азот в почве представлен главным образом в форме

Азот в почве представлен главным образом в форме

Подробнее при переходе по ссылке

«>подкормку. Только 1 % азота почвы находится в легко усваиваемых растениями минеральных формах, поэтому применение азотных удобрений – важное условие для сохранения и повышения плодородности сельскохозяйственных земель.

Агрохимикаты

Содержание:

Многие известные научные открытия были сделаны двумя учеными, которые работали независимо друг от друга, и такие случаи довольно многочисленны. Однако в том, что касается открытия элемента азота, приоритет пришлось отдавать одному из трех известных химиков. Все они выделили азот из воздуха, используя немного различающиеся методики получения, и сделали это практически в одно и то же время, в конце XVIII века.

Англичанин Генри Кавендиш пропускал воздух над раскаленным углем, сжигая кислород, а затем фильтровал его через раствор щелочи, чтобы избавиться от примеси углекислого газа. В итоге он получил газ, не поддерживающий дыхание и горение, и названный им «мефитическим воздухом». Джозеф Пристли поместил в закрытый сосуд горящую свечу и описал образование аналогичного газа, который назвал «флогистированным воздухом». Однако их соотечественник Даниэль Резерфорд оказался более предприимчивым и менее медлительным: получив свой «удушливый воздух», он тут же опубликовал открытие и описал методику получения вещества. В результате все современные школьники знают, что азот был открыт Резерфордом, а заслуги талантливых химиков Кавендиша и Пристли, увы, оказались частично преданы забвению.

Что же касается названия элемента, то его предложил француз Антуан Лоран Лавуазье, и этот термин в полной мере отражает суть наблюдений всех трех ученых, которые впервые изучали его свойства. Слово состоит из двух частей: приставки «а», означающей отрицание, и корня слова «зое», которое переводится с греческого как «жизнь». Безжизненный, не дающий жизнь – вот что «азот» значит в смысловом переводе.

Известный ученый и был прав, и ошибался одновременно. Пусть газообразный азот и не поддерживает дыхания, однако он образует множество органических веществ, из которых построены компоненты живых клеток, в первую очередь, молекулы белка. Это определяет абсолютную незаменимость азота для жизни на Земле и делает его одним из главных макроэлементов живой клетки, наряду с кислородом, водородом и углеродом.

Физические и химические свойства

Азот – химический элемент V группы системы Менделеева. Атомный номер – 7, атомная масса – 14,0067. Природный азот составлен из двух стабильных изотопов.

Азот – бесцветный газ, не имеющий запаха.

В воде малорастворим, легче воздуха. Молекулярный азот химически малоактивен. При комнатной температуре взаимодействует только с литием. При нагревании реагирует с кальцием, магнием, титаном. Реакция взаимодействия с водородом проходит под воздействием высоких температур, высокого давления и в присутствии катализатора, с кислородом – при температуре 3000–4000°С.

Наибольшее значение из соединений с водородом имеет аммиак – газ без цвета с характерным запахом нашатырного спирта.

С кислородом азот образует ряд оксидов: закись азота N₂O, окись азота NO, диоксид азота NO₂, азотистый ангидрид N₂O₃.

Содержание в природе

Крупные залежи натриевой селитры NaNO₃ находятся в Чили на берегу Тихого океана. Это единственное в мире крупное месторождение, содержащее неорганическое соединение азота.

Элемент входит в состав всех живых организмов. Его содержание обнаруживается в каменном угле (1,0–2,5 %), нефти (0,2–1,7 %). Азот не поддерживает дыхание и горение, однако значение азота в жизнедеятельности растений и животных огромно. В белках его содержится до 17 %. Более того, без азотной составляющей белки не существуют.

Содержание азота в различных типах почв

На долю органических соединений – белков, аминов, амидов, аминокислот и прочих – приходится 93–95 % почвенного азота. Однако органический азот практически недоступен растениям и становится усваиваемым ими только после минерализации.

Минеральный азот, входящий в состав нитратных и аммиачных форм, накапливается в почве в результате процессов аммонификации и нитрификации, которые осуществляют различные группы микроорганизмов.

