Избыток азота: Как понять, необходимы ли растению удобрения? — Удобрения AVA

Разное
alexxlab

Содержание

Как понять, необходимы ли растению удобрения? — Удобрения AVA

Первым критерием здоровья растения является его внешний вид. Поникшее растение вне сезона  при  соблюдении режима поливки – важнейший сигнал недостатка  того или иного элемента в питании растения. Обследование внешнего вида растения позволит понять и скорректировать уход: режим, подкормку и меру полива.

Основные признаки нехватки минеральных веществ в почве таковы:

медленное  развитие растения;

хрупкие побеги;

отсутствие или задержка предполагаемого цветения;

окраска листьев меняется;

на листьях присутствуют нехарактерные пятна;

низкая сопротивляемость растения к болезням  и вредителям;

отмирают и опадают нижние части растения;

 

Признаки избытка, перенасыщения почвы минеральными веществами определяются по следующим признакам:

листья начинают увядать, не теряя окраски;

рост растения замедляется;

засыхают кончики листьев;

стебли становятся очень хрупкими и ломкими;

при поливе на поверхности почвы может проявиться белый налет;

 

Недостаток конкретных минералов и микроэлементов проявляется у большинства  видов  растений одинаково:

Недостаток азота — рост растения задерживается, листья мельчают и  светлеют.

Недостаток калия — листья закручиваются по краям и вначале имеют желтоватую кайму, которая потом становится коричневой и засыхают (так называемый «краевой ожог»).

Недостаток фосфора — листья имеют  красный, фиолетовый или тёмно-зелёный оттенок, при засыхании сразу чернеют, замедляется рост побегов и корней, задерживается цветение.

Недостаток магния — на листьях появляются светло-зеленые пятна, листья бледнеют, возможен мезжилковый хлороз.

Недостаток кальция  — верхушечные почки и корни отмирают.

Недостаток меди — кончики листьев белеют.

Недостаток  бора — верхушечные почки и корни отмирают, цветки и завязи опадают.

Важно понимать, что избыток так же вреден, как и недостаток. Если удобрения  уже  вносились в почву, существуют признаки перенасыщения растения микроэлементами:

Избыток азота — листья имеют темно-зеленый цвет, происходит бурный рост зеленой массы растения;

Избыток фосфора — на листьях появляется мезжилковый хлороз.

Избыток калия – происходит замедление роста растения,  листья приобретают более темный оттенок, новые листья заметно мельчают.

Избыток магния — начинают слабеть и отмирать корни растения.

При подкормке и питании  растений необходимо учитывать их видовые биологические особенности. Например, в фосфорных и калийных удобрениях чаще нуждаются цветущие растения, травянистые, декоративные —  в азотных. Кроме того, питание растений происходит по сезонам с учетом вида почв и наличия влаги. И если все условия учтены, что на самом деле, не так и сложно, то внешний вид растений и урожай всегда радует глаз!

 

Основные элементы питания растений

Фосфор — основной элемент полноценного питания  растений. Он обеспечивает энергетические процессы в клетках и мембранах. Фосфор находится в составе нуклеопротеидов – основной части клеточного ядра растения.

Перед началом периода цветения необходимость в фосфоре особенно возрастает. Удобрения, в составе которых имеется этот элемент, по сути, являются стабилизаторами роста корневой системы. Они ускоряют процессы роста и корневой системы и самого растения. К минеральным фосфорным удобрениям относят: фосфоритную муку, суперфосфат и др.

Калий — наиважнейший элемент , благодаря которому  растение усваивает углекислоту из воздуха. Калий   участвует в азотном обмене. Кроме того он способствует питанию водой протеинов в клетках. Калий особенно важен цветущим растениям или растениям в период цветения. Известно, что при недостатке калия на них не образуются цветки, либо они очень мелкие. Кроме того, при нехватке калия в питании растения  чаще подвергаются различным грибковым заболеваниям. В случае, если растение ослаблено и подвержено грибковым заболеваниям, а также к неблагоприятным условиям окружающей среды, рекомендуются подкормки калийными соединениями. К калийным минеральным удобрениям относят: сернокислый калий, 40%-ная калийная соль, хлористый калий, гумат калия и др.

Азот важнейший элемент, находящийся  в составе соединений, на основе которых строится растительный белок. Азот — кирпичик хлорофилла, вещества, играющего важную роль в фотосинтезе растений, в его внутреннем энергообмене. Азот особенно необходим листьям растений. При недостатке азота листья мельчают, становятся бледно-зелеными, а затем желтеют. Для насыщения растений азотом применяют азотные минеральные удобрения: сульфат аммония,  аммиачная селитра и другие. Кроме того, удобрения органические: навоз или навозная жижа – также способны напитать почву азотом.

Магний напрямую участвует в фотосинтезе растений и входит в состав хлорофилла. Благодаря магнию листья растений имеют здоровый зеленый цвет, соответствующий  виду растений. Это важнейший элемент жизнедеятельности растений. При недостатке магния в питании растения  возникает мезжилковый хлороз — на листовой пластинке между продольными жилками начинается пожелтение. Сначала мелкие пятнышки увеличиваются в размерах до  широких полос, при этом сами жилки остаются зелеными. Затем лист становится оранжевым или красноватым, буреет и отмирает.

Железо — элемент, играющий важную роль в процессе дыхания растений и в синтезе хлорофилла. У растений при недостатке железа развивается полный хлороз, (даже не частичный, как при недостатке магния или кальция),  когда вся поверхность листа постепенно принимает бледно-зеленую окраску, а потом становится почти белой.

Медь сопровождает самые важные в жизни растений процессы — дыхание, углеводный и белковый обмены, повышает сопротивляемость растений к различным грибковым болезням. При недостатке меди задерживается рост корневой системы и рост самого растения, на листьях появляются светлые пятна.

Цинк участвует в синтезе растительных белков, углеводов и других важных  биологических процессах растения. При недостатке цинка в питании растений страдают, прежде всего, листья – они становятся мелкими, а нижние могут совсем отмирать и осыпаться.

Марганец необходим в физиологических процессах растения.

Он участвует в  фотосинтезе, синтезе растительных белковых веществ и жиров. Его недостаток вызывает сильную пятнистость листьев, а рост растения приостанавливается.

 

Удобрения: проблемы и решения

В начале ХХ века немецкие химики Фриц Габер и Карл Бош разработали метод получения азота из воздуха и смешивания его с водородом. Это окажется одним из величайших научных достижений века.

Вместе эти два элемента образовали жидкий аммиак, ключевой ингредиент синтетических удобрений, который приведет к беспрецедентному развитию сельского хозяйства и поможет накормить быстрорастущий мир.

Но есть и обратная сторона. За последние 100 лет количество антропогенных соединений азота в воде, почве и воздухе увеличилось вдвое. Этот рост во многом обусловлен широким использованием синтетических удобрений.

Азот необходим для жизни на Земле, но его чрезмерное количество опасно, т.к. он является загрязнителем и отравляет водоемы, растения, животных и людей, способствуя изменению климата из-за выбросов сильного парникового газа – закиси азота.

Хотя широкому кругу людей об этом почти неизвестно, эксперты называют избыток азота одной из самых серьезных угроз загрязнения, с которыми сегодня сталкивается человечество.

Фото: Эрик Вэнс

Проблемы

В начале ХIX века в природе почти не было антропогенных соединений азота. Однако спустя годы после прорыва Габера-Боша его уровень благодаря массовому потреблению синтетических удобрений, производству боеприпасов и сжиганию ископаемого топлива, при этом оба создают химически активные формы азота, начал стремительно расти.

По данным Межправительственной научно-политической платформы по биоразнообразию и экосистемным услугам (IPBES), стоки питательных веществ с ферм, приправленные синтетическими удобрениями, отрицательно повлияли на наземные экосистемы. Но больше всего пострадали пресноводные и морские воды. Примерами могут служить периодическое цветение водорослей в озере Эри или лишенные водной флоры и фауны «мертвые зоны» в Мексиканском заливе.

Под угрозой оказалось и здоровье человека. Выбросы аммиака в сельском хозяйстве смешиваются с загрязнением транспортными выхлопными газами, создавая в воздухе опасные твердые частицы и обостряя респираторные заболевания, включая КОВИД-19. По результатам исследования, загрязнение воздуха может стать причиной увеличения смертности, связанной с заболеванием КОВИД-19, на 15 процентов.

Для того, чтобы остановить волну загрязнения азотом, правительства, компании и международные организации, включая Программу ООН по окружающей среде (ЮНЕП), совместно с учеными работают над исследованием угроз от использования азота и повышением информированности об этом.

С этой целью почти год назад государства-члены ООН одобрили Коломбскую декларацию об устойчивом управлении азотом, цель которой – сокращение азотных отходов вдвое от всех источников к 2030 году.

Кроме того, недавно ЮНЕП учредила глобальную кампанию «Сократить вдвое азотные отходы», подчеркнув тем самым, что повышение эффективности использования азота не только способствует достижению целей в области борьбы с изменением климата, защиты природы и здоровья человека, но также дает миру возможность сберечь 100 миллиардов долларов США в год (оценка основана на половине стоимости мировых продаж синтетических удобрений).

Как выявить недостаток или переизбыток элементов питания у растения?

Как выявить недостаток или переизбыток элементов питания у растения? ⬇️⬇️⬇️

АЗОТ
Нехватка азота выливается в резкое замедление роста, обесцвечивание листовых пластинок с последующим их отмиранием. Цветущее растение начнет сбрасывать цветки и бутоны.

Избыток азота проявляется в резком скачке ростовой активности в ущерб цветению. При этом может сформироваться как обилие коротких побегов, так и чрезмерно длинных.

ФОСФОР
При нехватке фосфора отмечается задержка роста и общего развития растения. Цветущие культуры перестают цвести, либо период цветения наступает существенно позже. Не будут завязываться плоды, либо это произойдет с большим опозданием от нужных сроков. На листочках нехватка фосфора отразится красновато-фиолетовыми пятнышками, а краешки листьев станут желтоватыми.

КАЛИЙ
При его нехватке первыми желтеют края листовых пластинок, после чего они начинают буреть и заворачиваться наружу, после чего опадут.
При излишке калия в почве на листочках можно видеть осветленные участки. Отмечается общее ослабление ростовой активности, в том числе плодов.

КАЛЬЦИЙ
Нехватка отражается на молодых побегах : они начинают деформироваться, обесцвечиваться, покрываются пятнами серого цвета и прекращают рости.
При переизбытке кальция на листьях можно заметить пятна, в середине которых начинает отмирать ткань, и одновременно начнет отмирать и корневая система.

МАГНИЙ.
При его нехватке начинают скручиваться листовые пластинки, после чего их края желтеют и отмирают. Корни практически не растут.
Избыток — вызывает практически полное отмирание корневой системы.

ЖЕЛЕЗО
Его довольно часто не хватает в почве комнатных растений. В этом случае листовые пластинки, за исключением прожилок, начинают бледнеть.
При избытке листочки напротив темнеют, а корни и сами растения практически останавливаются в развитии.

СЕРА
Нехватка в почве серы приводит к обесцвечиванию листовых пластинок, они становятся желтыми, но не опадают.
При избытке серы листочки не только желтеют, но и деформируются, после чего становятся бурыми и опадают раньше времени.

Коротко о МИКРОЭЛЕМЕНТАХ:
МЕДЬ.
Ее нехватка приводит к засыханию концов листовых пластинок, после чего листочки вянут, что негативно отражается на росте.
Избыток меди приводит к возникновению на листочках буроватых пятен и последующем их отмирании.

БОР.
При нехватке бора отмирают корни, верхушечные почки, листочки, растения не цветут и практически не растут.
Избыток бора приводит к появлению бурых пятен преимущественно на старых листочках.

МАРГАНЕЦ.
Недостаток марганца вызывает обесцвечивание листовых пластинок и образование на их поверхности пестрых пятен. Общий рост растений замедляется.
Избыток марганца вызывает образование на листовых пластинках хорошо заметных бурых пятен. При сильном избытке марганца листочки, также как и при недостатке этого микроэлемента, могут опадать раньше времени.

⬇️ВЫВОД:
Если речь идет о недостатке какого-либо элемента, то достаточно просто и внести нужное удобрение в грунт в строгом соответствии с инструкцией на упаковке.
Если же речь идет о переизбытке , то самый лучший вариант спасти растение, это пересадить его в новый, свежий грунт.

Азот | справочник Пестициды.ru

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.[7]

Азот

Азот


Использовано изображение:[10]

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.[6]

Азот – бесцветный газ, не имеющий запаха.

  • Температура кипения – 195,80 °С,
  • Температура плавления – 210,00 °С.

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.[3]

Содержание в природе

Общее содержание азота в литосфере 1 х 10-2 % по массе. Наибольшая часть данного химического элемента находится в атмосфере в свободном состоянии. Он является главной составной частью воздуха. В атмосфере земли азот составляет 75,6 % по массе и 78,09 % по объему.

В связанном состоянии азот встречается повсеместно: в воздухе, водах рек, океанов и морей. В земной коре образует три основных типа минералов, отличающихся входящими в их состав ионами, – CN, NO3 и NH4+.

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.[3]

Круговорот азота в природе

Круговорот азота в природе


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.

содержат 0,1–0,16 % азота. Количество минеральных соединений (обменно-поглощенного аммония и нитратов) мало – оно не превышает 1–3 % общего содержания данного элемента.

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:[2]

Глубина взятия образца,

см

Гумус,

%

Общий азот,

%

Запасы общего азота,

т/га

Фиксированный аммоний

мг/кг                % от общ. N

Среднесуглинистая почва на моренном суглинке

4 — 20

2,45

0,179

6,4

51,2

2,9

30 — 40

0,69

0,064

1,4

41,4

6,5

55 — 68

0,32

0,054

2,8

44,0

8,2

90 — 100

0,20

0,031

3,5

33,8

10,9

165 — 175

0,07

0,025

2,3

40,4

16,2

Легкосуглинистая на лессовидном суглинке

2 — 18

1,69

0,119

3,1

46,0

3,9

30 — 40

0,81

0,091

3,7

42,5

4,7

55 — 65

0,51

0,056

3,8

44,0

7,9

102 — 114

0,28

0,320

1,7

37,3

11,7

140 — 150

0,22

0,036

4,7

43,0

11,9

Связнопесчаная, подстилаемая моренным суглинком

5 — 15

1,30

0,070

2,2

14,5

2,1

25 — 35

0,48

0,039

1,2

11,8

3,0

50 — 65

0,14

0,014

0,6

1,7

1,2

80 — 100

0,14

0,021

1,6

18,4

8,8

140 — 150

0,07

0,013

1,1

24,5

18,9

отличаются повышенным содержанием азота. С увеличением гидроморфности его содержание возрастает. Запасы валовых форм азота в метровом слое временно избыточно увлажняемых почв больше, чем в аморфных: в суглинистых – на 27 %, супесчаных – на 14 %, песчаных – на 11 %. Характерно, что с возрастанием степени гидроморфности почв доля минерального азота снижается, а трудногидролизуемого и легкогидролизуемого – возрастает.[1]. Общий запас азота в пахотном слое может достигать до 15 тонн на гектар.[2] наиболее богаты по содержанию азота – 2,5–5,2 %. Например, в пахотном горизонте (0–25 см) торфяно-болотных почв Беларуси содержание общего азота составляет 16–20 т/га, в верхнем горизонте может накапливаться до 300–500 кг/га минерального азота. Мелиорация торфяно-болотных почв способствует активизации процессов минерализации азота и уплотнения торфа.[1] Азотофиксирующие клубеньки бобовых

Азотофиксирующие клубеньки бобовых


1 – корни сои с клубеньками; 2 – схематичное изображение клубеньков

Использованы изображения:[13][9]

Биохимические функции

Химические соединения – источники азота

– основной источник азота для растений. Кроме того, растения способны усваивать и некоторые из растворимых в воде органических соединений азота: аминокислоты, мочевину, аспарагин.

