В особых климатических условиях можно выбрать другую постоянную температуру. Использованная температура экстракции должна быть указана в отчете об испытании.
2 Предпочтительно применять центрифугирование, потому что большинство типов фильтровальной бумаги поглощают вещества или могут содержать аммиак. Если экстракты необходимо отфильтровать, фильтровальную бумагу следует хранить в эксикаторе над концентрированной серной кислотой или осушителем, содержащим серную кислоту, не менее недели перед использованием, а первые 20 см фильтрата следует отбрасывать.
5.2.1 Используют только реагенты известной степени чистоты.
Вода дистиллированная с удельной проводимостью не более чем 0,2 мСм/м при температуре 25 °С (степень очистки 2 по [5]).
Аммония гидроксид (NH OH) ч.д.а., массовая доля аммиака (NH )=25%.
Аммоний сернокислый [(NH ) SO ] ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Аммоний хлористый (NH Cl) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Кадмий (порошок) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Калий азотнокислый (KNO ) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Калий надсернокислый (K S O ) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Калий-натрий виннокислый (KNaC H O ) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Кальций хлористый 2-водный (СаСl ·Н О) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Кислота ортофосфорная (H PO ) ч.д.а., массовая доля основного вещества 85%.
Кислота соляная (HCl) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Медь (II) сернокислая безводная (CuSO ) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Натрия гидроксид (NaOH) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Натрия дихлороизоцианурат дигидрат (Cl C N NaO ·2H O) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Натрия нитроферрицианид (нитропруссид) дигидрат (Na [Fe(CN) NO]·2H O) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Натрий салициловокислый (C H O Na) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Натрия тетраборат декагидрат (Na B O ·10H O) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Натрий лимоннокислый 5,5-водный (Na C H O ) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
N-1-Нафтилэтилендиамин дигидрохлорид (C H N Cl ) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Полиоксиэтилена лауриловый эфир [C H O(C H O) ] ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Сульфаниламид 5-(метилсульфанилметил)-1H-пиримидин-2,4-дион (C H N O S) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
Соль динатриевая этилендиамин-N,N,N‘,N‘-тетрауксусной кислоты 2-водная (ЭДТА, трилон Б) (C H N O Na ·2H O) ч.д.а., массовая доля основного вещества не менее 99,0%.
5.2.2 Раствор хлорида кальция (CaCl )=0,01 моль/дм для экстракции
Источник