Разложение азотистых органических соединений в различных типах почв проходит по единой схеме:

белки → гуминовые вещества → аминокислоты → амиды → аммиак → нитриты → нитраты

Скорость минерализации основного запасного фонда азота – органических веществ почвы – зависит от многих факторов: влажности почвы, температурного режима, кислотности, характера органического вещества. Поэтому количество образующихся минеральных форм азота постоянно пребывает в динамичном состоянии. Максимальное количество накапливается в весенний период, наиболее благоприятный по режиму температуры и влажности для нитрификации. Однако нитраты – подвижные соединения, и они могут вымываться из почвы или подвергаться биологической денитрификации (образованию газообразных форм). В результате почва теряет часть азота.

Валовое содержание азота в почве сильно варьирует и зависит от типа почвы, гранулометрического состава, запасов органики, режима увлажнения и степени окультуренности почвы.

Содержание общего азота тем больше, чем больше содержание гумуса. Кроме того, содержание доступного элемента значительно возрастает при окультуривании почвы.

Дерново-подзолистые почвы

Содержание и запасы азота в метровом слое данных почв суглинистого состава в 2–2,5 раза больше, чем в песчаных. Кроме того, содержание азота снижается в нижележащих горизонтах.

Содержание и запасы азота в дерново-подзолистых почвах, согласно данным:
Глубина взятия образца,

см Гумус,

% Общий азот,

% Запасы общего азота,

т/га Фиксированный аммоний

Дерново-подзолистые избыточно увлажняемые почвы

Чернозем

Торфяно-болотные почвы

Биохимические функции

Химические соединения – источники азота

Соли азотной кислоты и аммония

В тканях растения азотистые соединения подвергаются сложным превращениям, результатом которых становиться образование аминокислот, а затем белков.

Аммиак

Значительное накопление аммиака при недостатке углеводов (источника кетокислот), приводит к аммиачному отравлению растений. Однако растения обладают способностью связывать избыток свободного аммиака. Большая его часть вступает во взаимодействие с ранее синтезированными аспарагиновой и глутаминовой аминокислотами с образованием амидов – аспарагина и глутамина (играют важную роль в синтезе белков). Этот процесс позволяет растениям не только защититься от аммиачного отравления, но и создавать резерв аммиака, который будет использоваться в дальнейшем по мере необходимости.

Симптомы недостатка азота, согласно данным:
Культура	Симптомы недостатка
Общие симптомы	Изменение окраски листа с зеленой до бурой, уменьшение размера листьев, ослаблено ветвление и плодоношение
Злаковые	Ослаблено кущение
Картофель	Рост стеблей и листьев ослабляется, боковые побеги не образуются или мелкие,

Стебли тонкие, прямостоячие,

Листья нижнего яруса бледно-зеленые, постепенно желтеют и засыхают,

Молодые листья мелкие, светло-зеленые с засохшими и завернутыми краями,

Клубни интенсивно поглощают хлор и становятся токсичными Капуста белокочанная и цветная Цвет листьев нижнего яруса: сначала желтовато – зеленые, затем розовые, оранжевые или пурпурные,

Раннее усыхание листьев,

Кочан мелкий Томаты Листья мелкие, зелено-желтые,

Жилки и стебли голубовато-красные,

Плоды мелкие деревянистые, бледно-зеленые, при созревании ярко окрашены Лук Рост задерживается, листья короткие, диаметр небольшой, цвет – бледно-зеленый,

Начиная от вершин, краснеют Огурцы Новые листья замедляют рост,

Стебли тонкие, волокнистые, твердые,

Плоды мелкие, плохого качества Свекла Листья удлиненные, мелкие, вертикально расположенные, бледно-зеленые и желтовато-зеленые,

Образование новых листьев Земляника Рост листьев останавливается,

Цвет – от светло-зеленого до желтого,

На старых листьях краснеющие зубчики,

По мере старения зубчики желтеют,

Часть пластины листа отмирает. Черная смородина Короткие и тонкие побеги,

Цветение и образование ягод слабое. Яблоня Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано,

Рост побегов ослабевает,

Побеги твердые, тонкие, листья мелкие,

Верхушечные почки формируются рано,

Плодовых почек и цветков мало,

Плоды сильно окрашены,

Плоды твердые, грубые, нетипичного вкуса и окраски,

Отличаются хорошей лежкостью Груша Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано,

Рост побегов ослабевает,

Побеги твердые, тонкие, листья мелкие,

Верхушечные почки формируются рано,

Плодовых почек и цветков мало,

Плоды сильно окрашены Вишня Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано,

Рост побегов ослабевает,

Побеги твердые, тонкие, листья мелкие,

Верхушечные почки формируются рано,

Плодовых почек и цветков мало,

Плоды сильно окрашены Слива Листья мельчают, становятся бледно-зелеными, более старые – оранжевыми, красными или пурпурными, опадают рано.