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

– единственное соединение азота, поглощаемое из почвы, которое непосредственно используется для синтеза аминокислот. Аммиак в свободном виде может содержаться в тканях растений, но в незначительном количестве.

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:[5]

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,

Цвет нижних листьев — от бледно-зеленой  до зеленовато-желтой и ярко-желтой окраски,

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

вовлекаются в синтез аминокислот только после восстановления в тканях растения. Редукция нитратов до аммиака проходит уже в корнях. Этот процесс осуществляется с помощью флавиновых металлоферментов, с сопровождением изменения валентности атомов азота. При поступлении нитратного азота в растения в избытке часть его в неизменном состоянии доходит до листьев, где происходит восстановление нитратов.

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

Биосинтез аминокислот (аминирование)

(биосинтез аминокислот) осуществляется в результате взаимодействия аммиака с кетокислотами (пировиноградной, щавеллевоуксусной, кетоглуаровой и др.). Данные кислоты образуются в процессе дыхания при окислении углеводородов. Аминирование проходит с помощью ферментов.

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

Установлено, что уже через несколько минут после подкормки растений аммиачными удобрениями в их тканях обнаруживаются аминокислоты, синтезированные с использованием внесенного в 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.

заключается в отщеплении аминогруппы от аминокислоты с образованием кетокислоты и аммиака. Освободившаяся кетокислота идет на биосинтез углеводов, жиров и прочих веществ. Аммиак вступает в реакцию аминирования других кетокислот, образуя соответствующие аминокислоты. При избытке аммиака образуются аспарагин и глутамин.

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.[8]

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.[5]

Нарушение содержания азота в растениях

Нарушение содержания азота в растениях


1 – недостаток: хлороз, ослабление кущения, отставание в росте у пшеницы;

2 – избыток: увеличение вегетативной массы, яркая окраска листьев у табака.

Использованы изображения:[11][12]

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.[5]

Содержание азота в удобрениях, согласно данным:[1][4]

 Удобрение

Содержание азота

Нитратные удобрения

Натриевая селитра (нитрат натрия, чилийская селитра), NaNO3

16%

Кальциевая селитра, Са(NО3)2

13 — 15%

Аммонийные азотные удобрения

Сульфат аммония, или сернокислый аммоний, (NH4)24

20,5 — 21%

Хлористый аммоний, NН4Сl

24 – 26%

Аммонийно-нитратные удобрения

Аммиачная селитра

34,6%

Аммиачные удобрения

Безводный аммиак (NH3)

82,3%

Аммиачная вода (NH4OH + NH3)

20,5 и 18%

Амидные удобрения
Карбамид (мочевина) — СО(NН2)2

46%

КАС (карбамид — аммиачная селитра)

28; 30 или 32%

Медленнодействующие азотные удобрения

Карбамид с гумат содержащими добавками

46%

Сульфат аммония с защитным покрытием

20%

Карбамид с полимерным покрытием

не менее 42%

Сульфат аммония с полимерным покрытием

20%

Комплексные азотно-фосфорно-калийные удобрения

Для яровых зерновых культур и картофеля

N:Р2О52О = 16:12:20

Для озимых зерновых культур

N:Р2О52О = 5:16:3

Органические удобрения
Свежий навоз на соломенной подстилке

0,45 – 0,83

Полуперепревший подстилочный навоз

0,50 – 0,86

Торф

0,8 –  3,3

Навозная жижа

 0,26 – 0,39

Птичий помет

0,5 – 1,6

Подстилочный помет

1,6 – 2,22

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:

может содержать общего азота 0,45 – 0,83 %, белкового азота 0,28 – 0,35 %, аммиачного азота 0,14 – 0,20 %. В полуперепревшем подстилочном навозе содержится общего азота 0,50 – 0,86 %, аммиачного азота – 0,07 – 0,15%.

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.

– наиболее ценное азотно-калийное удобрение. Относится к быстродействующим. В среднем содержит от 0,26 до 0,39 % азота.

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.[4]

Способы применения азотных удобрений

Нитратные удобрения

Натриевая селитра (нитрат натрия, чилийская селитра) используется повсеместно на разных почвах и под все сельскохозяйственные культуры для основного и предпосевного внесения – как поверхностного, так и на подкормку.[8]

Кальциевая селитра для большинства растений равноценна натриевой селитре. Исключение – сахарная свекла и корнеплоды. В данном случае удобрение менее эффективно.[8]

удобрения (сульфат аммония, хлористый аммоний) – эффективность использования зависит от степени кислотности и буферности почв и биологических особенностей удобряемых культур. Применяется для основного и предпосевного внесения – как поверхностного, так и на подкормку.[8] – универсальное удобрение. Можно применять под любые культуры, на всех почвах перед посевом, как припосевное удобрение и на подкормку. Наиболее целесообразно использовать для подкормок озимых зерновых культур, пастбищ и сенокосов.[1]применяют как основное допосевное удобрение под все сельскохозяйственные культуры. Вносятся как весной, перед посевом, так и осенью.[1]предпочтительно вносить одновременно с немедленной заделкой в почву под предпосевную обработку, под яровые зерновые культуры, кукурузу. Не рекомендуется вносить в холодную погоду, ранней весной.[1]применяют для основного внесения и подкормок.[8]вносятся в высоких дозах один раз в два-три года. Обеспечивают питание азотом первой и последующих культур.[8]

В ТПУ изучают, как избыток азотных удобрений влияет на почву и грунтовые воды

В рамках исследования Евгения Солдатова планирует изучить влияние химических и микробиологических процессов на преобразование азота, начиная от поверхности до грунтовых вод, выявить источники поступления соединений азота в грунтовые воды, а также оценить возможные риски для населения. О том, что планируется сделать в ходе научных работ, ученый ТПУ рассказала корреспонденту газеты «За кадры».

Экологически чистое сельское хозяйство

Органические и неорганические азотные удобрения являются одними из наиболее широко используемых как промышленными агрохолдингами, так и частными хозяйствами. Зачастую такие удобрения применяются в избыточных количествах — растения просто не успевают усваивать весь азот, что приводит к его миграции через зону аэрации в подземные воды. При этом нарушение баланса химических элементов в различных средах и оболочках Земли ведет к нарастанию экологической напряженности. Особенно актуальна эта проблема, рассказывает Евгения Солдатова, в аграрных регионах, где широко развито сельское хозяйство. Основной риск для населения в данном случае связан с загрязнением грунтовых вод, которые часто используются в сельской местности для питьевых и бытовых нужд.

— Мой проект направлен на изучение механизмов миграции и трансформации соединений азота в системе «почва — подземные воды» на примере агроландшафтов района озера Поянху в китайской провинции Цзянси и агроландшафтов Томской области. С Китаем мы работаем достаточно давно. В провинции Цзянси, начиная с 2011 года, мы с коллегами из Восточно-китайского технологического университета и Китайского геологического университета проводили полевые работы по совместному изучению грунтовых и минеральных вод провинции. Изучение цикла азота для них является актуальной проблемой, так как провинция Цзянси — это аграрный регион с хорошо развитым сельским хозяйством, там выращивают рис, рапс, хлопок и другие культуры, занимаются животноводством и так далее. При этом с соединениями азота там наблюдаются явные проблемы. Например, самая большая концентрация нитратов, зафиксированная нами в грунтовых водах в тех местах, где мы брали пробы, — составляет порядка 200 мг/л, тогда как норма Всемирной организации здравоохранения для питьевых вод — 50 мг/л, — говорит ученый-политехник.

Евгения Солдатова добавляет, что на данный момент химический состав грунтовых вод уже достаточно хорошо изучен. Сейчас политехники планируют провести полевые работы и отобрать пробы комплексно — грунтовые воды вместе с почвой и породами зоны аэрации. Причем отбор проб как в начальный, так и в завершающий этап роста растений, чтобы отследить динамику процессов, происходящих с азотом в различные периоды существования агроценозов (искусственных экосистем, созданных человеком — ред.), выяснить, как на эти процессы влияет внесение удобрений, изучить формирование нетипичных условий геохимической среды. Полученные результаты будут способствовать оптимизации сельскохозяйственной деятельности.

Проблема в комплексе

Элементы геохимического цикла азота активно изучаются учеными из разных областей науки. Опубликовано довольно большое количество работ, посвященных обогащению соединениями азота подземных вод и почв, их преобразованию под влиянием жизнедеятельности микроорганизмов, идентификации источников азотного загрязнения, накоплен большой объем информации об изотопном составе соединений азота в различных веществах. При этом, несмотря на большое разнообразие исследований, они главным образом посвящены изучению поведения соединений азота в отдельных средах и субстратах (растениях, почвах, подземных и поверхностных водах — ред.).

— В то же время очевидной является необходимость рассмотрения системы «почва — подземные воды» как единого целого, так как формирование химического состава подземных вод, в частности их обогащение соединениями азота, начинается еще в почвенном горизонте. То есть внесение удобрений в почву и хранение отходов животноводства на поверхности земли может негативно влиять на состав подземных вод, особенно грунтовых. При этом грунтовые воды часто являются основным источником питьевой воды в сельскохозяйственных районах. Кроме того, в сельской местности не везде есть централизованная система канализации, а значит, бытовые стоки также могут попадать в подземные воды, обогащая их соединениями азота. В рамках нашего исследования отдельное внимание также будет уделено выявлению источников поступления соединений азота в подземные воды, — рассказывает Евгения Солдатова. Отметим, что для определения источников азота политехники планируют использовать изотопный анализ нитратов.

— Изотопный анализ нитратов ([delta]15N и [delta]18О) для выявления источников загрязнения подземных вод активно используют наши зарубежные коллеги. Для России этот метод достаточно нов, возможно, из-за того, что проблема нитратного загрязнения подземных вод для нашей страны не так актуальна, как, например, для Китая. Анализ будет проводиться в Гентском университете, в Бельгии. Мы уже сотрудничали с ними: я ездила изучать поставленную у них методику изотопного анализа нитратов и помогала проводить анализ, — поясняет Евгения Солдатова.

Ученый подчеркивает, что способ, который планируется использовать для выявления источников соединений азота, позволит также проследить некоторые процессы трансформации соединений азота, связанные, к примеру, с нитрификацией и денитрификацией.

В чем опасность?

Нитрат-ион характеризуется повышенной токсичностью для живых организмов и негативно воздействует на состояние здоровья человека. Нитраты, в свою очередь, способны преобразовываться в нитриты под действием фермента нитратредуктазы, а те, вступая в реакцию с гемоглобином крови, приводят к окислительным реакциям в организме. В итоге образуется метгемоглобин — форма гемоглобина, неспособная переносить кислород, что приводит к кислородному голоданию.

Также нитраты вызывают развитие вредной микрофлоры кишечника, что способствует попаданию токсинов в организм человека и интоксикации. Кроме того, нитраты могут негативно воздействовать на активность обменных процессов в организме и угнетать иммунную систему, понижая устойчивость организма к отрицательному воздействию факторов окружающей среды, вызывая, к примеру, частые простудные заболевания.

— Мое исследование поможет не только проанализировать процессы, происходящие с азотом в системе «почва — грунтовые воды», но и выявить конкретные источники поступления соединений азота в подземные воды. Кроме того, в проекте будет оценен риск развития неканцерогенных эффектов у населения исследуемых территорий при потреблении воды с повышенной концентрацией соединений азота и суммарный риск для здоровья людей с учетом собранной информации о химическом составе грунтовых вод. При его расчете будут приняты во внимание все потенциально опасные элементы, обнаруженные в изучаемых водах. По результатам оценки будет проведено картирование рисков с использованием ГИС-технологий, — подытоживает ученый.

Как уже говорилось ранее, пробы будут браться не только в китайской провинции Цзянси, но и в пределах агроландшафтов Томской области, с целью выявить, как на цикл азота влияют различные ландшафтно-климатические условия и интенсивность сельскохозяйственной деятельности. В Томской области пробоотбор планируется провести в районе тепличных комплексов, сельскохозяйственных полей или крупных садово-огородных товариществ. Конкретные участки пока не определены.

Дефициты питания овощных культур

Согласно медицинской статистике, на первом месте в ряду неблагоприятных факторов, вызывающих заболевания человека, находятся нарушения питания. То же самое мы наблюдаем в мире растений. Для овощных культур минеральное питание является ведущим фактором, определяющим их здоровье или болезнь. Полноценное, сбалансированное и достаточное питание – необходимое условие здоровья. Но если растения не получают полноценного питания, у них нарушается обмен веществ, что приводит к изменению их внешнего вида. Так возникают болезни обмена. Их чаще называют дефицитами питания, или неинфекционными болезнями. Неважно, недостает растениям одного или нескольких веществ, основные это элементы питания или микроэлементы, недостаточность и несбалансированность питания всегда проявляется как болезнь.

Чем опасны дефициты питания.

Неизбежным следствием любого дефицита питания является снижение урожая и пищевой ценности овощной продукции. Кроме того, неполноценное питание ослабляет растения, подрывает их иммунитет и способность противостоять грибным и бактериальным инфекциям. Поэтому за болезнями обмена обычно следуют инфекции и нашествие вредителей. Классическим примером связи между инфекцией и дефицитом питания является сухая гниль корнеплодов свеклы. Это заболевание способно обесценить практически весь урожай корнеплодов, а его истинной и легко устраняемой причиной является нехватка бора. Дефициты питания имеют слишком серьезные последствия, чтобы с ними можно было мириться. Их нужно вовремя распознавать и устранять.

Причины возникновения дефицитов питания.

Все элементы технологии узких гряд, с которыми мы познакомились в предыдущих публикациях — это рычаги воздействия на растения, посредством которых можно получить мощные, здоровые овощные культуры. Растениям предоставлено необходимое жизненное пространство и максимальная освещенность, и даже тепловой режим на узких грядах оптимизирован с помощью бортиков. Двухрядная посадка снимает конкуренцию между соседними растениями, а отсутствие на грядах сорняков освобождает овощи от более грозных, хорошо приспособленных к местным условиям конкурентов, которые с легкостью отнимают у культурных растений питательные элементы и угнетают их рост. Форма узких гряд и их строгая горизонтальность помогают обеспечить каждое растения влагой. Система питания на узких грядах призвана удовлетворить пищевые потребности культур и предохранить их от развития дефицитов. Она предусматривает сбалансированный состав питательных смесей, оптимальные сроки и кратность подкормок. В составе смесей 1 и 2 растения получают в общей сложности 7 важнейших элементов питания (азот, фосфор, калий, кальций, магний, серу, бор и молибден). Остальные элементы растения получают с помощью некорневого опрыскивания. Гарантирует ли соблюдение технологии от возникновения дефицитов питания овощных культур? Полной гарантии нет. Местные почвенные условия весьма разнообразны, а погодные условия сезона столь непредсказуемы, что иногда возникает необходимость корректировки стандартной схемы питания. Приведу 2 примера.

