Азот – элемент жизни

253
Азот (N) считается основным макроэлементом и занимает четвертое место по значимости среди необходимых питательных веществ после углерода, водорода и кислорода.

Поскольку азот – ключевой компонент аминокислот, он необходим, поэтому содержится практически в любой части растения. Это «клей», благодаря которому твердые клеточные стенки делают растение прочным и поддерживают его в вертикальном положении. Хлорофилл, пигмент, поглощающий свет в процессе фотосинтеза, состоит из протеинов, связанных вокруг магния. Азот является составляющей химических веществ, контролирующих рост ауксинов и кининов, а также входит в состав нуклеопротеинов, или генетического кода растений.

Азот очень подвижен в растении и может перемещаться из отдельных его частей в те, где он наиболее востребован. Недостаток азота нарушает процесс роста, вызывая его прекращение, обусловленное плохим развитием клеток, а также пожелтение из-за недостаточного формирования хлорофилла. Растения «перебрасывают» азот из старых листьев в новые, молодые. А на старых нижних листьях появляются признаки азотного голодания. На злаковых культурах очень просто распознать азотную недостаточность. В частности, на кукурузе она проявляется очень характерно: заметным посветлением всего растения и побурением – сначала на нижних листьях, в виде буквы V, идущей от центральной жилки к краям листа. Впоследствии засыхает весь лист, затем начинают страдать листья в средней части растения. Если не исправить ситуацию, растение может погибнуть.

Диагностировать недостаток азота современными методами достаточно просто, но часто на это тратится очень ценное время, а реагировать нужно очень быстро. Ведь пока растение голодает, оно в стрессе. Естественно, в таком состоянии замедляются и даже останавливаются протекающие процессы, которые формируют будущий урожай. Так, если недостаток азота проявился в фазе кущения, прекращается образование продуктивных побегов, если в фазе трубки – растение остановит процесс закладки дополнительных «этажей» в колосе, то есть колосков. Дефицит азота в фазе флагового листа приводит к тому, что не образуются дополнительные цветки, а во время колошения – зерновки. А если азотное голодание наступает во время налива зерна, то зерновки будут щуплыми, невыполенными и плохого качества.

К тому же видимые признаки азотного голодания – это уже потеря 30% будущего урожая. Выход из создавшейся ситуации следующий: зная количество азота, которое необходимо для создания желаемого урожая, и то, сколько азота растение потребляет в каждой конкретной фазе, можно предупредить возможное голодание посредством дополнительного внесения азотных удобрений. На реакцию почв азотные удобрения действуют следующим образом.

  1. Очень кислые или сильно кислые:

– сульфат аммония – на 1 кг азота поглощается 3 кг СаО;

– аммиачная селитра – на 1 кг азота поглощается 2 кг СаО.

  1. Относительно кислые:

– мочевина, аммиачно-нитратная селитра, аммиак — на 1 кг азота поглощается 1 кг СаО.

3. Нейтральные или слабокислые:

– аммиачно-кальциевая селитра – на 1 кг азота поглощается 0,4 СаО.

4. Щелочного действия:

– кальциевая селитра – 1 кг азота прибавляет до 1 кг СаО;

– азотнокислый кальций – 1,7 кг азота прибавляет до 1 кг СаО.

Если почвы карбонатные, то бояться подкисления не нужно. Но уж если рН стремится к уменьшению, то в этом случае подходить к выбору удобрения нужно тщательно.

ФОРМЫ АЗОТА

Азот почвы представлен обменным аммонием (NH4+), который поглощен почвенными коллоидами. Эта форма азота неподвижна в почве и не поддается вымыванию из почвенного профиля. Поэтому его еще называют «долгий» азот. Он проходит долгий путь превращения в почве в нитратную форму, и, соответственно, может «работать» длительно.

Основные источники поступления этой формы азота в почву – внесение аммонийных удобрений и процесс аммонификации (гниения) – процесса разложения органических соединений (белков, аминокислот) в результате их ферментативного гидролиза под действием аммонифицирующих микроорганизмов.