Рост побегов ослабевает,

Побеги твердые, тонкие, листья мелкие,

Верхушечные почки формируются рано,

Плодовых почек и цветков мало,

Плоды сильно окрашены

Нитраты и нитриты

Нитратный азот растения могут накапливать в значительных количествах, без особого вреда для собственной жизнедеятельности.

Биосинтез аминокислот (аминирование)

Аминирование

В аминокислотах азот присутствует в виде аминогруппы – NH₂. Образование аминокислот может происходить как в подземной (корнях), так и в наземных частях растений.

Подробнее при переходе по ссылке

Подробнее при переходе по ссылке

«>подкормку аммиака. Первой аминокислотой, образующейся в растении, является аланин, затем синтезируются аспарагиновая и глутаминовая кислоты.

Переаминирование аминокислот

Реакция переаминирования аминокислот заключается в переносе аминогруппы с аминокислоты на кетокислоту. При этом образуются другие амино- и кетокислоты. Эта реакция катализируется ферментами аминоферазами и трансаминазами.

Путем переаминирования синтезируется значительное число аминокислот. Наиболее легко в этот процесс вовлекаются глутаминовая и аспарагиновая кислоты.

Разнообразие белковых и небелковых азотистых соединений

Как указывалось ранее, аминокислоты представляют собой основные структурные единицы белков и полипептидов, поскольку белки образуются из синтезированных в полипептидные цепи аминокислот. Различный набор и пространственное расположение аминокислот в полипептидных цепях способствуют синтезу огромного разнообразия белков. Известно свыше 90 аминокислот. Значительная их часть (около 70) присутствует в растительных тканях в свободном состоянии и не входит в состав белковых молекул.

В состав белков растений входят незаменимые для жизнедеятельности человека и животных белки: лизин, фенилаланин, триптофан, валин, треонин, метионин и другие. В организме млекопитающих и других высших животных данные белки синтезироваться не могут.

Растения содержат 20 – 26% небелкового органического азота от общего количества. В неблагоприятных условиях (дефицит калия, недостаток освещенности) количество небелковых азотистых соединений в растениях повышается.

Дезаминирование аминокислот

Белки и небелковые азотистые соединения находятся в тканях растений в подвижном равновесии. Наряду с синтезом аминокислот и белковых соединений, постоянно проходят процессы их распада.

Реакция дезаминирования

Весь сложнейший цикл трансформации и превращения азотистых соединений в растении начинается с аммиака и завершается аммиаком.

Обмен азотистых веществ в различные периоды развития растения

За время роста растения синтезируют большое количество разнообразных белков, и в разные периоды роста процесс обмена азотистых веществ протекает по-разному.

При прорастании семенного материала наблюдается распад ранее запасенных белков. Продукты распада идут на синтез аминокислот, амидов и белков в тканях проростков до выхода их на поверхность почвы.

По мере образования листового аппарата и корневой системы синтез белков проходит за счет минерального азота, поглощенного из почвы.

В органах молодых растений преобладает синтез белков. В процессе старения распад белковых веществ начинает преобладать над синтезом. Из стареющих органов продукты распада движутся в молодые, интенсивно растущие, где и находят применение для синтеза белка в точках роста.

При созревании и формировании репродуктивных органов растения происходит распад веществ в вегетативных частях растений и передвижение их в репродуктивные органы, где они используются в процессах синтеза запасных белков. В это время потребление азота из почвы значительно ограничивается или совсем прекращается.

Недостаток (дефицит) азота в растениях

Азот плохо усваивается растениями при холодной погоде, на кислых неизвесткованных почвах, на почвах, содержащих большое количество небобовых культур и опилок.