  1. Большое количество садовых участков в Подмосковье расположено на осушенных верховых торфяниках. Эта почва крайне бедна питательными элементами, поэтому богатые урожаи, получаемые на ней после перехода на технологию узких гряд, воспринимаются почти как чудо. Но у верхового торфяника есть одна особенность: это почва очень прочно связывает медь, поэтому у растущих на ней растений часто возникает дефицит меди. Чтобы кардинально и на долгие годы снять дефицит, перед тем, как разбивать огород, торфяник следует «прокупоросить»: внести на каждую сотку от 0,5 до 1,5 кг медного купороса.
  2. Вспомним лето 1995 г., его особенностью было чередование мощных «тропических» ливней и теплой солнечной погодой, которая наступала уже на следующее утро. Растения хорошо росли при таком режиме, но повсеместно, в том числе на узких грядах, отмечался дефицит калия. В отличие от азота, фосфора или магния, калий не входит с состав крупных молекул. Внутри растения он находится в низкомолекулярной форме, а потому легко вымывается при дожде из листьев. Из почвы калий не вымывается, и того количества калия, которое вносится с подкормочными смесями, хватает большинству огородных культур (только картофель «просит» добавки), но в данной ситуации корни просто не успевали вовремя восполнить образующийся дефицит и требовались дополнительное внесение калия.

Оба приведенных примера описывают возникновение дефицита на фоне соблюдения рекомендованного режима подкормок. Но на практике бывает, что огородники экономят подкормочные смеси, или частично заменяют смесь 2 настоями крапивы, сброженными травными настоями, а иногда, принимая всю геометрию посадок узких гряд и связанные с ней преимущества, по экономическим или идейным соображениям пользуются альтернативными системами питания. Для таких случаев, когда, питая растения, огородники действуют наугад, особенно важно уметь распознавать дефициты питания и научиться своевременно их восполнять. Врез Как узнать, получают ли наши овощные культуры все необходимое для роста и плодоношения или страдают от нехватки питания? У растений есть свой язык, на котором они заявляют о своих потребностях, нужно только научиться его понимать. Язык растения – это его внешний вид – рост и габитус растения; размер и окраска листьев; количество, размер и форма цветков и плодов и многое другое, на что необходимо обращать внимание, если мы хотим, чтобы наши труды получили вознаграждение в виде обильного урожая.

Признаки пищевого благополучия

Об этих растениях можно сказать, что они здоровы. Мы вправе рассчитывать, что они принесут высокий урожай полноценных овощей. Овощи, полученные от здоровых культур, обладают высокими вкусовыми качествами и большой питательной ценностью.

  • Полноценно питающиеся растения быстро растут, они крупные, без задержки переходят к цветению и плодоношению
  • Листья ярко-зеленые, крупные, правильной формы, эластичные, упругие, развернуты к солнцу. Они не имеют пятен, крапинок, сухих краев и кончиков, не желтеют и не опадают. • Стебли округлые и упругие, при сгибании не ломаются
  • Цветки – их много и они крупные; бутоны, цветки и мелкие завязи не опадают
  • Плоды – завязи не загнивают. Плоды имеют правильную форму, крупные, сочные, но не водянистые. Они ярко окрашены, с сильным специфическим запахом и сладкие
  • Корнеплоды – ровные, без разветвления, интенсивно окрашенные, сочные и сладкие
  • Кочаны – с хорошо развитой розеткой оберточных листьев, крупные, плотные, с эластичными листьями, сочные и сладкие

Острое голодание овощных культур

Острое голодание – это общая недостаточность питания, когда овощные культуры нуждаются как минимум в 6 или 7 питательных элементах: во всех макроэлементах (азоте, фосфоре, калии, магнии, кальции, сере), а также в наиглавнейшем микроэлементе – боре. Разве «молчат» эти страдальцы? Их вид «вопиет» к их хозяину о состоянии острого голодания, в котором они находятся. Это медленно растущие, чахлые растения с тонким жестким стеблем и бледноватой, пятнистой листвой. Эти овощи несъедобны – он пусты, безвкусны и могут быть токсичными, если участок расположен вблизи трассы или в зоне промышленных выбросов. Голодающие культуры отвечают усилением роста на любую подкормку основными элементами питания, будь то комплексное минеральное удобрение или травные настои, и, как правило, не отвечают на опрыскивание микроэлементами. Когда неопытный огородник видит, что состояние культур в ответ на подкормку улучшилось, у него создается впечатление, что дано достаточно питательных веществ. Потому и в дальнейшем он держат свои огородные культуры на грани выживания, подкармливая изредка. Голодающие растения приносят скудный урожай, практически лишенный питательной ценности. При «классической» технологии подкормки под перекопку вносится некоторое количество золы и пустого самодельного компоста, приготовленного из сорняков и пищевых отходов без всяких правил и хорошо промытого дождями. Кабачки и картофель удостоились дополнительно по ложке золы и компоста в лунку. Вид почвы и растений свидетельствует о крайнем истощении почвенного плодородия, об энергетической смерти почвы. Перед нами замкнутый круг – почве нечего дать растениям, а жалкие растения ничем не могут помочь умирающей почве. Специально перечислять признаки острого голодания едва ли целесообразно. Проще посмотреть на фотографии, и заменить все слова в приведенном выше описании пищевого благополучия на слова с противоположным значением. Но как разорвать этот замкнутый круг вырождения? Очень просто. Если на данной мертвой почве сделать узкие гряды и обеспечить овощным культурам минеральное питание,то в первый же год будет получен высокий урожай овощей, и одновременно здоровые растения начнут исцеление почвы. Органические вещества, выделяемые корнями мощных здоровых растений, привнесут в почву энергию солнца, что сделает возможным возрождение почвенной микрофлоры и увеличение численности дождевых червей. Это начало, а после уборки урожая богатые питательными элементами послеуборочные остатки можно переработать прямо на грядках с помощью препаратов ЭМ (эффективных агрономически полезных микроорганизмов).

Скрытое голодание овощных культур

Если одни растения обгоняют в росте соседние растения того же сорта, это верный признак скрытого голодания. На одной грядке можно видеть и хорошо развитые, доминирующие растения и угнетенные растения. Другим характерным признаком скрытого голодания служит сильное разрастание корневой системы у доминирующих растений. Третий признак – слабая реакция на опрыскивание микроэлементами. Когда не хватает основных питательных веществ, дефицит микроэлементов маскирован (точно так, как невозможно голодающего человека накормить витаминными препаратами). При скрытом голодании растения на первый взгляд могут выглядеть нормально, и только в сравнении с культурами, получающими хорошее питание, видно, что стебли отстают в росте, листья мельче и бледнее, плодов меньше и они мельче. У томатов нехватка питания иногда ведет к растрескиванию зреющих плодов с цветочного конца, к появлению плодов с впалыми боками, что особенно заметно на сливовидных сортах. Скрытое голодание – это мягкая форма общей недостаточности питания, когда культуры нуждаются в тех же в 6 или 7 элементах, что и при остром голодании (азоте, фосфоре, калии, магнии, кальции, сере, боре). Подкормка любым простым удобрением (азотным, фосфорным или калийным) не снимает проблему, более того, симптомы нехватки остальных элементов проявляются острее. Однако при внесении комплексного удобрения, содержащего только 3 основных элемента, состояние растений обычно меняется к лучшему. Врез Основными элементами питания называют знаменитую тройку «NPK» – азот (N), фосфор (P) и калий (K). Само название указывает на огромную роль азота, фосфора и калия в жизни растений и высокий уровень их потребления. Нехватка NPK – самая распространенная причина неурожая. Когда агрономы говорят о минеральных удобрениях, они имеют в виду именно NPK. Огородники, подкармливая растения, часто уделяют внимание исключительно азотным, фосфорным и калийным удобрениям. Но при всей значимости NPK длительное внесение только этой тройки элементов приводит к негативным последствиям. Со временем грунт закисляется и зафосфачивается; проявляются дефициты кальция, магния и микроэлементов; у растений нарушается обмен веществ, ухудшается качество плодов, в них накапливаются нитраты. Практика овощеводства на узких грядах показала: чтобы не накапливалось негативных последствий, чтобы из года в год получать высокие урожаи полноценных по составу овощей, с низким содержанием нитратов, нужно кормить растения сбалансированными смесями, содержащими все макроэлементы, и снабжать их микроэлементами. Скрытое голодание коварно. Дело не только в недоборе урожая и невысоком качестве плодов. Растения, испытывающие скрытый голод, находятся в постоянном стрессе, они чувствительны к любым неблагоприятным воздействиям. В разгар плодоношения они обычно заболевают, причем на голодающих растениях защита от инфекций не эффективна. На фоне скрытого голодания болезни развиваются быстро и неотвратимо губят урожай.

Дефицит отдельных элементов питания

Кроме тотального голодания, острого или скрытого, на практике возникают ситуации, когда торможение роста и плодоношения вызвано дефицитом 1–2 элементов питания. При этом извращается обмен, внешний вид растений меняется, возникают аномалии, специфичные для каждого отдельного элемента. Так как все элементы питания являются незаменимыми, нехватку одного элемента нельзя компенсировать избытком других. Нужно выявить лимитирующее вещество и устранить дефицит. Визуальную диагностику облегчает то обстоятельство, что все питательные вещества по их поведению в растении можно разделить на 2 группы.

  1. Легко реутилизируемые элементы питания. К ним относятся азот, фосфор, калий и магний. Когда их не хватает, они перетекают из старых (нижних) листьев к точке роста, в молодые листья, в цветочные кисти и плоды. Поэтому специфические признаки дефицита азота, фосфора, калия и магния ярче всего проявляются на старых листьях: на нижних ярусах огуречных и томатных плетей, на наружных листьях моркови, свеклы и других корнеплодов, на оберточных листьях капусты и т.д.
  2. Не реутилизируемые и слабо реутилизируемые элементы питания. К ним относятся кальций, бор и молибден, а также сера и большинство микроэлементов. Поскольку эти элементы практически не способны перераспределяться в растении, то по мере роста дефицит становится все более и более тяжелым, причем, чем моложе лист, тем больше он страдает. В ряде случаев сильнее всего поражаются верхушечные почки. Диагностика дефицитов питания Итак, диагностику дефицитов питания мы начинаем с того, что определяем, какие части растения выглядят более поврежденными, старые или молодые. Этим мы ограничим круг дальнейших изысканий. Если мы видим, что пострадали старые листья, нам предстоит определить по специфическим признакам, какой из 4 реутилизируемых элементов находится в дефиците: азот, фосфор, калий или магний. Хорошей подсказкой при визуальной диагностике являются индикаторные растения. Это овощные культуры, которые испытывают повышенную потребность в данном элементе, а потому у них раньше появляются и ярче выражены специфические признаки его недостаточности.

Дефицит и избыток азота

Азот – элемент жизни. Этот элемент – основа всех жизненных процессов. Он входит в состав многих органических веществ, в том числе в состав белков и хлорофилла, находится в хромосомах и во всех других важнейших структурах живой клетки. Из тройки NPK, азот по праву считается главным элементом. При нехватке азота растения низкорослые, у них тонкие и жесткие стебли, «сжатый» габитус. Листья постепенно желтеют, причем равномерно меняется окраска всего листа, как между жилками, так и самих жилок. На начальных стадиях листья светло-зеленые, при умеренном дефиците – желтовато-зеленые, при сильном – желтеет все растение. Чтобы расти, растения перекачивают азот к точке роста. Поэтому на старых (нижних) листьях изменение окраски выражено сильнее, чем вблизи верхушечной почки. При хронической азотной недостаточности листья мелкие, верхние листья отходят от стебля под острым углом. Переход к цветению ускорен, однако цветков мало и они мелкие. Растения часто сбрасывают цветки и завязи. Малочисленные вызревшие плоды мелкие и невкусные. Голодание растений, когда им недостает всех основных питательных веществ, визуально чаще всего проявляется как дефицит азота. Индикаторные растения Огурец: при нехватке азота плоды приобретают характерную форму «крючка» – возле плодоножки плод имеет нормальный размер, а к цветочному концу он сужается и загибается. Кукуруза: голый, свободный от зерен дистальный конец початка. Кочанная капуста: «голенастые» кочаны (кочаны с длинной кочерыжкой). Причины дефицита азота На узких грядах при стандартной системе питания дефицит азота бывает крайне редко, но может проявиться при излишней загущенности посадок или при нарушении режима подкормок. При альтернативных системах питания азотное голодание возникает по разным причинам. При заправке грунта невызревшим компостом или другой неразложившейся органикой огородные культуры до середины лета испытывают хроническую нехватку азота. Азот неразложившейся органики недоступен для растений. Если июнь холодный, дефицит может принять тяжелую форму. Когда ночи становятся теплыми, начинается активная переработка органики микроорганизмами. Поскольку для этого процесса требуется свободный азот, растения и микроорганизмы вступают в период острой конкуренции за доступный азот почвы. Весной и в начале лета, чтобы обеспечить нормальный стартовый рост огородных культур, необходимо использовать минеральные азотные удобрения. При низкой температуре грунта молодые огородные культуры, особенно теплолюбивые, плохо поглощают аммиачный азот и азот органических подкормок. Лучшая форма азота для весны и начала лета – нитратная. Спровоцировать азотное голодание можно подкормками древесной золой, суперфосфатом или калийными удобрениями. Устранение дефицита азота Если дефицит азота возник из-за общего скудного питания, нужно перейти на регулярные подкормки растений комплексным сбалансированным удобрением. В остальных случаях для коррекции дефицита вносят простые азотные удобрения: аммиачную селитру (40 г/м) или мочевину (30 г/м). Удобрение насыпают полосой вдоль рядков растений и растворяют при поливе. Избыток азота Вреден для огородных культур. Даже небольшой избыток вызывает усиленный вегетативный рост в ущерб плодоношению. Когда растения потребляют лишний азот, они более подвержены инфекциям. В продукции повышается содержание нитратов; увеличивается отход плодов и корнеплодов при хранении. Первым признаком избытка азота является пышная мягкая листва. При большом избытке возможен краевой ожог нижних листьев и повреждение корней. Использование сбалансированных смесей и соблюдение режима подкормок гарантируют от избытка азота и от накопления нитратов в овощах. Смеси содержат молибден и магний, с помощью опрыскивания растения получают медь и другие элементы, участвующие в азотном обмене, поэтому поступающие в растения нитраты быстро перерабатываются. Нитраты – отличная пища для растений. Нужно только, чтобы растения ее «переварили» до того, как овощи попадут на наш стол.

Дефицит азота на винограде Дефицит азота на огурце Дефицит азота на томате

Избыток азота на огурце

Дефицит и избыток фосфора

Фосфор – элемент плодоношения и энергии Значение фосфора в жизни растений огромно. Хранение и передача генетической информации, деление клеток, образование углеводов при фотосинтезе – эти и многие другие процессы требуют фосфора. С фосфором связана энергетика живой клетки. В «силовых подстанциях» клеток – митохондриях – энергия запасается в форме соединений фосфора. Особенно много фосфора содержится в генеративных органах и семенах. Диагностика фосфорного голодания Как и при дефиците азота, при нехватке фосфора растения низкорослые, с тонким стеблем; симптомы голодания сильнее выражены на старых листьях, меньше – на молодых. Но на этом сходство кончается. Если универсальным признаком нехватки азота является желтизна, то при нехватке фосфора листья тускло-зеленые или остаются зелеными, но приобретают фиолетовый, красно-фиолетовый, лиловый или бронзовый оттенки, которые особенно заметны с нижней стороны листовых пластинок. Если при дефиците азота переход к цветению ускорен, то при нехватке фосфора он задерживается. Плоды завязываются плохо, период их созревания удлиняется; при хроническом дефиците помидоры, перец, фасоль не успевают созреть до конца вегетации.