Кроме аммонийного, в почве присутствуют нитратные (NO3) и нитритные (NO2) формы азота, которые находятся в виде растворимых солей в почвенном растворе. Это «быстрый» азот. Он активно поступает в растение через корневую систему и так же быстро усваивается. Практически в течение суток может «зайти» в растение и начать создавать урожай. Однако он так же быстро и вымывается из почвы. Нитрат растворяется в воде, таким образом становясь мобильным. С талой водой, обильными осадками нитраты «уплывают» из корнеобитаемого почвенного профиля в более глубокие горизонты и становятся недоступны растениям.

Такая разница между этими двумя формами азота скорее плюс в управлении азотным питанием. Когда нужно немедленно подкормить растение, вносится нитратный азот. Яркий тому пример – ранне-весенняя подкормка озимой пшеницы. Здесь может работать только нитрат, поскольку аммонийный азот неэффективен из-за своего очень долгого превращения. Ведь рано весной температуры низкие, микроорганизмы еще не работают и процесс превращения аммония в нитрат длится около 5–6 недель.

Или же другая ситуация: посев кукурузы. Для этого растения азот очень важен, но он будет особенно необходим ему, когда кукуруза войдет в фазу 3–4 листа, то есть примерно через месяц. В это время у кукурузы начинается формирование репродуктивных органов и резко возрастает потребность в азоте. В этом случае при посеве необходимо вносить «долгий» азот: аммонийный или амидный. Такая форма максимально удовлетворит потребности культуры и не будет вымываться из почвенного профиля до появления 3-го листа. Так, посев кукурузы с карбамидом в норме 100–120 кг/га – это обеспечение растения азотом практически до стадии окончания формирования початка – до 8–9 листа. В наше время производят карбамид с ингибиторами (замедлителями) уреазы, то есть процесс нитрификации идет еще медленнее и азот высвобождается более плавно, постепенно питая культуру.

Есть еще один способ обеспечить азотное питание яровым культурам – это внесение аммонийного азота осенью, когда температура почвы опустилась ниже +5°С. Удобрение вносится осенью, связывается с почвенными коллоидами и благодаря тому, что микроорганизмы уже не работают, сохраняется до весны в той же форме. Весной осуществляется посев культуры и при наступлении активных температур аммоний под воздействием микроорганизмов становится нитратом, а в результате растения питаются готовым азотом.

СПОСОБЫ ПОТЕРИ АЗОТА

Улетучивание азота из мочевины. Мочевина, внесенная в почву или на растительные остатки, реагирует с водой и с помощью энзима уреазы быстро превращается в аммоний, а затем в аммиак. Так как аммиак – это газ, то он улетучивается в атмосферу. Если аммоний захватывается частичками почвы, тогда он удерживается в ней и не улетучивается. Поскольку реакция преобразования мочевины в аммоний – это ферментная реакция, соответственно скорость преобразования возрастает при повышении температуры. Следовательно, внося карбамид в виде гранул в почве, обязательно следует заделывать его, дабы избежать потери азота в виде улетучивания.

Потери азота при вымывании. Выщелачивание – это процесс вымывания растворимого нитрата с водой. Количество вымываемого азота зависит от свойств почвы и способности удерживать воду. Глинистые и суглинистые почвы имеют высокую водоудерживающую способность в отличие от песчаных. Улучшение структуры почвы, обогащение ее органикой, бесспорно, уменьшает количество вымываемых нитратов. Когда макропоры созданы, вода проникает в почву самотеком, перемещаясь через поры вертикально вниз и распространяясь горизонтально.

Для почв с легкой текстурой, которые не способны удерживать воду, азотное удобрение может быть внесено непосредственно перед посевом или в качестве подкормки в период самого активного роста. Внесение азота должно быть проведено вовремя, во избежание вымывания из зоны развития корней.

В районах, где в период вегетации количество дождей невелико, соответственно, вышеуказанная проблема не является актуальной. Однако в районах с большим количеством осадков время проведения подкормки является критичным.