Первый признак азотного голодания – изменение окраски листовой пластинки с зеленой на бледно-зеленую, а затем желтоватую и бурую из-за недостаточного образования хлорофилла.

При дальнейшем усилении дефицита азота размер листьев уменьшается. Они становятся узкими, мелкими, располагаются под острым углом к стеблю или ветви. Ветвление у растений ослабляется, уменьшается число плодов, зерен или семян.

Избыток азота

Избыток азота в молодом возрасте подавляет рост растений. В более взрослом наблюдается бурное развитие вегетативной массы в ущерб запасающим и репродуктивным органам. Снижается урожай, вкусовые качества и лежкость овощей и плодов.

Избыток азота во второй половине лета затягивает рост и созревание, вызывает полегание знаков, ухудшает качество зерна, корнеплодов, фруктов. Понижается устойчивость растений к грибковым заболеваниям. Повышается концентрация в растениях биологически несвязанного азота в виде нитратов и нитритов.

Избыток азота приводит к некрозу тканей растений: хлороз развивается сначала на краях листьев, потом распространяется между жилками, появляется некроз с коричневым окрасом, концы листовых пластинок свертываются, листья опадают.

Содержание азота в различных соединениях

Производство азотных удобрений основывается на получении аммиака из молекулярного азота воздуха и водорода. Источником последнего могут служить природный газ, коксовые или нефтяные газы.

Азотные удобрения подразделяют на шесть групп:

Источником азота для растений служат органические удобрения:

Навоз на соломенной подстилке

Торф также богат азотом. Его содержание колеблется от 0,8 – 1,2% в верховом до 1,0 – 2,3 % в переходном и 2,3 – 3,3 % в низинном торфе. Однако органические соединения азота, присутствующие во всех видах торфа, плохо усваиваются растениями. В связи с эти его применение в чистом виде неэффективно, и расходы на добычу и применение чистого торфа редко окупаются прибавкой урожая.

Навозная жижа

Птичий помет, содержит большое количество азота. В зависимости от вида птиц и скармливаемых им кормов, процентный состав азота в птичьем помете колеблется от 0,5 до 1,6 %. Еще богаче азотом подстилочный птичий помет. В зависимости от вида подстилки, он включает в себя от 1,6 до 2,22 % азота.

Способы применения азотных удобрений

Нитратные удобрения

Подробнее при переходе по ссылке

Кальциевая селитра для большинства растений равноценна натриевой селитре. Исключение – сахарная свекла и корнеплоды. В данном случае удобрение менее эффективно.

Аммонийные азотные

Подробнее при переходе по ссылке

Аммонийно-нитратные удобрения (аммиачная селитра)

Подробнее при переходе по ссылке

Подробнее при переходе по ссылке

«>подкормок озимых зерновых культур, пастбищ и сенокосов.

Источник

Формы,усвоение и влияние азота на растения

Азот — один из важнейших элементов развития растения. В природе существует несколько форм азота. Азот также составляет 78% от содержания атмосферы и 3% человеческого тела.

Комплекс NPK является основным «поставщиком» любого растения. Это часть белков, хлорофилла, гормонов, витаминов и т. д.

Краткая история элемента

Породы, которые составляют Землю, имеют очень малое содержание азота. Что-то в минимальных количествах по сравнению с другими типами выделения азота высвобождается в почву, когда происходит выветривание этих пород.

Тем не менее, действительно интересна фиксация атмосферного азота (о 78% которого мы говорили). Когда мы говорим о фиксации, то мы имеем в виду обеспечение сельскохозяйственных культур усвояемым азотом.

Этот переход атмосферного азота в почву может быть осуществлен двумя способами. С одной стороны, это будет биотический «путь», где активность микроорганизмов (как животных, так и растений) имеет крайне важное значение для утилизации этого усвояемого элемента.

Существует также еще один путь, абиотический, где фиксация происходит с помощью дождя, снега и т. д., в общем, атмосферных явлений.

Если бы вам пришлось выбирать способ фиксации, какой бы вы выбрали? Несомненно, тот, который предполагает большую работу, проводимую микроорганизмами, т. е. биотический путь.

Однако, на нашей земле нет оптимальных условий для развития микроорганизмов.