Индикаторные растения:
Томаты: пурпурные и фиолетовые оттенки, особенно с нижней стороны листьев, а иногда и на нижней части стебля.

Причины дефицита фосфора

При температуре грунта 12°С и ниже корни теплолюбивых культур плохо поглощают фосфор. При ранней высадке рассады дефицит возникает при нормальном содержании фосфора в почве. Иногда для подкормок огородники используют раствор коровяка. По сравнению с азотом, в этом удобрении непропорционально мало фосфора, оно не подходит для подкормок требовательных к фосфору культур, особенно томатов и перца. Причиной нехватки фосфора может быть его «фиксация», т.е. переход в нерастворимые, недоступные растениям соединения. Фиксации внесенного с удобрениями фосфора активно идет как в кислом, так и в переизвесткованном грунте. В первом случае фосфор фиксируется, взаимодействуя с железом и алюминием, во втором образуется нерастворимый трикальциевый фосфат. Устранение дефицита фосфора Нехватка фосфора, вызванная низкой температурой грунта, часто наблюдается у томатов вскоре после высадки рассады в грунт или теплицу. Для устранения дефицита достаточно повысить температуру грунта. Томаты поливают теплой водой и устанавливают полосные укрытия. Дефицит, вызванный несбалансированным питанием, устраняют внесением двойного суперфосфата в дозе 25 г/м рядка. Удобрение насыпают полосой и растворяют при поливе. Коррекцию проводят между плановыми подкормками, а не вместо них. Избежать фиксации фосфора помогает дробное внесение удобрений малыми дозами, использование смесей, содержащих азот, фосфор и калий в правильном соотношении, и поддержание слабокислой реакции почвенной среды. Избыток фосфора Фосфор, не востребованный растениями, переходит в нерастворимую форму и накапливается в грунте. Грунт «зафосфачивается». Избыток фосфора в почве вреден, так как мешает поглощению других элементов питания, в частности, железа, цинка, меди. Если огородные культуры несколько лет подкармливали фосфорными удобрениями или печной золой, велика вероятность, что грунт перегружен фосфором. Это можно проверить по биотесту. Врез Биотест на избыточное содержание фосфора в грунте Весной на тестируемом грунте выращивают редис. Если доля стрелкующихся растений превышает 5%, это свидетельствует о перегрузке грунта фосфором. В учебниках по агрохимии сообщается, что растения усваивают примерно 10% фосфора, вносимого с удобрениями, а остальной фосфор фиксируется в грунте. Это утверждение не является справедливым по отношению к системе питания, практикуемой на узких грядах, при которой сбалансированные смеси удобрений вносятся дробно (часто и небольшими дозами) на поверхность грунта. Обычно фосфор фиксируется, когда он мигрирует в почве. При поверхностном внесении подкормок густая сетка корней подходит к самой поверхности грунта, и корни поглощают фосфор до перехода в недоступную форму. Для данной технологии характерна исключительно высокая степень усвоения фосфора.

Дефицит фосфора на винограде Дефицит фосфора на томате Дефицит фосфора на томате

Дефицит и избыток калия

Калий – элемент здоровья. В отличие от азота и фосфора, он не входит в состав органических соединений и структур. Но его роль в жизнедеятельности клеток столь велика, а функции столь разнообразны, что калий поистине является элементом здоровья. Калий укрепляет ткани, определяет устойчивость растений к неблагоприятным условиям и инфекционным заболеваниям. Уже на начальных стадиях дефицита у огородных культур снижается иммунитет, и они становятся восприимчивыми к инфекциям. Калий обеспечивает корневые выделения углеводов и отвечает за микоризообразование. Диагностика калийного голодания. Начальные стадии дефицита калия визуально проявляются только в снижении темпов роста, и их трудно диагностировать. Но у таких растений повышена чувствительность к заморозкам. При умеренном дефиците самым характерным признаком является краевой ожог – побурение и засыхание кончиков и краев листьев. На листьях часто появляются белые точки. Симптомы выражены сильнее на старых листьях. В периоды бурного роста нехватка калия проявляется также на самых молодых листьях в виде морщинистости листьев вблизи точки роста. Ее следует отличать от бугорчатости, или бородавчатости, которая является признаком дефицита кальция. При сильном дефиците калия листья грубые, с рваными краями и дырами на листовых пластинках. Нехватка калия сказывается на качестве плодов, они не ароматные и невкусные. Увеличивается доля плодов неправильной формы. Плоды склонны к загниванию. Индикаторные растения Огурец: плоды имеют грушевидную форму – узкие со стороны плодоножки, а на цветочном конце раздуты, как шар. Кукуруза: мелкие, недоразвитые зерна на дистальном конце початка, из-за чего початки имеют заостренные концы. Томаты: в созревших плодах середка остается белой, что хорошо видно на вертикальном разрезе. При тяжелом дефиците в белой ткани возникают жесткие тяжи. Горох: мелкие стручки, пустые со стороны прикрепления к стеблю. Причины дефицита калия Дефицит калия часто возникает после сильных ливней, так как калий легко вымывается из листьев. У картофеля, томатов и других пасленовых повышенная потребность в калии. Этим культурам иногда требуется дополнительное внесение калия. Избыток азота в аммонийной форме препятствует поглощению калия. Устранение дефицита калия Нехватка калия устраняется внеочередным внесением любого калийного удобрения. Сульфат калия, калийную селитру и калимагнезию вносят в дозе 50 г/м, хлористый калий – в дозе 40 г/м. Можно использовать золу соломы зерновых культур в дозе 40 г/м. Сухое удобрение насыпают полосой по середине гряды и растворяют при поливе. При коррекции дефицита на томатах предпочтительным удобрением является калимагнезия. Избыток калия Небольшой избыток не приносит вреда растениям. Более того, при избыточном потреблении калия плодоносящие культуры формируют плоды высокого качества. Однако вносить лишние калийные удобрения не рекомендуется, так как это удорожает продукцию, а главное, избыток калия в грунте мешает поглощению магния, кальция, аммонийного азота, марганца и некоторых других элементов.

Недостаток калия на помидорах

Недостаток калия на винограде

Дефицит магния

Магний – элемент, дающий растениям зеленый цвет В центре каждой молекулы зеленого пигмента хлорофилла стоит магний. Хлорофилл осуществляет фотосинтез, а яркий зеленый цвет листьев свидетельствует о благополучии растения. Зелень листвы говорит о том, что все обменные процессы, обеспечивающие образование хлорофилла и фотосинтез, протекают нормально, а значит, полным ходом идет рост и формирование урожая. Диагностика магниевой недостаточности. Признаки дефицита нужно искать на старых листьях. На ранних стадиях наблюдается некоторое просветление тканей между зелеными жилками нижних листьев. При умеренном дефиците на нижних листьях появляется мозаика желтых или оранжевых пятен между жилками, но сами жилки остаются зелеными. Если не устранить дефицит, то начинается отмирание ткани листовых пластинок: в центре желтых пятен появляются бурые области некроза (погибшей ткани). Есть определенное сходство в проявлении дефицитов магния и азота: симптомы выражены сильнее на нижних листьях; разрушается хлорофилл и появляется желтизна; ткань листа отмирает. Но различить дефициты не сложно. При нехватке азота равномерно желтеет весь лист, при нехватке магния пятна желтизны появляются между зелеными жилками. Отмирание ткани тоже идет по-разному: при нехватке азота весь лист засыхает, при нехватке магния участки некроза появляются сначала в виде небольших бурых пятнышек в середине желтого пятна. Причины дефицита магния В технологии узких гряд в должной мере учитывается уникальная роль магния в формировании урожая. Магний введен в состав смеси 2, и растения получают его с каждой подкормкой («Настоящий хозяин», №4, 2006). Отсюда и яркий «праздничный» зеленый цвет растущих культур и уникальная урожайность узких гряд. Бывает ли дефицит магния, если кормить овощные культуры смесями 2? Да, он бывает у растений с повышенной потребностью в магнии, прежде всего у томатов и огурцов. Среди овощей нет другой культуры, со столь большой потребностью в магнии, как томаты. Магний требуется и листьям, и плодам: если разрезать незрелый помидор, видно, что вся толща плода имеет зеленый цвет (содержит хлорофилл). Поэтому в период плодоношения потребность в магнии резко возрастает, и чем больше плодов на кусте, тем выше потребность. В период массового налива плодов томатам часто не хватает магния. Содержание магния в смесях находится на нижнем допустимом пределе, достаточном для большинства культур и для томатов на всех фазах развития, кроме фазы массового налива плодов. Магниевые удобрения дороги, и нижний предел магния допущен из соображений экономии. Дешевле 1–2 раза провести коррекцию дефицита, чем повышать содержание магния в смесях. Но можно увеличить в 1,5–2 раза содержание магния в смеси 2. Устранение дефицита магния При первых признаках магниевой недостаточности проводят подкормку культур сульфатом магния. Удобрение в дозе 30 г/м вносят полосой вдоль рядка растений и растворяют при поливе. Корректирующую подкормку проводят между очередными еженедельными подкормками. В редких случаях через 2–3 недели может потребоваться вторая подкормка сульфатом магния. Врез в конце Устраняя дефициты питания растений, мы заботимся не только о наших питомцах и о величине урожая, но и о собственном здоровье. Овощи и фрукты – основные поставщики минеральных элементов в питании человека, единственные продукты питания, поддерживающие кислотно-щелочное равновесие в жидких средах нашего организма.

Дефицит магния на винограде Дефицит магния на томатах


Дефицит магния на клубнике

Огородные культуры — индикаторы дефицитов питания

Среди огородных культур имеются особенно чувствительные к недостатку того или иного элемента питания. Они первыми просигналят о неблагополучии. Признаки дефицита проявляются на них явно и ярко, когда все остальные овощи еще чувствуют себя комфортно. Такие растения называют индикаторными культурами. Пока на ваших грядках с индикаторными культурами все в порядке, можно не думать ни о каких дефицитах. Познакомимся поближе с индикаторными культурами.

Кукуруза. Это растение очень требовательно к минеральному питанию и прежде других укажет вам на напряженную ситуацию с 5-ю элементами: азотом, фосфором, калием, цинком и медью. Помимо общих признаков, перечисленных в таблице, о недостаточной обеспеченности основными элементами свидетельствует внешний вид початка. В норме початок имеет совершенную форму, его верхушка закруглена и зерна на ней ничуть не мельче, чем у основания початка. При нехватке азота верх початка вообще не содержит зерен, там торчит голый стержень. Недостаток фосфора дает о себе знать кривыми рядами и пропуском зерен. При недостаточном снабжении калием верхушка початка заострена и зерна на ней недоразвиты.

Дефицит микроэлементов обычно выявляется только тогда, когда растения хорошо обеспечены азотом, фосфором и калием. На фоне достаточного снабжения растений кукурузы основными элементами питания при нехватке цинка на листьях среднего яруса появляются желтые полосы, иногда узкие, иногда более широкие, идущие от самого кончика до основания листа. При нехватке меди концы листьев увядают, повисают и потом засыхают.

Огурец. Плоды огурца красноречиво свидетельствуют о недостаточности трех элементов питания — азота, калия и бора. При дефиците азота у плодоножки огурец имеет нормальный вид, но резко сужается к цветочному концу. Такие плоды обычно называют «крючками». Противоположная картина наблюдается при нехватке калия: у плодоножки огурец тонкий, как палец, а на цветочном конце он раздут, как шар. Не сомневаюсь, что каждый огородник видел таких уродцев на своих грядках. При дефиците бора на кожице плода появляются бежевые, опробковевшие, слегка выпуклые рубцы в виде штрихов или линий, похожие на зажившие повреждения. Другая форма реакции на нехватку бора, обычно проявляющаяся на партенокарпических длинноплодных огурцах

Азот в почве: как сделать его меньше

Азот является одним из составляющих элементов, от которых зависит нормальное развитие всех растений. Он отвечает за качество окраски культур в зелёный цвет, так как главным элементом имеет хлорофилл. Однако следует учитывать, что данный компонент очень быстро способен вымываться из грунта, приводя к дефициту и нарушениям в развитии культур. Опасен также и переизбыток азота в грунте. Из нашей статьи вы узнаете о том, каким бывает азот, и что делать, если в грунте его слишком много.

Каким бывает азот

На рынке можно встретить большое количество удобрений, содержащих азот в разной форме.

Форма аммиака

Удобрение в таком виде способно полностью усваиваться организмом и культурами при любой температуре. Оно способствует развитию корневой системы растения, формированию плотных кустов и хорошему усвоению сопутствующих элементов. Такое удобрение рекомендуется вносить ранней весной перед посевом озимых культур. Азот в такой форме можно встретить в селитре, нитроаммофоски, аммофоске, сульфат аммония и аммиачной воде.

Азотные удобрения

Такое удобрение используют при плюсовой температуре, в связи с тем, что оно способно смываться в глубокие слои грунта, не застаиваясь на её поверхности. Было установлено, что 3 мм осадков вымывают подкормку на глубину более 1 см. Однако в такой форме удобрение очень важно для способствования усвоению калия, кальция и магния. Применяется во время активного вегетативного развития культур. Встречается в практически всех разновидностях селитры.

Нитратноаммиачный вид

Данный вид азота считается одним из самых универсальных и используется чаще всего перед посевами.

Амидный вид

При внесении данного удобрения в грунт он способен разлагаться, принимая форму аммиачной, а после неё азотной. В такой форме фосфор усваивается культурами хуже и работает исключительно при плюсовой температуре. В связи с этим её относят к слабоактивным удобрениям. Однако его плюсом считается способность аккумулировать нитраты в клетках растений. К таким удобрением можно отнести мочевину, которая сложно вымывается из грунта.

Источники азота и способы его поглощения культурами

Азот проявляет себя по-разному, в зависимости от формы, климата и типа грунта. Его можно обнаружить в земле или в воздухе. Азот, находящийся в воздухе является одним из ключевых источников насыщения живых организмов, однако он сложно доступный для растений. Растения, которые способны поглощать азот из воздуха имеют на своих поверхностях бактерии, работа которых провоцирует биологические процессы, приводящие к такому поглощению. В то время как азот, находящийся в грунте имеет вид органических элементов, которые также могут быть сложно доступными для культур. В связи с этим нужно знать, что растения способны усваивать азот в неорганической форме и лишь 3% всего азота, который имеется в органических соединениях, способен формироваться в доступный для культур азот путём минерализации. Минерализация происходит благодаря бактериям, которые реорганизуют органический азот в минеральный. В связи с этим имеет значение температура атмосферы и грунта, так как не все бактерии способны переносить минусовую температуру и низкую влажность. При недостаточном количестве влаги в грунте процесс минерализации приостанавливается, в результате чего доступ азота сокращается.

