21. Содержание и формы азота в почвах. Превращение форм азота в почвах и грунтах. Процессы аммонификации, нитрификации, денитрификации и их регулирование.

Общее содержание азота в почве от 0,03 до 3,5%. Практически весь азот в почвах находится в виде органических соединений (гумусовые вещества содержат ок 5% N), поэтому типы почв содержащие больше гумуса, содержат больше азота (0,25-0,5%), чем слабогумусированные (0,03-0,2%). Больше всего азота в органогенных почвах. Верховые торфа (0,7-1,5%), низинные (2,3-3,5%). Содержание гумуса в рамках одного типа почв изменяется в зависимости от их ГС и степени окультуренности. Регулярное удобрение навозом приводит к увеличению содержания гумуса, чем в их неокультуренных аналогах. Общий запас азота в пахотном слое на 1 га варьирует от 0,9 в легких дерново-подзолистых почвах до 15 тонн в черноземах. Азот в почвах содержится в органической и минеральной формах, преобладает органический азот, который составляет 97-99% общего содержания. Он не доступен для питания растений. Органический азот находится в составе гумуса, некоторая часть в м.о. негумусированных остатках живых организмов. По степени потенциального участия в питании растений органический азот подразделяется на 3 группы: Негидролизуемый, трудногидролизуемый, легкогидролизуемый. Легкогидролизуемый представлен низкомолекулярными соединениями аминокислотами и амидами, азот которых становится доступным после минерализации. Однако в почвах легкогидролизуемый азот составляет 5-10% от общего содержания, преобладает негидролизуемая фракция 70-85%. Содержание минерального азота может достигать 3%, но чаще всего не более 1%. Он образуется в результате микробиологического разложения (минерализации органического) вещества до аммонийной NH4 и нитратной NO3 форм. Аммонификация — процесс разложения азотсодержащих органических веществ с образованием аммиака, происходящий в результате жизнедеятельности широко распространенных аммонифицирующих микроорганизмов.Аммонийный азот образуется в результате процесса аммонификации, т.е. распада азот содержащих органических соединений до NH3.Схема аммонификации Гумус, белки аминокислоты, амиды NH3

В аммонификации участвуют разные группы аэробных и анаэробных микроорганизмов. Аммонификация протекает в присутствии кислорода и без него, и при различной реакции среды. Резко снижается аммонификация только в анаэробных условиях сильнокислых или сильнощелочных почв. Скорость аммонификации зависит также от температуры и влажности почвы. Образующийся NH3 реагирует с органическими и минеральными кислотами почвенного раствора. При диссоциации солей NH4 поглощается ППК, и достаточно прочно закрепляется. аммонийный азот прочно закрепляется в ППК, но остается доступным для растений.

Процесс нитрификации.

Нитратный азот образуется в результате процесса нитрификации. Окисляется NH3 до нитратов под действием специфических аэробных бактерий – нитрификаторов. Выделятся 2 стадии процесса:1) окисление аммиака до азотистой кислоты бактериями Nitrosamonas, Nitrosocystis и др 2NH3+3O2=2HNO2+2H2O 2) окисление азотистой кислоты до азотной бактериями рода Nitrobacter 2HNO2+O2=HNO3 Образующаяся азотная кислота нейтрализуется катионами Са, Mg и др. находящимися в почвенном растворе или ППК. 2HNO3+Ca(HCO3)2=Ca(NO3)2+2H2CO3 Ca 2H ППК)H + nHNO3=ППК)H + Ca(NO3)2 Mg Mg

Нитратный азот всегда находится в почвенном растворе обладая высокой подвижностью. При возделывании культур нитраты сразу поглощаются растениями. Оптимальные условия для нитрификации: хорошая аэрация, влажность 60-70%, t=25-32, близкая к нейтральной рН, такие условия являются оптимальными и для растений. Таким образом интенсивное накопление нитратов свидетельствует о повышенном накоплении его в почве.

Продуктами аммонификации и нитрификации являются формы минерального азота, поэтому значение имеет регулирование темпов этих процессов. Количество органического вещества участвующего в аммонификации можно повысить внесением органических удобрений. Реакцию среды можно оптимизировать известкованием. Водно-воздушные свойства и температурный режим обработкой и структурой посевных площадей.

Денитрификация – это восстановление нитратного азота до газообразных соединений (N2O, NO, NO2) с участием анаэробных бактерий денитрификаторов Bact. Denitrificans. Наиболее интенсивно протекает денитрификация в анаэробных условиях переувлажненных или переуплотненных почв при щелочной реакции среды рН=6,5-7,5 и избытке органического вещества богатого углеводами. Вместе с тем идет и при оптимальных рН, влажности и аэрации, т.к. внутри почвенных микроагрегатов всегда существуют анаэробные микрозоны. Образующиеся газы основные из которых N2 и N2O улетучиваются из почвы обуславливая тем самым потерю азота. Поэтому необходимо стремиться к снижению интенсивности денитрификации использую агротехнические направленные на поддержание в почве оптимального водно-воздушного режима. На ряду с биологической выделяется и косвенная хемоденитрификация – это образование газообразных форм азота в результате протекающих в почве химических реакций. Существенные потери происходят при разложении HNO2 в кислой среде рН<5, с выделением окиси азота.

Процессы иммобилизации минерального азота и необменного поглощения (фиксации) аммония. На ряду с минерализацией азотсодержащих органических соединений, в почвах идет и противоположный процесс потребление N для построения плазмы м.о. – биологическое поглощение (иммобилизация). В значительных размерах иммобилизация протекает при поступлении в почву органического вещества с широким отношением углерода к азоту С:N=,>20:1 т.к. начинается бурное развитие разлагающих их м.о. Среднее отношение углерода к азоту в плазме м.о. 10:1 поэтому для ее формирования нехватает азота имеющегося в составе органических веществ, как следствие поглощают минеральный азот ухудшая условия питания с/х культур. Таким образом при использовании органических удобрений с широким отношением С:N (солома или соломистый навоз) нужно принимать меры для улучшения азотного питания растений и прежде всего вносить азотсодержащие удобрения. В месте с тем иммобилизация это временное явление, после отмирания м.о. их плазма подвергается гумификации и аммонификации. Соответственно поглощенный ими азот закрепляется в виде гумуса или превращается в аммиак и снова становится доступным для растений. Снижение содержания минерального азота может также происходить в результате необменного поглощения (фиксации) катиона NH4 глинистыми минералами с 3х слойной кристаллической решеткой – вермикулит и др. Содержание фиксированного NH4 в пахотном слое колеблется от 130 до 350 кг/га и он практически не участвует в питании растений.