По крайней мере, они не такие, чтобы эти «жуки» могли создавать азот в количествах, достаточных для нормального развития сельскохозяйственных культур.

ФУНКЦИИ АЗОТА В РАСТЕНИЯХ

С «общей» точки зрения можно сказать, что смысл азота в растениях заключается в создании растительной массы.

Однако, это утверждение не содержит ничего конкретного, поэтому давайте добавим еще несколько вещей. Таким образом, мы увидим истинную важность этого элемента в растениях.

Самая важная роль азота в культурах — быть частью растительных белков (то, что мы говорили о создании массы).

Однако, мы не можем забыть о его роли в качестве запаса либо в семенах (его способность поддерживать семена «живыми», не будучи посаженными, или энергия, которую нужно преобразовать в растение после их посева), либо в других репродуктивных органах.

Что, если мы посмотрим на функциональную точку зрения?

Он участвует во всех этих ферментативных процессах:

А также стимулирует образование ауксинов, образует лигнин, участвует в производстве хлорофилла и т. д.

СКОЛЬКО ВИДОВ АЗОТА СУЩЕСТВУЕТ?

Фиксация азота в почве не происходит в органической форме, которая не усваивается любым растением. До этого он должен пройти еще один «процесс деградации», потому что он должен перейти от органического к минеральному.

Когда вы услышите слово «минерализация» в будущем, вы узнаете, что это значит.

Что касается этих минеральных форм, нам представлены две, которые вы, несомненно, знаете:

Аммонийная форма, со временем и под действием климата и микроорганизмов переходит в нитратную форму, легко поглощаемую растениями. Однако, все это несколько сложнее, минерализация органического азота проходит через несколько этапов, но мы можем обобщить, что аммонийный N переходит в нитратный N.

Здесь необходимы микроорганизмы и качество почвы, поскольку без них было бы невозможно перейти от NH4+ к NO3-. Ничего не остается, как заботиться о своих почвенных микроорганизмах.

Мочевина представляет собой химическую форму диамида угольной кислоты. Предположим, что это соединение находится в процессе нитрификации сверху. Мочевина разлагается на аммоний, который, в свою очередь, переходит в нитрат.

КАК РАСТЕНИЕ ПОГЛОЩАЕТ АЗОТ?

Как упоминалось ранее, растения поглощают нитратный азот. Следовательно, многие фермеры используют в качестве основного удобрения аммиачный азот или мочевину, поскольку они, как ожидается, останутся в почве как можно дольше.

Еще одна вещь, о которой мы еще не говорили, заключается в том, что это соединение может поглощаться растением как на корневом уровне (обычно корнями), так и листвой (при непосредственном применении).

Тем не менее, для азота является обычной практикой внесение в почву как в аммиачной (NH4+), так и в нитратной (NO3-) форме.

Корни растений поглощают азот из почвы в виде нитрата (NO3-) или аммония (NH4+). В большинстве почв действие нитрифицирующих бактерий приводит к тому, что культуры поглощают в основном N-NO3-. В других особых ситуациях в почве, таких как анаэробные условия, растения могут поглощать относительно больше NH4+, чем NO3-. Точно так же это может произойти сразу же после применения аммонийных удобрений или на ранних стадиях роста, когда температура по-прежнему низкая для быстрой нитрификации. В некоторых случаях они также поглощают N в виде мочевины.

Предпочтение растением NH4+ или NO3-, когда обе формы присутствуют, в основном, зависит от вида культуры. Зерновые культуры поглощают любую форму N, в то время как пасленовые, например, томаты отдают предпочтение более высокому соотношению NO3-/NH4+. Рис является типичным примером адаптации к NH4+. Другими видами, адаптированными к питанию с NH4+, являются те, которые выращиваются на кислых почвах тропических и субтропических регионов, где процесс нитрификации ограничен.

Есть исследования, которые показывают, что некоторые культуры лучше растут, если дается смесь NH 4+ и NO3-. В частности, было обнаружено, что некоторые растения могут не только показывать более высокий уровень урожайности, но и более высокие уровни белка.