Денитрификация – это процесс потери азота из почвы, с помощью которого анаэробные почвенные бактерии (бактерии, способные к жизни без кислорода воздуха) утилизируют кислород нитрата (NO3), для поддерживания своих жизненных процессов. Процесс денитрификации – это превращение готового запаса нитрата в различные формы азота, которые могут быть утрачены в атмосфере. Процесс денитрификации можно отобразить следующей схемой: 2NO3→2NO2→2NO→N2O→N2 .

Чтобы уменьшить потенциальные потери азота вследствие денитрификации, необходимо синхронизировать время внесение азота с фазой его максимального потребления.

Иммобилизация – «связывание» азота микроорганизмами для своего роста и размножения. Такой процесс происходит, например, при внесении в почву значительной массы растительных остатков. В результате иммобилизации азота использование его растениями заметно снижается, что приводит к уменьшению урожая.

Через корни и листья. Прежде чем вносить удобрения, необходимо учесть, что растение может усвоить элементы питания в больших объемах лишь с помощью корневой системы. Внекорневая подкормка наиболее эффективна, но это лишь вспомогательный способ применения удобрения, а не основной.

В настоящее время азот из удобрений поступает к растениям в трех формах: нитратной, аммонийной и амидной. Нитратные удобрения быстрее проникают в растения из-за своей «доступности», в то время как аммиачные должны пройти процесс нитрификации. Припосевное внесение удобрений под озимую пшеницу заключается в фосфорном и калийном кормлении. Таким элементам необходимо время для перехода в растворимые, доступные формы, притом азот может быть аммонийным или же амидным. В это время не столь важна форма азота: по той причине, что во время посева температура почвы достаточна для работы микроорганизмов, которые преобразуют одну азотную форму в другую.

Степень и скорость усвоения элементов питания из удобрений через лист значительно выше, чем при усвоении из удобрений, внесенных в грунт

К тому же осенью азот для пшеницы играет не самую важную роль. Его количество может составлять не более 20% от общей потребности. Задача первичной корневой системы пшеницы – закрепить растение в почве. Первые корешки практически не питают растение, оно кормится за счет эндосперма зерновки. А вот вторичная корневая система – это механизм, который снабжает растение элементами питания. К моменту, когда у пшеницы закладывается вторичная корневая система, проходит 30–40 дней от посева, и за это время амидная и аммонийная формы успешно станут нитратной.

В осенний период азот вносится только на легких и слабогумусированных почвах; после плохого (по выносу питательных веществ из почвы) предшественника; если нет достаточной густоты стеблестоя; а также при заделке в почву большого количества соломы и растительных остатков. Во всех других случаях озимые зерновые имеют достаточное количество азота для своего развития осенью.

Максимальное потребление азота растениями происходит в период их бурного роста, например, у озимой пшеницы это фаза кущения–выхода в трубку. Весной, когда содержание доступного азота в почве практически равно нулю, необходимо обеспечить наличие нитратной формы азота в почве. Применяя аммиачную селитру в фазе кущения весной, можно полностью компенсировать потребность культуры в азоте. Из-за присутствия в этом удобрении двух форм азота, нитратной и аммонийной, растение получает немедленное питание с помощью нитратной формы – NO3, а по прошествии 2–3 недель уже может стать доступной аммонийная (NH4) форма, которая и продолжит питание культуры. Альтернативой селитре в этой фазе выступает жидкое удобрение КАС (карбамидо-аммиачная смесь, N-28 или N-32), в состав которого входит нитратная форма, аммонийная и амидная.

В стрессовых ситуациях (низкие температуры, заморозки, недостаток влаги и т. п.) усвоение элементов питания корневой системой является недостаточным, а это замедляет темпы роста и развития. В условиях низких температур они не полностью усваиваются даже при оптимальном количестве в почве доступных соединений макроэлементов и влаги. Особенно снижается способность усвоения корневой системой азота. Часто критические периоды потребления макро- и микроэлементов в зерновых наступают в фазе выхода в трубку–колошения. Вследствие интенсивного нарастания вегетативной массы запасы легкодоступных элементов питания из грунта исчерпываются или их усвоение «не успевает» за темпами роста растений. Особенно это заметно в годы с холодными ночами.

