Круговорот азота

Данные о содержании азота в почвах дают представление о его резервах, которые постепенно мобилизуются и превращаются в усвояемые формы. Зная запасы азота в метровом слое различных почв, можно рассчитывать, на сколько лет их хватит для получения, например, урожая пшеницы 25 ц с 1 га (по 125 кг азота в год). На черноземах природные запасы азота могут обеспечивать такие урожаи еще в течение прибли

зительно 200, а на мощных черноземах 275 лет. Другие типы почв могут обеспечивать азотом подобные урожаи и в течение менее продолжительного времени: каштановые—120 лет, серые лесные — 90, сероземы — 60, а подзолистые — всего 45 лет. Наиболее дефицитными в отношении баланса азота являются подзолистые почвы, занимающие около 35% почвенного покрова Западной Европы, 20% — в Северной Америке и более половины почвенного покрова — в нашей стране.

В связи с тем, что в культурных ценозах характер биологического круговорота минеральных веществ отличается от его характера под естественной растительностью, направленное изменение растительного покрова может изменить количество вовлекаемых и круговорот минеральных веществ, в том числе и азота.

Несмотря на важность внесения азотных удобрений, они вносятся неравномерно на всю используемую в сельском хозяйстве площадь.

Достаточно высокие дозы вносимых минеральных удобрений, практически полностью покрывающие вынос азота урожаем из почвы, используются лишь в государствах с малой земельной площадью и большой плотностью населения (Голландия, Япония). В этих странах используются не только минеральные удобрения, но и органические. Это позволяет поддерживать азотный баланс положительным.

В странах с довольно большой земельной площадью (Франция, Канада, США и т. д.) минеральный азот в качестве удобрений применяется в относительно меньших количествах, не обеспечивающих покрытие его выноса с урожаем, так как производство минерального азота относительно дорого и его использование не всегда окупается прибавкой урожая сельскохозяйственных культур. Поэтому азот в достаточно больших дозах вносят лишь под ценные продовольственные и технические культуры. Вместе с тем в некоторых государствах (Великобритания) внесение и вынос азота сбалансированы. В значительной мере это удается сделать благодаря использованию навоза и культивированию бобовых растений — азотнакопителей.

Растения в первый год непосредственно используют обычно не более 40—50% внесенного минерального азота. В вегетационных опытах коэффициент использования растениями азота удобрений несколько выше и достигает 50—60%, иногда и более, в производственных условиях азот минеральных удобрений используется слабее.

Коэффициенты использования азота различными культурами не превышают 33—53%. Не используемый растениями азот частично теряется либо путем улетучивания газообразных продуктов, образующихся при трансформации азота удобрений, либо в результате вымывания в глубокие слои почвы. Размеры этих потерь зависят от свойств почвы и способов применения азотных удобрений.

Потери путем вымывания наиболее значительны на песчаных и супесчаных почвах, а также на полях, не занятых растительностью. Газообразные потери увеличиваются в соответствии с развитием денитрификации и химических процессов превращения нитратного азота в низшие окислы азота и элементарный азот.

Значительная доля не используемого растениями азота остается в почве (за вычетом потерь она составляет примерно 30—40% от количества минерального азота, внесенного в почву). Часть этого остатка, если азот вносился в аммонийной форме, фиксируется почвенными минералами в необменном состоянии, часть входит в поглощающий комплекс почвы; обменно-поглощенный аммоний является важным источником азотного питания растений. Значительное же количество не использованного растениями и оставшегося в почве азота входит в малый биологический круговорот: поглощается различного рода микроорганизмами, входит в состав гумусовых соединений и т. д. Само собой разумеется, что эти процессы обратимы, и биологически связанный азот удобрений в зависимости от процессов, происходящих в почве, может постепенно минерализоваться.

Сочетание процессов минерализации (переход в минеральную воднорастворимую форму) и мобилизации (переход в органические соединения или в нерастворимые в воде поглощенные минеральные формы) — характерная черта круговорота азота в почве. Отсюда следует, что не использованный растениями в первый год и остающийся в почве азот не может считаться потерянным для питания растений в последующем.

Все изложенное в полной мере относится и к органическим удобрениям, трансформация которых усложняется тем, что промежуточные продукты разложения сложных органических веществ могут непосредственно использоваться микроорганизмами и входить в состав гумусовых соединений. Таким образом, обычно используется растениями меньше половины внесенного азота, остальной претерпевает сложные превращения, связанные преимущественно с жизнедеятельностью микроорганизмов, а также с разными физико-химическими процессами в почве, и только после этого постепенно используется растениями.

При недостаточном применении органических и минеральных азотных удобрений, а также при отсутствии бобовых растений в севообороте происходит постоянная убыль азота из почвы и связанного с ним органического углерода (гумуса), что сопровождается общим ухудшением физических свойств и питательного режима почвы и ее плодородия.

Интенсивное использование азотных удобрений может привести к тому, что количество азота, доступного для наземных растений, может значительно превышать количество свободного азота, возвращаемого в атмосферу в процессе денитрификации.

Промышленная фиксация азота в процессе производства удобрений — пример активного вмешательства человека в природные процессы круговорота вещества. В связи с массовым производством искусственных азотных удобрений может возникнуть дисбаланс между количеством газообразного азота, образующегося из органических соединений азота и возвращающегося в атмосферу, и азота, поступающего из атмосферы в процессе естественной фиксации. Отмечается постепенный переход вещества из техногенных миграционных потоков в природные. Накопление азота в различных объектах природной среды (водах, растениях, почве) может вызвать целый ряд неблагоприятных последствий.

Существует тесная связь между ростом сельскохозяйственной активности (в частности, применением удобрений) и прогрессирующим загрязнением природной среды.

В среднем 36% азота, введенного с удобрениями, появляется в сточных водах. Исследования показали, что изменение содержания азота в водоемах в 99% случаев пропорционально изменениям количества применяемых азотных удобрений.

Стоки с сельскохозяйственных угодий, несущие значительные количества нитратного азота, вызывают в водоемах повышение уровня продукционно-биологических процессов и ускорение развития эвтрофикации. Например, озеро Эри, являющееся классическим примером эвтрофицированного водоема, получает ежегодно с окружающих полей 35 тыс. т. азота, что примерно равно половине городских стоков, составляющих 70 тыс. т. в год.

 Скачать реферат