Поглощение и усвоение NO3-

NO3- всасывается активно, т.е. с затратой энергии. Специальные ферменты катализируют прохождение ионов NO3- через клеточные мембраны, особенно на уровне корневых волосков. Как уже указывалось, NO3- поглощаются в меньшей степени при низких температурах. На поглощение также влияет молибден, так как на поверхности корневых клеток образуется молибдропротеин для переноса NO3-.

Когда NO3- проник, растение может отложить его про запас как таковой корневыми тканями, или восстановить и синтезировать в аминокислотах, или отложить в ксилеме, чтобы транспортировать в стебли.

Усвоение NO3- осуществляется через ряд этапов. Во-первых, NO3- восстанавливается до NO2- посредством ферментативного действия и в присутствии фотосинтетов. Затем NO2- восстанавливается до NH3, под действием нитритредуктазы. Полученный NH3 быстро включается в глутаминовую кислоту под действием глутаминсинтетазы и глутаматсинтазы, расположенных как внутри так снаружи клеток.

Поглощение и усвоение NH4+

Поглощение NH4+ достигается посредством активного и пассивного процесса. Эксперименты, в которых были использованы метаболические ингибиторы, показали, что при ингибировании высвобождение дыхательной энергии при поглощении NH4+ уменьшается вдвое, но не полностью ингибируется, как в случае поглощения NO3-. Поглощение NH4+ увеличивается при значениях рН, близких к 8. Его поглощение приводит к увеличению поглощения неорганических анионов (H2PO4-, SO42- и Cl-), а рН ризосферы может уменьшаться из-за высвобождения H+ с помощью корня для поддержания электрической нейтральности.

Несмотря на то, что NH4+ может пассивно поглощаться, его скорость поглощения в большей степени зависит от скорости подачи энергии, чем скорость поглощения NO3. Это связано с тем, что после поглощения NH4+ должен быть немедленно включен в углеродные скелеты. Если для этого процесса отсутствуют углеводы, NH4+ может накапливаться до токсичных уровней в корне. Это приводит к остановке роста и уменьшению поглощения K+ с симптомами дефицита этого питательного элемента у растения.

После поглощения NH4+ не нужно восстанавливать, поэтому по сравнению с NO3- растение экономит энергию. Однако, в некоторых ситуациях эти энергетические затраты могут быть незначительными. Когда NO3 восстанавливается в листе, энергия, используемая для процесса восстановления, поступает непосредственно из солнечной энергии и не включает использование углеводов в качестве источника энергии. Только когда NO3- восстанавливается в корне, энергия, используемая растением для этого процесса, исходит из катаболизма углеводов.

АТМОСФЕРНЫЙ АЗОТ

Существуют растения, способные захватывать азот из атмосферы, восстанавливая его и превращая в аминокислоты и белки, которые будут служить пищей.

Согласно Бермудесу де Кастро, атмосферный азот фиксируют следующие культуры:

КАК ДИАГНОСТИРОВАТЬ НЕДОСТАТОК АЗОТА?

Недостаток азота, к счастью, довольно легко обнаружить. Поскольку этот элемент оказывает влияние на хлорофилл, его недостаток вызывает ингибирование производства зеленого пигмента.

Следовательно, мы можем наблюдать листья с полным хлорозом.

Поскольку азот тесно связан с ростом, если растению не хватает этого элемента, мы увидим чахлые растения, которые в конечном итоге, одревеснеют в ближайшее время.

В целом, чтобы правильно поставить диагноз, необходимо иметь в виду, что первые симптомы (хлороз и отсутствие роста) появляются на старых листьях.

Это связано с тем, что азот является очень подвижным элементом в растении, поэтому он легко перемещается в самые активные точки с функциональной точки зрения.

… И ИЗБЫТОК?

Избыток азота в растениях может приводить к преувеличенному росту, более мощному развитию побегов и ветвей (большее клеточное размножение), более нежным растениям (менее лигнифицированным), задержкам появления древесных частей, задержке зрелости, и т. д.

Поэтому, если в растении есть «более мягкие» части, оно будет более восприимчивым к вредителям и болезням, уменьшится урожайность, будет производить меньше семян (зерновые) или плодов (овощи), будет более чувствительно к недостатку влаги и т. д.

Инга Костенко, Mivena Украина

Анна Устименко, Клуб Sirius Agro Plant

Источник