Потеря азота

Естественным путем азот может исчезать из грунта по нескольким причинам:

  • Ощелачивание. В связи с тем, что нитрат NO3 способен просто двигаться вместе с водой и не удерживаться грунтом, он оседает на нижние слои почвы, недоступные корневым отросткам растений.
  • Волатилизация. Такая потеря происходит в результате подкармливания грунта удобрениями, которые содержат большое количество мочевины, что приводит к переходу аммиака в газообразный вид, который выталкивает азот.
  • Денитрификация. Данный процесс происходит из-за работы некоторых биологических процессов, в результате которых изменяет свою форму из нитратов в нитриты и превращается в газоподобную форму, которая уходит в воздух. Такие процессы можно наблюдать в то время, когда грунт сильно перенасыщен этим элементом или имеет постоянную переувлажненную форму.
  • Вымывание азота. Такой процесс считается негативным для культур и для грунта, а также для внешней среды в связи с тем, что нитрат путем вымывания попадает в подгрудные воды, которым мы часто пользуемся и которые приводят к попаданию их в наш организм. Такая проблема существует из-за превышения дозы внесения минеральных удобрений и частого их внесения. В результате химическая формула и структура грунта изменяется и теряет свойство сохранять влагу и целостность.

Контроль количества азота

Контроль внесенного азота даст вам высокий урожай, здоровые растения и минимальное загрязнение внешней среды. Чтобы количество компонента было оптимальным, следует знать, когда его вносить, а также в какой дозировке. Опытные агрономы советуют применять азотосодержащие удобрения в зависимости от выращиваемых культур. Так, например, при культивации зерновых растений следует проводить процедуру подкормок лишь два-три раза за сезон до начала активных дождей в середине весны. Таким образом, самая большая концентрация азота опуститься на нижние слои грунта, оставляя в верхних и средних допустимую для усваивания корнями дозу, которая полностью поглотиться растением. При внесении удобрения поздно вы можете перенасытить грунт этим элементом, что также повредит вашим растениям. Следует знать, что азот является переменчивым веществам, способным изменять свою форму и передвигаться в грунте. При совершении анализа на количество компонента в грунте следует отталкиваться от того времени, в которое производился этот анализ.

Симптомы переизбытка азота в грунте

При переизбытке азота в грунте нарушаются вегетативные процессы, которые в результате приводят к отмиранию клеток и формированию нитратов. Вносить минеральные удобрения следует с большой осторожностью, придерживаясь инструкций или советов более опытных агрономов. Нельзя вносить подкормку «на глаз» или, не понимая, в каком количестве она должна употребляться. При перенасыщении грунта этим элементом вы получите сниженную урожайность и погибшие растения. Частой ошибкой садоводов является при обнаружении проблем с ростом саженцев внесение дополнительных удобрений, считая что их там недостаточно. В результате накапливается большое количество нитратов, растения приобретают толстые побеги и тёмно-зелёные листья, вегетативный период продолжается, а период цветения происходит намного позже, в результате чего плодозавязь формируется слабая и мало обильная, плоды не успевают вызреть полностью, растения подвергаются грибковым заболеваниям, теряя к ним иммунитет. На переизбыток азота так же может указывать выгибание черенков, скручивание листьев, появление на листьях прозрачных пятен, которые становятся жёлтыми и темно-серыми и мелких плодов, которые содержат в себе большое количество нитратов.

Что делать при переизбытке азота в грунте

Снизить количество азота в грунте намного сложнее, чем не допускать его избытка. Для недопускания накопления большого количества этого элемента в грунте, следует вносить вместе с ним удобрения, в состав которых входит молибден, медь, магний и другие компоненты, которые берут участие в переработке и трансформации азота.

Вносить удобрение следует в середине весны или начале лета. В случае внесения подкормок осенью, культуры сложнее перенесут зимовку, не успев как надо подготовиться к ней. При температуре воздуха менее 7 градусов тепла следует отдавать предпочтение сухим удобрением, которые будут дольше разлагаться, и усваиваться корнями более продолжительное время. В то время как жидкие подкормки не усваиваются растениями вообще, а лишь заглубляются в грунт.

При проведении подкормок, следует контролировать попадание препарата на листья, не допуская этого. Удобрение, предназначенные для корневой подкормки наносят ожоги зеленой массе культур. При внесении жидких подкормок грунт должен быть влажным, иначе ваши корни также получат ожоги. Следует знать, что удобрения в жидкой форме поглощаются растениями намного быстрее, чем в сухой, однако используются лишь в активный вегетативный период, который наступает в конце весны — начале лета. В то время, когда на улице стоит холодная и мокрая погода, растения неспособны усваивать удобрение из грунта, однако нуждаются в повышенном количестве калия.

Нельзя подкармливать больные культуры, так как на усвоение элементов растения буду тратить последние силы. Если ваши культуры и заболели, а вы хотите им помочь, в таком случае лучше всего внести под корень стимулятор роста или корнеобразования. Если вы все же заметили, что на ваших растениях присутствуют признаки перенасыщения их азотом, рекомендуется чаще проводить поливы и внести в грунт элементы, которые поспособствуют быстрейшему распаду азота или перехода его в легко усваиваемую для растений форму. Последующие подкормки нужно максимально ограничить. Можно внести в грунт часть песка, который поспособствует опусканию компонента в нижние слои грунта или мочевины, которая трансформирует азот в газоподобную форму и выведет его в атмосферу.

Выпуск | Агентство по охране окружающей среды США


Питательные вещества Объяснение загрязнения

 

Избыток азота и фосфора в воде может иметь разнообразные и далеко идущие последствия для здоровья населения, окружающей среды и экономики. Фото предоставлено Биллом Йейтсом.

Избыток азота в воздухе может ухудшить нашу способность дышать, ограничить видимость и повлиять на рост растений.

Справочная информация доступна на испанском языке

Загрязнение питательными веществами является одной из самых распространенных, дорогостоящих и сложных экологических проблем Америки и вызвано избытком азота и фосфора в воздухе и воде.

Азот и фосфор являются питательными веществами, которые являются естественными компонентами водных экосистем. Азот также является самым распространенным элементом в воздухе, которым мы дышим. Азот и фосфор поддерживают рост водорослей и водных растений, которые обеспечивают пищу и среду обитания для рыб, моллюсков и более мелких организмов, живущих в воде.

Но когда в окружающую среду попадает слишком много азота и фосфора – обычно в результате широкого спектра деятельности человека – воздух и вода могут загрязняться. Загрязнение питательными веществами повлияло на многие ручьи, реки, озера, заливы и прибрежные воды за последние несколько десятилетий, что привело к серьезным проблемам с окружающей средой и здоровьем человека, а также повлияло на экономику.

Избыток азота и фосфора в воде приводит к тому, что водоросли растут быстрее, чем экосистема может справиться. Значительное увеличение количества водорослей наносит ущерб качеству воды, пищевым ресурсам и среде обитания, а также уменьшает количество кислорода, необходимого рыбам и другим водным обитателям для выживания.Большие наросты водорослей называются цветением водорослей, и они могут сильно уменьшить или устранить кислород в воде, что приводит к болезням рыб и гибели большого количества рыб. Цветение некоторых водорослей вредно для человека, потому что они производят повышенное количество токсинов и рост бактерий, которые могут вызвать заболевание у людей, если они вступают в контакт с загрязненной водой, употребляют в пищу испорченную рыбу или моллюсков или пьют зараженную воду.

Загрязнение грунтовых вод питательными веществами, которые миллионы людей в Соединенных Штатах используют в качестве источника питьевой воды, может быть вредным, даже в небольших количествах.Младенцы уязвимы для соединений на основе азота, называемых нитратами в питьевой воде. Избыток азота в атмосфере может производить загрязняющие вещества, такие как аммиак и озон, которые могут ухудшить нашу способность дышать, ограничить видимость и повлиять на рост растений. Когда избыток азота возвращается на землю из атмосферы, он может нанести вред здоровью лесов, почв и водотоков.

Чтобы узнать больше, прочитайте об источниках и решениях загрязнения питательными веществами.

Что такое круговорот азота и почему он является ключом к жизни? · Границы для молодых умов

Аннотация

Азот, самый распространенный элемент в нашей атмосфере, имеет решающее значение для жизни.Азот содержится в почве и растениях, в воде, которую мы пьем, и в воздухе, которым мы дышим. Это также необходимо для жизни: ключевой строительный блок ДНК, который определяет нашу генетику, необходим для роста растений и, следовательно, необходим для пищи, которую мы выращиваем. Но, как и во всем, ключевым является баланс: слишком мало азота, и растения не могут развиваться, что приводит к низкой урожайности; но слишком много азота может быть токсичным для растений, а также может нанести вред окружающей среде. Растения, которым не хватает азота, становятся желтоватыми, плохо растут и могут иметь более мелкие цветы и плоды.Фермеры могут добавлять азотные удобрения для получения лучших урожаев, но слишком много может повредить растениям и животным и загрязнить наши водные системы. Понимание круговорота азота — того, как азот перемещается из атмосферы на землю, через почву и обратно в атмосферу в бесконечном цикле, — может помочь нам выращивать здоровые культуры и защищать окружающую среду.

Введение

Азот, или N, используя его научную аббревиатуру, представляет собой бесцветный элемент без запаха. Азот находится в почве под нашими ногами, в воде, которую мы пьем, и в воздухе, которым дышим.На самом деле, азот является самым распространенным элементом в атмосфере Земли: примерно 78% атмосферы состоит из азота! Азот важен для всех живых существ, включая нас. Он играет ключевую роль в росте растений: слишком мало азота, и растения не могут развиваться, что приводит к низкой урожайности; но слишком много азота может быть токсичным для растений [1]. Азот необходим для нашего питания, но избыток азота может нанести вред окружающей среде.

Почему важен азот?

Тонкий баланс веществ, важных для поддержания жизни, является важной областью исследований, и баланс азота в окружающей среде не является исключением [2].Когда растениям не хватает азота, они желтеют, останавливаются в росте и дают более мелкие плоды и цветы. Фермеры могут добавлять удобрения, содержащие азот, к своим посевам, чтобы увеличить рост урожая. Ученые подсчитали, что без азотных удобрений мы потеряли бы до одной трети урожая, от которого зависит производство продуктов питания и других видов сельского хозяйства. Но нам нужно знать, сколько азота необходимо для роста растений, потому что слишком много азота может загрязнить водные пути, нанеся вред водным обитателям.

Азот — ключ к жизни!

Азот является ключевым элементом в нуклеиновых кислотах ДНК и РНК , которые являются наиболее важными из всех биологических молекул и имеют решающее значение для всех живых существ.ДНК несет генетическую информацию, то есть инструкции по созданию формы жизни. Когда растения не получают достаточного количества азота, они не могут производить аминокислоты (вещества, содержащие азот и водород и составляющие многие живые клетки, мышцы и ткани). Без аминокислот растения не могут производить специальные белки, необходимые клеткам растений. Отсутствие достаточного количества азота отрицательно сказывается на росте растений. При слишком большом количестве азота растения производят избыточную биомассу или органические вещества, такие как стебли и листья, но недостаточно корневой структуры.В крайних случаях растения с очень высоким уровнем абсорбции азота из почвы могут отравить сельскохозяйственных животных, поедающих их [3].

Что такое эвтрофикация и можно ли ее предотвратить?

Избыток азота может также выщелачиваться или стекать из почвы в подземные водные источники, или он может попадать в водные системы в виде надземного стока. Этот избыток азота может накапливаться, что приводит к процессу, называемому эвтрофикацией . Эвтрофикация происходит, когда слишком много азота обогащает воду, вызывая чрезмерный рост растений и водорослей.Избыток азота может даже привести к тому, что озеро станет ярко-зеленым или другого цвета с «цветением» вонючих водорослей, называемых фитопланктоном (см. рис. 1)! Когда фитопланктон погибает, находящиеся в воде микробы разлагают его. Процесс разложения уменьшает количество растворенного кислорода в воде и может привести к «мертвой зоне», в которой не хватает кислорода для поддержания большинства форм жизни. Организмы в мертвой зоне погибают от недостатка кислорода. Эти мертвые зоны могут возникать в пресноводных озерах, а также в прибрежной среде, где реки, полные питательных веществ из сельскохозяйственных стоков (перелив удобрений), впадают в океаны [4].

  • Рисунок 1. Эвтрофикация на выходе сточных вод в реку Потомак, Вашингтон, округ Колумбия
  • Вода в этой реке ярко-зеленая, потому что она подверглась эвтрофикации из-за избытка азота и других питательных веществ, загрязняющих воду, что привело к увеличению фитопланктона и цветению водорослей, поэтому вода стала мутной и может окрашиваться в разные цвета, например как зеленый, желтый, красный или коричневый, в зависимости от цветения водорослей (Wikimedia Commons: https://commons.wikimedia.org/wiki/Category:Eutrophication#/media/File:Potomac_green_water.JPG).

На рис. 2 показаны этапы эвтрофикации (изображение Wikimedia Commons в открытом доступе с https://commons.m.wikimedia.org/wiki/File:Eutrophicationmodel.svg).

  • Рисунок 2 – Этапы эвтрофикации.
  • (1) Излишки питательных веществ попадают в почву и землю. (2) Некоторые питательные вещества растворяются в воде и выщелачиваются или просачиваются в более глубокие слои почвы. В конце концов, они попадают в водоем, такой как озеро или пруд. (3) Некоторые питательные вещества стекают с почвы и перетираются прямо в воду. (4) Дополнительные питательные вещества вызывают цветение водорослей. (5) Солнечный свет блокируется водорослями. (6) Фотосинтез и рост растений под водой будут ослаблены или потенциально остановлены. (7) Далее цветки водорослей отмирают и падают на дно водоема. Затем бактерии начинают разлагать или расщеплять останки, расходуя при этом кислород. (8) В процессе разложения в воде снижается содержание кислорода, что приводит к образованию «мертвых зон». Более крупные формы жизни, такие как рыбы, не могут дышать и умирают. В настоящее время водоем подвергся эвтрофикации.

Можно ли предотвратить эвтрофикацию? Да! Люди, управляющие водными ресурсами, могут использовать различные стратегии для уменьшения вредного воздействия цветения водорослей и эвтрофикации водных поверхностей. Они могут перенаправлять избыточные питательные вещества из озер и уязвимых прибрежных зон, использовать гербициды (химикаты, используемые для уничтожения нежелательного роста растений) или альгициды (химикаты, используемые для уничтожения водорослей), чтобы остановить цветение водорослей, а также уменьшить количество или комбинацию используемых питательных веществ. в сельскохозяйственных удобрениях, среди прочего [5].Но часто бывает трудно найти источник избытка азота и других питательных веществ.

После того, как озеро подверглось эвтрофикации, ликвидировать ущерб становится еще труднее. Альгициды могут быть дорогими, и они также не устраняют источник проблемы: избыток азота или других питательных веществ, которые в первую очередь вызвали цветение водорослей! Другое потенциальное решение называется биовосстановлением , которое представляет собой процесс целенаправленного изменения пищевой сети в водной экосистеме для уменьшения или контроля количества фитопланктона.Например, водные менеджеры могут ввести организмы, которые питаются фитопланктоном, и эти организмы могут помочь уменьшить количество фитопланктона, поедая их!

Что такое азотный цикл?

Круговорот азота — это повторяющийся цикл процессов, в ходе которых азот перемещается как через живые, так и через неживые объекты: атмосферу, почву, воду, растения, животных и бактерий . Для прохождения различных частей цикла азот должен менять формы.В атмосфере азот существует в виде газа (N 2 ), но в почвах он существует в виде оксида азота NO и диоксида азота NO 2 , а при использовании в качестве удобрения может быть найден в других формах. , такие как аммиак, NH 3 , который может быть дополнительно переработан в другое удобрение, нитрат аммония или NH 4 NO 3 .