В такой ситуации растению можно помочь внекорневыми (листовыми) подкормками.

Степень и скорость усвоения элементов питания из удобрений через лист значительно выше, чем при усвоении из удобрений, внесенных в грунт. Но объемы усвоения элементов через листья ограничены. Быстрее всего листья усваивают азот. Молекула карбамида, попадая на лист растения и проникая внутрь, начинает работу даже при пониженных температурах, так как для этого процесса не нужно присутствие микроорганизмов. Даже небольшое количество карбамида (8–10 кг д.в./га) может заставить растение запустить механизм образования урожая ранней весной, даже если корни не могут еще питаться нитратным азотом из почвы. Такой «обман» принуждает пшеницу к продолжению кущения и закладыванию колоса.

Еще одна ответственная за прибавку урожая фаза – флаговый лист. Длится эта фаза всего 7 дней, но за это время пшеница может увеличить свой потенциал до 25%. Однако необходимо соблюсти одно условие: растения должны быть «накормлены». Здесь действует принцип: чем быстрее, тем лучше. Это должен быть либо нитрат через корни, либо амид через листья. Аммоний в данном случае не сможет быть полезен из-за слишком долгого превращения в доступную форму. А ведь у агрономов в распоряжении всего 7 дней! Проводить опрыскивание раствором карбамида в этот период можно совместно с фунгицидной или инсектицидной обработкой. Как только агроном определит наступление фазы 41 (появление флагового листа), есть 7 дней до ее окончания, чтобы увеличить урожайность. В этой фазе у пшеницы закладываются дополнительные цветы, поэтому вместо трех их в колоске может быть пять, а это дополнительные зерна в колосе. Окончание фазы флагового листа определяем по выходу остей колоса. К этому моменту работа по внесению раствора карбамида должна быть завершена.

Следующее опрыскивание нужно планировать уже в фазе 71 – когда идет налив зерна. В это время формируется зерновка и растение откладывает запасные вещества в зерно. Чем больше оно «отправит на хранение», тем больше хранилище (в данном случае зерновка). Можно с помощью азотных подкормок увеличить как натуру зерна, так и его качественные показатели. Опять же, раствор карбамида в это время можно совмещать с инсектицидной обработкой (против пьявицы, клопа черепашки, трипсов, иногда и жука-кузьки), чтобы уйти от дополнительных проходов опрыскивателя по полю.

Если говорить о листовой подкормке, то карбамид – наилучшее из азотных удобрений для этой цели. Он интересен своей особенностью проникать в растение через листовой аппарат практически в том же состоянии, без распада на ионы. Внесение раствора мочевины, даже в повышенных концентрациях, в отличие от других азотных удобрений не вызывает ожогов у растений и способствует повышению содержания белка и клейковины в зерне.

Листовую подкормку карбамидом целесообразно сочетать с внесением серы и магния, микроэлементов и (или) пестицидов. В результате уменьшается стрессовое влияние средств защиты растений на культурное растение, повышается эффективность их действия. Опрыскивать посевы рекомендуется в облачную погоду и при хорошей влажности грунта, лучше всего вечером или утром. Удобрение карбамидом можно осуществлять практически при всех опрыскиваниях фунгицидами и инсектицидами, если нет предостережений в регламенте применения пестицидов. Добавление к рабочему раствору карбамида повышает пропускную способность кутикулы листа, что способствует проникновению в растение пестицидов, усиливает их эффективность, облегчает усвоение через листву других элементов питания.

ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ

Общее количество азота для культуры зависит от плановой урожайности. То есть рассчитывать потребность в удобрениях следует из того, насколько большой урожай запланирован. Зная, что для образования 1 тонны зерна пшеница потребляет 20–25 кг азота в действующем веществе, рассчитывается общее количество азотных удобрений, которые необходимо внести на протяжении всей вегетации пшеницы. К примеру, если запланирована урожайность 5 т/га, для получения такой урожайности необходимо обеспечить посеву около 100 кг азота в действующем веществе. Конечно же, необходимо подкорректировать это количество с учетом наличия азота в почве предшественника и внесенных ранее удобрений и внести разницу. Известно, что во время осеннего кущения до ухода в зиму озимая пшеница потребляет не более 20% азота от общего количества. До стадии выхода в трубку – 50% – до выброса колоса.

Если вносить фосфор, калий в туках одновременно с посевом (например, с аммофосом или нитроаммофоской, в которых содержится небольшое количество аммонийного азота), практически полностью обеспечивается потребность в азоте на осенний период. Кроме того, растения еще смогут пользоваться минерализованным азотом из органического вещества почвы. Оставшиеся 80% азота вносится в весенний период. При этом приоритетно дробное внесение. Для этого есть несколько причин: во-первых быстрое видоизменение азота в почве и, как следствие, его недостаток; во-вторых, дробное внесение гарантирует поступление азота в те фазы, когда растениям он особо необходим. Небольшие дробные дозы азотных удобрений в каждой определенной фазе способствуют своевременному обеспечению растения азотом и повышению урожайности. К тому же метод дробного внесения азота сводит практически к нулю его потери.

Оптимальной является та доза, при которой можно получить максимальный экономический эффект от выращивания культуры и наивысшее качество урожая без отрицательного влияния на окружающую среду. В зависимости от способа внесения тех или иных удобрений варьируются и дозы этих удобрений. Сельхозпроизводители на практике давно определили, какие дозы азотных удобрений не причиняют вреда растениям, таким образом исключается возможность потерь. Так, работая с жидкими удобрениями, например, КАСом, используется метод полива, то есть весной в фазе кущения производится полив пшеницы крупной каплей специальными форсунками в норме 100–120 л/га (130–160) кг/га. Когда пшеница входит в фазу трубкования или флагового листа, полив заменяют на опрыскивание обычной форсункой и вместо КАСа используется раствор карбамида. На 150 литров рабочего раствора добавляется 20 кг карбамида в физическом весе. Такая подкормка всегда совмещается с той операцией, которая запланирована на пшенице: будь то инсектицидная или фунгицидная обработка.

Форма удобрения. Этот фактор имеет колоссальное значение в получении или неполучении высокого урожая. Ошибившись с формой азота, можно не только потратить впустую средства на приобретение и внесение не того удобрения, но и упустить выгоду от применения «правильного» удобрения и возможность получить прибавку урожая от той формы азота, которая сгенерировала бы прирост урожая. Пример: ранневесеннее внесение карбамида методом разбрасывания – это ошибка, которая приведет к недополучению урожая. Весной по кущению пшеницы – только «быстрый» азот, а это нитратная форма, то есть селитра, КАС. И тут в силу вступает еще одно правило.

Время внесения. В момент внесения удобрений культура не должна нуждаться в азоте, но должна быть способна быстро его использовать, что сведет потери азота к минимуму. Другими словами, культуре нужно уже проснуться от зимней спячки, но при этом она не должна еще испытывать голода. Бесспорно, и погода, и технические возможности производственника вносят свои коррективы в процесс подкормки культуры. Но речь о том, как угодить культуре, помочь выйти ей на максимальный потенциал урожайности. Изыскав для этого возможности, появится понимание, как уходить от неблагоприятных факторов, снижающих урожай. Анализируя провалы, можно с уверенностью сказать, что это не всегда погода, а на 80% неповоротливость, затягивание с обработкой, неорганизованность процесса или отсутствие ресурсов.

Поздно – значит мало. У пшеницы, как у культуры, у которой формирование составляющих урожая идет в каждой конкретной фазе, есть еще одно правило. Зная то, что внести азот нужно обязательно в фазе кущения, внесение в фазе трубки – это потеря максимальной выгоды. Пшеница не погибнет, но она снизит свой потенциал, даже если внесена большая доза азота. Просто этот азот не сможет в фазе трубки сделать то, что он мог бы сделать в фазе кущения. Попросту это означает, что опоздав на несколько дней, сельхозпроизводители не только недокармливают растение, но и теряют средства на непродуктивное внесение уже не столь актуального удобрения.

АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ АЗОТА

Поскольку минеральные азотные удобрения стоят на сегодняшний день весьма дорого, сельхозпроизводители находятся в постоянном поиске дополнительных источников азотного питания, позволяющих сократить эту статью затрат.

Пожалуй, самый известный способ уменьшить расходы на минеральные азотные удобрения – ввести в севооборот бобовые культуры. Такие культуры как горох, соя, люцерна, клевер, эспарцет, люпин и т. д. являются генераторами азота в севообороте. Благодаря симбиозу с клубеньковыми бактериями они на 75% (а некоторые больше) обеспечивают себя азотом. Кроме того, после уборки бобовой культуры весь азот, который зафиксировался в клубеньках, минерализуется и становится доступным следующей культуре. Я называю этот процесс удобрения из воздуха. Ведь известно, что горох, соя, конские бобы оставляют после себя от 40 до 90 кг азота в действующем веществе на 1 га.

Обеспечить дополнительное азотное питание поможет и применение в севооборотах культур с разноглубинным залеганием корневых систем. Нитратный азот, который растения не успели усвоить, вымывается в более глубокие слои почвы. Так вот, чередование культур, у которых неглубокое залегание корневых систем (зерновые колосовые), с теми культурами, корни которых уходят глубоко (подсолнечник, свекла), обеспечивают потребление питательных веществ на разных горизонтах, тем самым дают культуре дополнительный источник питания и не истощают верхний слой.

Обогащению почвы питательными веществами способствуют также сидераты. Они высеваются не для получения урожая, а с целью улучшения состояния почв, очищения от сорной растительности, разуплотнения. Сидераты сеют, как правило, после уборки озимой культуры и занимают поле до ухода в зиму.

Еще один, к сожалению, малознакомый помощник сельхозпроизводителей – микориза. Это древовидный гриб, который распространяется в почве при помощи мицелия. Он очень любит селиться на злаковых и бобовых растениях. К сожалению, микориза не выживает при интенсивных механических обработках. Это удивительная природная система, которая не только является проводником питательных веществ, но и служит регулятором водного баланса растений. Если на почвах живет микориза, то растениям не страшна даже засуха!

Поддерживать наличие большого количества органического вещества в почве сельхозпроизводителям также выгодно, поскольку чем выше содержание гумуса, тем больше азота может минерализоваться. В теплый период времени, когда микроорганизмы активны и процесс преобразования органического азота в минеральный протекает быстро, можно считать, что 1% гумуса равен 15 кг нитратного азота на 1 га. Соответственно, в 3% 45 кг д.в. азота. Это хороший стимул увеличивать содержание гумуса в почвах. Если посчитать, сколько стоит в денежном выражении гумус, получится интересная цифра. Так, 1 кг д.в. азота в пересчете на стоимость минеральных удобрений на сегодняшний день стоит около $1,4 (или 18,2 грн), соответственно, на гектаре это $63 (819 грн). Если перевести это в удобрения, получается, что органическое вещество почвы ежегодно дает нам в кредит 170 кг аммиачной селитры или 125 кг карбамида на каждом гектаре. Но необходимо помнить: этот ресурс не безграничен. Кредиты нужно возвращать! Потребительское отношение может обойтись очень дорого в будущем.

Растительные остатки – еще один источник питания. Разлагаясь, они высвобождают питательные вещества – сначала для микробов и грибов-сапрофитов, а затем для растений.

Не стоит забывать и про органические удобрения. В хозяйствах, которые, кроме растениеводства, имеют еще и развитое животноводство, важным источником улучшения азотного режима почв является использование различных видов органических удобрений.

Елена Дудкина, ведущий агроном-технолог холдинга «Агро-Союз»

Опубліковано в журналі “Агроном”, 2014