В круговороте азота есть пять стадий, и теперь мы обсудим каждую из них по очереди: фиксация или улетучивание, минерализация, нитрификация, иммобилизация и денитрификация.На этом изображении микробы в почве превращают газообразный азот (N 2 ) в то, что называется летучим аммиаком (NH 3 ), поэтому процесс фиксации называется улетучиванием. Выщелачивание – это когда определенные формы азота (например, нитраты или NO 3 ) растворяются в воде и вытекают из почвы, потенциально загрязняя водные пути.

Стадия 1: Фиксация азота

На этой стадии азот переходит из атмосферы в почву. Атмосфера Земли содержит огромное количество газообразного азота (N 2 ).Но этот азот «недоступен» для растений, потому что газообразная форма не может быть непосредственно использована растениями без превращения. Чтобы быть использованным растениями, N 2 должен быть преобразован посредством процесса, называемого фиксацией азота. Фиксация превращает азот из атмосферы в формы, которые растения могут усваивать через корневую систему.

Небольшое количество азота может быть зафиксировано, когда молния обеспечивает энергию, необходимую для реакции N 2 с кислородом с образованием оксида азота NO и диоксида азота NO 2 .Затем эти формы азота попадают в почву с дождем или снегом. Азот также можно зафиксировать с помощью промышленного процесса, в результате которого создаются удобрения. Эта форма фиксации происходит при высокой температуре и давлении, во время которых атмосферный азот и водород объединяются с образованием аммиака (NH 3 ), который затем может быть переработан для получения нитрата аммония (NH 4 NO 3 ). , форма азота, которая может быть добавлена ​​в почву и использована растениями.

Большая часть фиксации азота происходит естественным путем в почве бактериями.На рисунке 3 (выше) вы можете увидеть фиксацию азота и обмен формы, происходящие в почве. Некоторые бактерии прикрепляются к корням растений и имеют симбиотические (полезные как для растения, так и для бактерий) отношения с растением [6]. Бактерии получают энергию посредством фотосинтеза и, в свою очередь, фиксируют азот в нужной растению форме. Затем фиксированный азот переносится в другие части растения и используется для формирования растительных тканей, чтобы растение могло расти. Другие бактерии свободно живут в почве или воде и могут фиксировать азот без этих симбиотических отношений.Эти бактерии также могут создавать формы азота, которые могут использоваться организмами.

Стадия 2: Минерализация

Этот этап происходит в почве. Азот переходит из органических материалов, таких как навоз или растительные материалы, в неорганическую форму азота, которую могут использовать растения. В конце концов, питательные вещества растения израсходованы, и растение умирает и разлагается. Это становится важным на второй стадии азотного цикла. Минерализация происходит, когда микробы воздействуют на органический материал, такой как навоз животных или разлагающий растительный или животный материал, и начинают преобразовывать его в форму азота, которая может использоваться растениями.Все выращиваемые растения, за исключением бобовых (растения с расщепленными пополам семенными коробочками, такие как чечевица, фасоль, горох или арахис), получают необходимый им азот через почву. Бобовые получают азот посредством фиксации, которая происходит в их корневых клубеньках, как описано выше.

Первой формой азота, образующейся в процессе минерализации, является аммиак, NH 3 . Затем NH 3 в почве реагирует с водой с образованием аммония NH 4 . Этот аммоний удерживается в почве и доступен для использования растениями, которые не получают азот в результате симбиотических азотфиксирующих отношений, описанных выше.

Стадия 3: Нитрификация

Третья стадия, нитрификация, также происходит в почвах. В процессе нитрификации аммиак в почвах, образующийся при минерализации, превращается в соединения, называемые нитритами, NO 2 , и нитратами, NO 3 . Нитраты могут использоваться растениями и животными, которые потребляют растения. Некоторые бактерии в почве могут превращать аммиак в нитриты. Хотя нитриты не используются растениями и животными напрямую, другие бактерии могут превращать нитриты в нитраты — форму, пригодную для использования растениями и животными.Эта реакция обеспечивает энергию для бактерий, участвующих в этом процессе. Бактерии, о которых мы говорим, называются nitrosomonas и nitrobacter. Nitrobacter превращает нитриты в нитраты; nitrosomonas превращают аммиак в нитриты. Оба вида бактерий могут действовать только в присутствии кислорода O 2 [7]. Процесс нитрификации важен для растений, так как он производит дополнительный запас доступного азота, который может быть поглощен растениями через их корневую систему.

Этап 4: Иммобилизация

Четвертой стадией азотного цикла является иммобилизация, иногда описываемая как обратная минерализации.Вместе эти два процесса контролируют количество азота в почве. Как и растения, микроорганизмов , живущих в почве, нуждаются в азоте в качестве источника энергии. Эти почвенные микроорганизмы вытягивают азот из почвы, когда остатки разлагающихся растений не содержат достаточного количества азота. Когда микроорганизмы поглощают аммоний (NH 4 + ) и нитраты (NO 3 ), эти формы азота больше не доступны для растений и могут вызвать дефицит азота или недостаток азота.Таким образом, иммобилизация связывает азот в микроорганизмах. Однако иммобилизация важна, потому что она помогает контролировать и балансировать количество азота в почве, связывая или иммобилизуя азот в микроорганизмах.

Стадия 5: Денитрификация

На пятой стадии азотного цикла азот возвращается в воздух по мере того, как нитраты превращаются в атмосферный азот (N 2 ) бактериями посредством процесса, который мы называем денитрификацией. Это приводит к общей потере азота из почвы, поскольку газообразная форма азота перемещается в атмосферу, туда, где мы начали наш рассказ.

Азот имеет решающее значение для жизни

Циркуляция азота в экосистеме имеет решающее значение для поддержания продуктивных и здоровых экосистем без избытка или недостатка азота. Производство растений и биомасса (живой материал) ограничены наличием азота. Понимание того, как работает цикл азота между растениями и почвой, может помочь нам принимать более правильные решения о том, какие культуры выращивать и где их выращивать, чтобы у нас был достаточный запас пищи. Знание круговорота азота также может помочь нам уменьшить загрязнение, вызванное внесением слишком большого количества удобрений в почву.Некоторые растения могут поглощать больше азота или других питательных веществ, таких как фосфор, другое удобрение, и даже могут использоваться в качестве «буфера» или фильтра для предотвращения попадания чрезмерного количества удобрений в водоемы. Например, исследование, проведенное Хейкоком и Пинаем [8], показало, что деревья тополя ( Populus italica ), используемые в качестве буфера, удерживают до 99% нитратов, поступающих в подземный сток зимой, а прибрежная зона, покрытая специфическая трава ( Lolium perenne L.) удерживала до 84% нитратов, препятствуя их попаданию в реку.

Как вы видели, недостаток азота в почве оставляет растения голодными, а избыток хорошего может быть плохим: избыток азота может отравить растения и даже домашний скот! Загрязнение наших водных источников избыточным азотом и другими питательными веществами является огромной проблемой, поскольку морская жизнь задыхается от разложения мертвых цветков водорослей. Фермеры и местные сообщества должны работать над улучшением усвоения сельскохозяйственными культурами дополнительных питательных веществ и должным образом обрабатывать отходы навоза. Нам также необходимо защищать естественные буферные зоны растений, которые могут поглощать стоки азота до того, как они попадут в водоемы.Но наши нынешние методы вырубки деревьев для строительства дорог и других сооружений усугубляют эту проблему, потому что остается меньше растений, способных поглощать избыток питательных веществ. Нам необходимо провести дополнительные исследования, чтобы определить, какие виды растений лучше всего выращивать в прибрежных районах, чтобы поглощать избыток азота. Нам также необходимо найти другие способы решить или избежать проблемы избыточного выброса азота в водные экосистемы. Работая над более полным пониманием круговорота азота и других циклов во взаимосвязанных природных системах Земли, мы сможем лучше понять, как лучше защитить драгоценные природные ресурсы Земли.

Глоссарий

ДНК : Дезоксирибонуклеиновая кислота, самовоспроизводящийся материал, который присутствует почти во всех живых организмах в качестве основного компонента хромосом и носителя генетической информации.

РНК : Рибонуклеиновая кислота, нуклеиновая кислота, присутствующая во всех живых клетках, действует как мессенджер, несущий инструкции от ДНК.

Эвтрофикация : Чрезмерное количество питательных веществ (например, азота) в озере или другом водоеме, вызывающее плотный рост водных растений, таких как водоросли.

Фитопланктон : Крошечные микроскопические морские водоросли (также известные как микроводоросли), которым для роста требуется солнечный свет.

Биоремедиация : Использование других микроорганизмов или крошечных живых существ для поедания и расщепления загрязнений с целью очистки загрязненного участка.

Бактерии : Микроскопические живые организмы, обычно содержащие только одну клетку и встречающиеся повсеместно. Бактерии могут вызывать разложение или разрушение органического материала в почве.

Выщелачивание : Когда минерал или химическое вещество (например, нитрат или NO 3 ) вытекает из почвы или другого грунтового материала и просачивается в окружающую среду.

Бобовые : Член семейства гороховых: фасоль, чечевица, соя, арахис и горох, растения с семенными коробочками, которые расщепляются пополам.

Микроорганизм : Организм или живое существо, которое слишком маленькое, чтобы его можно было увидеть без микроскопа, например бактерия.

Заявление о конфликте интересов

Автор заявляет, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.


Каталожные номера

[1] Бритто, Д. Т., и Кронзукер, Х. Дж. 2002. NH 4 + токсичность в высших растениях: критический обзор. J. Завод Физиол . 159: 567–84. дои: 10.1078/0176-1617-0774

[2] Уэзерс, К.C., Groffman, P.M., Dolah, E.V., Bernhardt, E., Grimm, N.B., McMahon, K., et al. 2016. Границы экологии экосистем с точки зрения сообщества: будущее безгранично и светло. Экосистемы 19:753–70. doi: 10.1007/s10021-016-9967-0

[3] Брэди, Н., и Вейл, Р. 2010. «Циклы питательных веществ и плодородие почвы», в Elements of the Nature and Properties of Soils, 3rd Edn , ed VR Anthony (река Верхнее Седло, Нью-Джерси: Pearson Education Inc.), 396–420.

[4] Foth, H. 1990. Глава 12: «Отношения макроэлементов между растениями и почвой», в Fundamentals of Soil Science , 8th Edn , ed John Wiley and Sons (Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: John Wiley Компания), 186–209.

[5] Числок М. Ф., Достер Э., Зитомер Р. А. и Уилсон А. Э. 2013 г. Эвтрофикация: причины, последствия и меры контроля в водных экосистемах. Нац. Образовательный Знать . 4:10. Доступно в Интернете по адресу: https://www.nature.com/scitable/knowledge/library/eutrophication-causes-consequences-and-controls-in-aquatic-102364466

.

[6] Народов, М.Б., Херридж Д. Ф. и Ладха Дж. К. 1995. Биологическая фиксация азота: эффективный источник азота для устойчивого сельскохозяйственного производства? Почва для растений 174:3–28. дои: 10.1007/BF00032239

[7] Manahan, SE 2010. Химия окружающей среды , 9-е издание . Бока-Ратон, Флорида: CRC Press, 166–72.

[8] Хейкок, Н. Э., и Пинай, Г. 1993. Динамика содержания нитратов в подземных водах в прибрежных буферных полосах, покрытых травой и тополем, зимой. Дж. Окружающая среда. Качество . 22:273–8. doi: 10.2134/jeq1993.00472425002200020007x

Является ли слишком много удобрений проблемой? · Границы для молодых умов

Аннотация

Удобрения добавляются к посевам, чтобы производить достаточно еды, чтобы прокормить человечество. Удобрения обеспечивают сельскохозяйственные культуры питательными веществами, такими как калий, фосфор и азот, которые позволяют культурам расти больше, быстрее и производить больше пищи. В частности, азот является важным питательным веществом для роста каждого организма на Земле.Азот окружает нас повсюду и составляет около 78% воздуха, которым вы дышите. Однако растения и животные не могут использовать газообразный азот в воздухе. Для роста растениям требуются соединения азота из почвы, которые могут быть получены естественным путем или обеспечены удобрениями. Однако внесение чрезмерных количеств удобрений приводит к выбросу вредных парниковых газов в атмосферу и эвтрофикации наших водоемов. В настоящее время ученые пытаются найти решения, позволяющие снизить вредное воздействие удобрений на окружающую среду, не уменьшая при этом количества пищи, которую мы можем производить при их использовании.

Что такое удобрение?

Удобрение – это любое вещество или материал, добавляемый в почву, который способствует росту растений. Существует множество разновидностей удобрений, и большинство из них содержат азот (N), фосфор (P) и калий (K). На самом деле удобрения, продаваемые в магазинах, имеют на упаковке соотношение N-P-K. Удобрения применяются во всем мире, чтобы сохранить газоны зелеными и увеличить урожай сельскохозяйственных культур. Удобрения можно разделить на три группы:

  1. Минеральные удобрения (фосфорные и калийные) добываются из окружающей среды и измельчаются или подвергаются химической обработке перед применением.
  2. Органические удобрения (навоз и компост) изготавливаются из фекалий животных и разложившегося вещества растений или животных.
  3. Промышленные удобрения (фосфат аммония, мочевина, нитрат аммония) производятся людьми в промышленных масштабах посредством химических реакций.

В то время как органические и минеральные удобрения уже давно используются для повышения урожайности в сельском хозяйстве, промышленные удобрения являются относительно новой разработкой. Тем не менее, промышленные удобрения сегодня являются наиболее широко используемыми удобрениями.

Зачем нужны азотсодержащие удобрения?

Азот является одним из элементов или питательных веществ, необходимых для роста всех живых существ (микроорганизмов, растений и животных). Хотя вокруг нас много азота (~78% воздуха, которым мы дышим), большая часть азота на Земле присутствует в виде бесцветного газа без запаха, называемого газообразным азотом (N 2 ). К сожалению, растения и животные не могут напрямую использовать газообразный азот. Мы, люди, получаем азот из пищи, которую едим.Продукты с высоким содержанием белка, такие как мясо, рыба, орехи или бобы, содержат большое количество азота. Растения получают азот из почвы, а азот является наиболее распространенным питательным веществом, ограничивающим рост растений. Существует два способа естественного преобразования или «фиксации» газообразного азота в азотсодержащие соединения, которые могут попасть в почву без вмешательства человека (рис. 1):

  1. Молния : Удары молнии генерируют достаточно энергии для расщепления газообразного азота в атмосфере с образованием азотсодержащих соединений, которые попадают в почву.
  2. Биологическая фиксация азота : Некоторые микроорганизмы могут использовать газообразный азот непосредственно в качестве питательного вещества. Эти специализированные микроорганизмы превращают газообразный азот в аммоний (NH 4 + ) и называются «азотфиксаторами». Некоторые азотфиксирующие микроорганизмы живут в почве, а некоторые могут формировать тесную связь с корнями определенных растений, таких как бобы или клевер.
  • Рисунок 1. Как газообразный азот фиксируется в форме, пригодной для использования растениями и животными.
  • (A) Удары молнии могут расщепить газообразный азот (красный) в атмосфере. Вновь созданные соединения азота (синие) затем падают на почву и естественным образом удобряют ее. (B) Специализированные микроорганизмы, фиксирующие азот в почве или прикрепленные к корням растений, могут преобразовывать газообразный азот в соединения азота, которые могут использоваться растениями и животными. (C) Газообразный азот можно преобразовать в пригодные для использования в промышленности соединения азота с помощью процесса Габера-Боша для производства удобрений, которые можно непосредственно вносить в почву.

Однако даже при всей этой естественной фиксации азота низкий уровень азота в почве часто ограничивает рост растений. Вот почему большинство удобрений содержат соединения азота и почему промышленные удобрения необходимы для производства достаточного количества урожая, чтобы прокормить население. В настоящее время люди каждый год добавляют в окружающую среду столько же промышленно связанного азота (~ 150 миллиардов килограммов), чем фиксируется естественным путем [1, 2]. Трудно себе представить сто пятьдесят миллиардов килограммов (~330 миллиардов фунтов) чего-либо, но это равно весу примерно 24 миллионов взрослых взрослых слонов!

Как производятся азотсодержащие промышленные удобрения?

Как уже упоминалось, большая часть азота на Земле присутствует в виде газообразного азота, который непригоден для растений и животных.В начале 1900-х годов ученые открыли способ преобразования газообразного азота из атмосферы в азотсодержащие соединения, которые можно было использовать для удобрения почвы (рис. 1). Эта промышленная фиксация называется процессом Габера-Боша . Почти весь азот в промышленных удобрениях фиксируется посредством процесса Габера-Боша.

Эта промышленная фиксация азота осуществляется в химических лабораториях и на крупных заводах по всему миру. Процесс Габера-Боша требует, чтобы газообразный азот был смешан с газообразным водородом (H 2 ) и помещен под огромное давление (в 200 раз выше атмосферного).Это давление вы почувствуете, если нырнете на 2000 метров (~6500 футов) под воду, что больше, чем 6 Эйфелевых башен, поставленных одна на другую! Эта газовая смесь под давлением затем нагревается до очень высоких температур (450°C/842°F). Поддержание этих высоких давлений и температур требует огромного количества энергии. По оценкам, на процесс Габера-Боша ежегодно расходуется 1–2% мирового энергоснабжения [2].

Почему мы используем так много азотосодержащих промышленных удобрений?

Короткий ответ: азотсодержащие удобрения помогают культурным растениям расти быстрее и дают больше урожая.Это позволяет более эффективно использовать сельскохозяйственные угодья, поскольку удобренная земля дает больше продуктов питания. На самом деле изобретение промышленных удобрений — одна из главных причин столь быстрого роста населения Земли за последние 60–70 лет. До широкого использования промышленных удобрений в 1960-х годах потребовалось ~123 года, чтобы население Земли удвоилось с 1 до 2 миллиардов (1804–1927). Однако всего за 45 лет (1974–2019 гг.) население Земли удвоилось с 4 до 8 миллиардов человек.Сейчас мы настолько зависим от азотных удобрений, что без них мы смогли бы производить достаточно пищи, чтобы прокормить около 50% населения мира [1, 2].

Куда попадает азот из азотосодержащих удобрений?

Урожай, конечно же, принимает его! К сожалению, это не конец истории. Для более подробного ознакомления со всеми реакциями в азотном цикле вы должны прочитать эту статью для молодых умов: «Что такое азотный цикл и почему он является ключом к жизни» [3].На среднем сельскохозяйственном поле только около 50% азота удобрений используется культурами [4]. Таким образом, в то время как удобрения улучшают и ускоряют рост сельскохозяйственных культур, половина добавляемого нами связанного азота теряется. Только представьте: каждый год мы теряем эквивалент 12 миллионов азотных слонов (около 165 миллиардов фунтов стерлингов)! Потерянный азот может попасть в атмосферу или быть вымытым из почвы и попасть в водные пути, такие как грунтовые воды, ручьи, озера, реки и океаны (рис. 2). Этот потерянный азот вызывает множество экологических проблем [2].

  • Рисунок 2. Где азот попадает в окружающую среду.
  • Азот из удобрений, который не поглощается растениями, может быть потерян из почвы. (A) Азот может выщелачиваться из почвы и попадать в водные пути либо над землей (озера, ручьи, реки или океаны), либо в грунтовые воды. Выщелачивание азота в водные экосистемы может привести к вредоносному цветению водорослей и эвтрофикации водотоков. (B) Некоторые микроорганизмы способны преобразовывать азот в удобрении в различные азотсодержащие газы.Затем этот газообразный азот может быть потерян в атмосферу в виде парниковых газов.

Какие экологические проблемы вызывают азотсодержащие удобрения?

Некоторые почвенные микроорганизмы могут преобразовывать азот, содержащийся в удобрениях, в азотсодержащие газы, которые выбрасываются в атмосферу, как парниковый газ закись азота (N 2 O). Парниковые газы являются одним из основных факторов, ускоряющих глобальное потепление. Закись азота имеет потенциал нагрева примерно в 300 раз больше, чем наиболее часто упоминаемый парниковый газ, двуокись углерода (CO 2 ).

В водных путях добавление внешних питательных веществ (таких как избыток азота) называется эвтрофикацией . Эвтрофикация — это нежелательное удобрение водного пути, способствующее росту микроорганизмов, водорослей и растений, как и удобрение почвы. Однако быстрый рост микроорганизмов и растений может израсходовать весь кислород этих водотоков и превратить их в так называемые мертвые зоны, ведь водные животные не могут жить без кислорода. Эвтрофикация также может привести к росту видов водорослей, которые производят токсичные химические вещества, называемые вредоносными цветками водорослей .

В то время как нам нужен азот из удобрений в наших сельскохозяйственных почвах, нам не нужен дополнительный азот в нашей атмосфере или водных путях. Это означает, что мы должны сбалансировать положительные преимущества азотных удобрений (больше пищи) с отрицательными последствиями избытка удобрений (экологические проблемы) [1, 2]. Ученые в настоящее время работают над поиском этого баланса, чтобы улучшить нашу текущую ситуацию.

Какие исследования, связанные с удобрениями, проводятся в настоящее время?

Одной из основных целей исследований, связанных с удобрениями, является уменьшение количества промышленно связанного азота, который выбрасывается (примерно на 12 миллионов слонов) в атмосферу и водные пути.Это решение называется повышением эффективности использования азота в сельскохозяйственных условиях. Вот несколько примеров текущих исследований удобрений:

Микробиологи и почвоведы работают над способами улучшения полевых условий, чтобы стимулировать рост естественных почвенных азотфиксирующих бактерий. Кроме того, они также работают над способами предотвращения роста почвенных микроорганизмов, которые способствуют потере связанного азота в атмосферу или водные пути (рис. 3).Вместе это уменьшит общее количество азотсодержащих удобрений, необходимых для получения той же урожайности.

  • Рис. 3. Два примера текущих исследований по повышению эффективности удобрений.
  • (A) Микробиологи и почвоведы работают над улучшением роста азотфиксирующих микроорганизмов, обнаруженных в почве, для увеличения биологической фиксации азота. Это увеличит содержание азота в почве (синий). (B) Биологи растений работают над созданием культурных растений, способных фиксировать газообразный азот (красный) прямо из атмосферы в свои ткани.Это уменьшит потребность в подкормке этих культур азотсодержащими удобрениями.

Химики работают над созданием удобрений, которые стабильны в почве в течение длительного времени и с меньшей вероятностью разрушаются микроорганизмами. Эти удобрения с медленным высвобождением высвобождают небольшие количества питательных веществ за один раз, поэтому питательные вещества доступны на протяжении всей жизни сельскохозяйственных культур. Этот подход по-прежнему зависит от азотсодержащих удобрений, но он уменьшит количество необходимых удобрений и уменьшит потери азота.

Биологи растений пытаются с помощью генной инженерии создать сельскохозяйственные культуры, для которых потребуется меньше азота из удобрений [5]. Эти культуры смогут фиксировать свой собственный азот из газообразного азота, как специализированные азотфиксирующие микроорганизмы. Этим культурам потребуется меньше удобрений для получения того же урожая (рис. 3).

Ученые-компьютерщики и почвоведы вместе разрабатывают интеллектуальные системы внесения удобрений, которые могут отслеживать состояние почвы и воздуха на сельскохозяйственных полях.Затем эти системы могут добавлять небольшое количество удобрений только при необходимости. Это сводит к минимуму количество добавляемых удобрений, делает добавки удобрений ориентированными на потребности сельскохозяйственных культур и уменьшает количество потерянного азота.

Резюме

Удобрения обеспечивают сельскохозяйственные культуры необходимыми питательными веществами, такими как азот, чтобы посевы росли больше, быстрее и производили больше пищи. Однако применение слишком большого количества удобрений может стать проблемой, поскольку это приводит к выбросу парниковых газов и эвтрофикации.В настоящее время ученые пытаются найти решения, позволяющие сократить количество необходимых удобрений без сокращения количества производимой пищи.

Глоссарий

Фиксация азота : Процесс преобразования газообразного азота в азотсодержащие соединения. Фиксация азота может происходить естественным образом в результате ударов молнии, осуществляться специализированными микроорганизмами или осуществляться в промышленных масштабах.

Процесс Габера-Боша : Промышленный процесс фиксации азота, который можно проводить в лаборатории для производства компонентов удобрения.Он был открыт и назван в честь ученых Фрица Габера и Карла Боша.

Парниковые газы : Газы, которые удерживают тепло в атмосфере подобно тому, как крыша теплицы удерживает тепло, чтобы защитить растущие в ней растения от холода и мороза.

Эвтрофикация : Изменение состояния питательных веществ в окружающей среде, вызванное высоким содержанием питательных веществ (азот или фосфор), поступающим в водные пути (озера, реки или океаны).Одним из основных последствий является вредоносное цветение водорослей и гибель водных организмов.

Вредоносное цветение водорослей : Когда цианобактерии и водоросли растут очень быстро из-за большого количества питательных веществ (азота или фосфора), присутствующих в водах, в которых они живут. Эти цианобактерии и водоросли выделяют вредные химические вещества — токсины — в водные пути.

Конфликт интересов

Авторы заявляют, что исследование проводилось при отсутствии каких-либо коммерческих или финансовых отношений, которые могли бы быть истолкованы как потенциальный конфликт интересов.

Благодарности

Линнея Коп любезно создала и предоставила разрешение на использование своих иллюстраций для всех рисунков, использованных в этой статье.


Каталожные номера

[1] Галлоуэй, Дж. Н., Лич, А. М., Эрисман, Дж. В., и Бликер, А. 2017. Азот: исторический прогресс от невежества к знанию с целью будущих решений. Рез. почвы. 55:417–24. дои: 10.1071/SR16334

[2] Эрисман, Дж.W., Galloway, J.N., Dice, N.B., Sutton, M.A., Bleeker, A., Grizzetti, B., et al. 2015. Азот: слишком много жизненно важного ресурса. Научный бюллетень . Zeist: WWF Нидерландов.

[3] Aczel, M. 2019. Что такое азотный цикл и почему он имеет ключевое значение для жизни? Перед. Молодые умы 7:41. doi: 10.3389/frym.2019.00041

[4] Hirel, B., Tétu, T., Lea, P.J., и Dubois, F. 2011. Повышение эффективности использования азота в сельскохозяйственных культурах для устойчивого сельского хозяйства. Устойчивое развитие 3:1452–85. дои: 10.3390/su3091452

[5] Гуд, А., 2018. На пути к растениям, фиксирующим азот: согласованные исследовательские усилия могут привести к получению инженерных растений, которые могут напрямую фиксировать азот. Наука 359:869–70. doi: 10.1126/science.aas8737

Азот и вода | Геологическая служба США

•  Школа наук о воде ДОМАШНЯЯ СТРАНИЦА  • Темы свойств воды  •  Темы качества воды  •

Азот и вода

Шугар-Крик, штат Индиана, представляет собой ручей, протекающий через удобренные сельскохозяйственные угодья.

Питательные вещества, такие как азот и фосфор , необходимы для роста и питания растений и животных, но переизбыток некоторых питательных веществ в воде может вызвать ряд неблагоприятных последствий для здоровья и окружающей среды. Азот в форме нитратов, нитритов или аммония является питательным веществом, необходимым для роста растений. Около 78% воздуха, которым мы дышим, состоит из газообразного азота, а в некоторых районах Соединенных Штатов, особенно на северо-востоке, определенные формы азота обычно осаждаются в виде кислотных дождей .

Конечно, азот используется в сельском хозяйстве для выращивания сельскохозяйственных культур, и на многих фермах ландшафт был значительно изменен , чтобы максимизировать производительность сельского хозяйства. Поля были выровнены и изменены для эффективного отвода избыточной воды, которая может выпадать в виде осадков или в результате ирригационных методов .

На этом изображении показан Шугар-Крик в Индиане, сильно модифицированный для использования человеком. Как обычно бывает в небольших сельскохозяйственных ручьях, Шугар-Крик был выпрямлен, углублен и в нем были установлены дренажные трубы, чтобы способствовать быстрому отводу воды с сельскохозяйственных угодий.Если на посевных полях обнаруживается избыток азота, дренажные воды могут попадать в такие потоки, как эти, которые впадают в другие более крупные реки и могут оказаться в Мексиканском заливе, где избыток азота может привести к гипоксии (недостаток кислорода). ).

Источники азота

Удобрения и другие химикаты применяются на полях по всему миру. Из-за стока избыточные химические вещества могут попасть в водоемы и нанести ущерб качеству воды.

Предоставлено: Pixabay — Creative Commons

Хотя в окружающей среде много азота, он также поступает с сточными водами и удобрениями.Химические удобрения или навоз обычно вносят в сельскохозяйственные культуры для добавления питательных веществ. Удержание на месте всего азота, поступающего на фермы в качестве корма или удобрения и образующегося с навозом, может оказаться трудным или дорогостоящим. Если на фермах не построены специализированные сооружения, сильные дожди могут генерировать стоки, содержащие эти материалы, в близлежащие ручьи и озера. Очистные сооружения , которые специально не удаляют азот, также могут привести к избыточному уровню азота в поверхностных или подземных водах.

Нитраты могут попасть в воду непосредственно в результате стока удобрений, содержащих нитраты. Некоторое количество нитратов попадает в воду из атмосферы, которая несет азотсодержащие соединения, полученные от автомобилей и других источников. Ежегодно в Соединенных Штатах из атмосферы выпадает более 3 миллионов тонн азота, полученного либо естественным путем в результате химических реакций, либо в результате сжигания ископаемого топлива, такого как уголь и бензин. Нитраты также могут образовываться в водоемах в результате окисления других форм азота, включая нитриты, аммиак и органические соединения азота, такие как аминокислоты.Аммиак и органический азот могут попадать в воду через канализационные стоки и стоки с земель, на которые вносился или хранился навоз.

Источники азота в Мексиканский залив

Определение источников питательных веществ является сложной задачей, поскольку бассейн реки Миссисипи площадью более 1,2 миллиона квадратных миль является четвертым по величине бассейном в мире. Он охватывает почти 40 процентов 48 нижних штатов. Есть 31 штат, которые впадают через бассейн реки Миссисипи в Мексиканский залив, и источники питательных веществ находятся по всему бассейну .

Удобрения, используемые для выращивания сельскохозяйственных культур, загрязнение воздуха и навоз являются одними из основных источников азота, переносимого из бассейна реки Миссисипи в Мексиканский залив.

Проблемы с избыточным уровнем азота в окружающей среде

Избыток азота может нанести вред водоемам

Избыток азота может вызвать чрезмерную стимуляцию роста водных растений и водорослей. Чрезмерный рост этих организмов, в свою очередь, может засорить водозаборы, израсходовать растворенный кислород при их разложении и заблокировать проникновение света в более глубокие воды. Озеро и водохранилище может произойти эвтрофикация, в результате которой на поверхности воды образуется неприглядная пена из водорослей, иногда это может привести к гибели рыбы и даже может «убить» озеро, лишив его кислорода. Эффективность дыхания рыб и водных беспозвоночных может привести к уменьшению разнообразия животных и растений и повлиять на использование нами воды для рыбалки, плавания и катания на лодках.

Избыток азота в воде может нанести вред человеку

Цветение водорослей на озере Ле-Аука-На, штат Иллинойс.

Слишком большое количество азота в виде нитратов в питьевой воде может быть вредным для младенцев или молодняка домашнего скота. Избыток нитратов может привести к ограничению транспорта кислорода в кровотоке. Младенцам в возрасте до 4 месяцев не хватает фермента, необходимого для исправления этого состояния («синдром синего ребенка»).

Изменение содержания нитратов в США

Концентрация нитратов (форма азота) в водоемах сильно различается по всей территории Соединенных Штатов. Природные и антропогенные процессы определяют концентрацию нитратов в воде.Национальная программа атмосферных отложений разработала карты, показывающие закономерности нитратов, такие как приведенная ниже карта, показывающая пространственную структуру нитратов в выбранных местах отбора проб в 2002 г. Вы должны знать, что эта контурная карта была разработана с использованием измерений нитратов в конкретных местах отбора проб; таким образом, контуры и изолинии были созданы с использованием интерполяции между точками данных. Вам не обязательно использовать карту для документирования содержания нитратов в водоеме в определенном месте на карте, а скорее использовать карту в качестве общего индикатора содержания нитратов по всей стране.

Источник: Национальная программа атмосферного осаждения (NRSP-3)/Национальная сеть тенденций. (2004). Офис программы NADP, Служба водных ресурсов штата Иллинойс, 2204 Griffith Dr., Champaign, IL 61820.

Риски загрязнения нитратами неглубоких грунтовых вод

Большая часть страны использует подземные воды в качестве основного источника воды для многих нужд, от питьевой воды и других бытовых нужд до ирригации и общественных нужд, таких как снабжение водой парков. Конечно, геология и факторы, влияющие на доступность подземных вод, сильно различаются географически, но во многих местах, таких как южная Джорджия, есть водоносные горизонты, которые могут поставлять большое количество пресной воды очень близко к поверхности земли.Поскольку загрязнение азотом представляет большую проблему для неглубоких водоносных горизонтов , стоит знать, какие водоносные горизонты в Соединенных Штатах будут более подвержены риску загрязнения азотом .

Карта ниже, разработанная для исследования Геологической службы США, показывает районы с самым высоким риском загрязнения неглубоких грунтовых вод нитратами. Как правило, уязвимость водоносного горизонта представлена ​​характеристиками дренажа почвы — легкостью, с которой вода и химикаты могут просачиваться в грунтовые воды — и степенью, в которой лесные массивы перемежаются с посевными площадями.Использование карты рисков для выявления и определения приоритетности загрязнения на более подробном уровне, чем представлено здесь, не рекомендуется, поскольку местные различия в землепользовании, методах орошения , типе водоносного горизонта и осадках могут привести к концентрациям нитратов, которые не соответствуют схемам риска. показаны в национальном масштабе.

Из циркуляра USGS 1225 «Качество вод нашей страны».

 

 

Хотите узнать больше об азоте и воде?  Следуйте за мной на веб-сайт Питательные вещества и эвтрофикация!

советов по снижению содержания азота в почве

Слишком большое количество азота в почве может нанести вред растениям, но в то время как добавление азота относительно легко, удалить избыток азота из почвы немного сложнее.Уменьшить азот в садовой почве можно, если у вас есть терпение и немного знаний. Давайте посмотрим, как исправить слишком много азота в почве.

Советы по снижению содержания азота в почве

Использование растений, снижающих содержание азота в садовой почве

Чтобы удалить лишний азот из почвы, нужно связать азот, который находится в почве, с чем-то другим. К счастью, как садовник, вы, вероятно, выращиваете много вещей, связывающих азот, — другими словами, растения. Любое растение использует некоторое количество азота из почвы, но такие растения, как кабачки, капуста, брокколи и кукуруза, потребляют большое количество азота во время роста.Выращивая эти растения там, где в почве слишком много азота, растения будут использовать избыток азота.

Имейте в виду, однако, что пока они будут расти там, растения могут выглядеть болезненно и не будут давать много фруктов или цветов. Имейте в виду, что вы выращиваете эти растения не для пищевых целей, а скорее как губки, которые помогут снизить содержание азота в почве.

Использование мульчи для удаления избыточного азота из почвы

Многие люди используют мульчу в своем саду и имеют проблемы с тем, что мульча истощает азот в почве по мере ее разложения.Когда в почве слишком много азота, вы можете использовать эту обычно неприятную проблему себе во благо. Вы можете уложить мульчу на почву с избытком азота, чтобы вытянуть часть избыточного азота из почвы.

В частности, для этого хорошо подходит дешевая окрашенная мульча. Дешевая окрашенная мульча, как правило, изготавливается из обрезков мягких пород древесины, и они будут использовать большее количество азота в почве по мере их разложения. По этой же причине опилки также можно использовать в качестве мульчи, чтобы уменьшить содержание азота в почве.

Когда в почве слишком много азота, ваши растения могут выглядеть пышными и зелеными, но их способность плодоносить и цвести будет значительно снижена. Хотя вы можете предпринять шаги по уменьшению содержания азота в садовой почве, лучше вообще не добавлять слишком много азота в почву. Аккуратно используйте органические или химические удобрения с азотом. Проверьте свою почву, прежде чем добавлять азот в почву, чтобы избежать избытка азота в почве.

Глобальный азотный цикл и избыток азота

Глобальный азотный цикл и избыток азота

Лин-Сян Чен


5 ноября 2015 г.

Представлено в качестве курсовой работы для Ph340, Стэнфордский университет, осень 2015 г.

Введение

Рис.1: Красный прилив. (приобретен Спектрорадиометр с визуализацией среднего разрешения (MODIS) на спутнике NASA Terra, 17 февраля 2002 года. НАСА.)

Азот, занимающий 79% атмосферы с форма N 2 , является одним из основных компонентов, который необходим для жизни. К сожалению, большая часть его находится в нереактивной форме. N 2 газ, реактивная форма азота недостаточна для поддерживать жизнь человека на земле.[1] Человек начал вмешиваться и разработаны технологии преобразования N 2 в химически активный азот соединений, чтобы обогатить почву, на которой растут сельскохозяйственные культуры.

Однако количество произведенного реактивного азота стремительно растет, а загрязнение азотом распространяется по всему миру, а не только ветром и водой естественным образом, а также международной торговлей, например, кораблями и грузовики. [2] До сих пор круговорот азота серьезно управление возмущением от действий человека.

Что такое азотный цикл?

Круговорот азота состоит из четырех процессов: денитрификация. [3] Все организмы должны ждать, пока азот «фиксируется» растениями до того, как они смогут извлечь питательные вещества из NH 4 + , NO 3 , основной соединения, которые они могут использовать. [4] Два основных природных источника новых Азот, входящий в этот цикл, является осветляющим и азотфиксирующим. организмы, сравнительно небольшое количество водорослей и бактерий.[4]

Стандартной единицей измерения азотного цикла является тераграмм (Tg), что эквивалентно миллиону тонн азота. То сочетание биологически доступного азота, закрепленного осветлением (5~10 миллионов тонн) и микробов (120~140 миллионов тонн) на суше. около 140 миллионов тонн. [4] В процессе нитрификации нитрат, который является наиболее важной формой азота с точки зрения формируется сельское хозяйство. [4] В процессе денитрификации нитрит а нитрат восстанавливается до оксидов азота и молекулярного азота.Стол 1 иллюстрирует азотный цикл.

Вмешательство человека и проблемы с избытком азота

Самый большой человеческий источник реактивного азота находится из азотных удобрений. В настоящее время процесс Габера-Боша используется для производить около 100 Тг реактивного азота в год во всем мире и мировое использование азотных удобрений увеличивается примерно на 15 Тг на год. [2] По сравнению с природным источником реактивного азота 140 Тг. ежегодно человеческий источник значительно меняет содержание азота цикл.

Реакция Формула
Крепление Н 2 +6 Н + + 6 e → 2 NH 3
Ассимиляция Неорганический N → путь GS/GOGAT → Органический N
Аммонификация О=С(NH 2 ) 2 → 2 NH 3 + CO 2 + Н 2 О
Денитрификация 2 НЕТ 3 — 2 НЕТ 2 — Н 2 О — № 2
Таблица 1: Цикл азота.[3]

Избыток азота вызывает многочисленные проблемы со здоровьем и экологические проблемы, перечисленные ниже: [5]

  • Прибрежные мертвые зоны и гибель рыбы из-за сильная эвтрофикация или гипоксия в результате нитратов сток и выщелачивание в речные системы. Хотя красный прилив на рис. 1 вызвано не искусственным источником питательных веществ, а способны использовать искусственные питательные вещества для роста.

  • Утрата биоразнообразия наземных, пресноводные и прибрежные водные системы из-за эвтрофикации и подкисление.

  • Загрязнение подземных вод нитратами.

  • Загрязнение пресной воды вследствие эвтрофикации и подкисление.

  • Воздействие на здоровье человека в результате образование аэрозолей и приземного (тропосферного) озона, основной компонент смога, вызывающий респираторные заболевания.

  • Уменьшенные культуры, леса и пастбища производительность из-за осаждения азота и чрезмерного удобрения, а также приземный озон контакт.

  • Глобальное изменение климата и истощение стратосферный озон, защищающий жизнь на Земле от вредных ультрафиолетовые (УФ) лучи.

Правила обращения с избыточным азотом

Говоря непрактично, если многие мясоеды должны были перейти на в основном вегетарианскую диету, фермеры могли сажать гораздо меньше обогащенного азотом зерна, большая часть которого идет на корм животным и подсластители.[2] Но потребление мяса в США и Азии скорее растет, чем падает. [2]

Более практичным, низкотехнологичным и недорогим решением является улучшить методы севооборота и удобрения фермерами своих земель. Вместо внесения удобрений осенью, так как большинство фермеров в Среднего Запада, альтернатива состоит в том, чтобы добавить точно нужное количество удобрения именно тогда, когда это необходимо, предотвращая большую часть удобрения от смывания зимним снегом и весенней распутицей.[2]

Другие политики предполагают, что акцент на естественном производство («фиксация» азота) при ограничении потоков реактивного азота и фиксировать азот таким образом, чтобы он не возвращался обратно в окружающую среду может быть полезным решением. [5] Более того, повторное использование азота и используя технологию, которая превращает азот обратно в нереакционноспособный азот (N 2 ) как можно скорее было бы отличным раствор для контроля избыточного количества азота.[5]

Выводы

Азот жизненно важен как источник энергии для выращивания продуктов питания для растущей популяции человечества. Но неравномерное распределение вызывает нехватку продовольствия в некоторых частях мира, в то время как в других местах слишком много азота. Обе ситуации отрицательно сказываются на окружающая обстановка. Чтобы эффективно решить эту проблему, избыток азота следует рассматривать как серьезное загрязнение, также азот удобрения должны использоваться с большей эффективностью, а азот должен быть более равномерно распределены по миру для удовлетворения потребностей в продуктах питания, особенно в районе с острой нехваткой продовольствия.

© Лин-Сян Чен. Автор предоставляет разрешение копировать, распространять и отображать эту работу в неизменном виде, со ссылкой на автора, только в некоммерческих целях. Все другие права, включая коммерческие права, сохраняются за автор.

Артикул

[1] Дж.В. Эрисман и др. , «Восстановленное содержание азота в Экология и окружающая среда // Экология. Загрязн. 150 , 140, (2007).

[2] С. Филдс, «Global Азот, выход из-под контроля, «Окружающая среда. Перспектива здоровья. 112 , А556 (2004 г.).

[3] Э. Б. Р. Перотти и А. Пиделло, «Взаимодействие растений, почвы и микроорганизмов в азотном цикле: Azospirillum Inoculation», в Advances in Selected Plant Аспекты физиологии , изд. Дж. Монтанаро (InTech, 2014), с. 189.

[4] P.M. Vitousek et al. , «Человеческое изменение глобального азота Цикл: причины и последствия», Экологическое общество Америки, Весна 1997 года.

[5] «Избыток азота в окружающей среде», в Ежегоднике ЮНЕП за 2014 г., Программа ООН по окружающей среде, 2014 г., с. 6.

В водных путях США слишком много азота и фосфора | Новости ПФР

Согласно новому исследованию, даже незначительная деятельность человека может увеличить концентрацию питательных веществ в пресных водах, что может нанести ущерб окружающей среде.

Эти результаты показывают, что большинство ручьев и рек США имеют более высокие уровни азота и фосфора, чем рекомендуется.Хотя питательные вещества являются естественной частью водных экосистем, таких как ручьи и реки, слишком большое их количество может иметь долгосрочные последствия для окружающей среды и здоровья населения.

Во Флориде выбросы насыщенных фосфором вод озера Окичоби вызвали цветение токсичных сине-зеленых водорослей. Цветение водорослей создает неприятный запах вдоль водных путей, снижает содержание растворенного кислорода, угрожает сообществам насекомых и рыб и даже может производить токсины, вредные для млекопитающих и человека.

«Экосистемы перегружены устаревшими и современными азотом и фосфором, и их способность удерживать эти питательные вещества во многих случаях снижается», — сказал доцент ПФР Джон Коминоски, эколог и соавтор исследования.«Они не только перегружены питательными веществами, но они также претерпевают и продолжают подвергаться гидрологическим изменениям и изменениям в землепользовании».

По мере роста населения и потребностей все больше земель, включая водно-болотные угодья, используются для сельскохозяйственных и городских нужд. Это может принести на землю больше азота и фосфора, которые в конечном итоге попадут в водоемы. По словам Коминоски, что еще хуже, эрозия почвы и изменение климата также влияют на загрязнение питательными веществами, что приводит к экспорту питательных веществ в прибрежные воды.

Азот, скорее всего, поступает от транспорта, промышленности, сельского хозяйства и внесения удобрений, в то время как повышенное содержание фосфора чаще всего является результатом сброса сточных вод, усиленной эрозии почвы и стока из городских водосборных бассейнов.

«Высокие концентрации азота и фосфора в наших водных путях вызывают беспокойство, поскольку они угрожают здоровью человека и экосистемы», — сказал Дэвид Мэннинг, доцент биологии Университета Небраски в Омахе и ведущий автор статьи.«Питательные вещества необходимы для всей жизни, но когда они поднимаются слишком высоко в наших водных путях, они могут коренным образом изменить внешний вид и работу ручья».

Помимо цветения водорослей, эти повышенные концентрации питательных веществ могут привести к недостатку видового разнообразия и истощению кислорода. Высокие концентрации питательных веществ также могут влиять на чистоту воды, которую мы пьем.

Загрязнение биогенными веществами представляет собой сложную проблему. Хотя еще предстоит проделать большую работу по разработке инструментов управления и установлению пороговых значений концентрации питательных веществ в ручьях и реках, лучшее понимание того, как питательные вещества транспортируются через взаимосвязанную сеть водных путей, может помочь найти решения.

Related Post