Санкт-Петербургский Государственный Аграрный Университет
Кафедра агрохимии
Курсовая работа
Формы азотных удобрений и особенности их применения
Выполнила:
Студентка группы 1312
Миронова А.И.
Руководитель:
Царенко В.П.
Санкт-Петербург-Пушкин
2007
План курсовой работы
Введение.
Глава 1.
1.1. Роль азота в жизни растений.
1.2. Азотное питание растений.
1.3. Круговорот и баланс азота в земледелии.
1.4. Трансформация азота удобрений в почвах и его использование растениями.
1.5. Эффективность азотных удобрений и способы снижения потерь.
Глава 2.
2.1. Характеристика азотных удобрений.
2.2. Аммиачные удобрения.
2.3. Аммонийные удобрения.
2.4. Нитратные удобрения.
2.5. Аммонийно-нитратные удобрения.
2.6. Амидные удобрения.
2.7. Медленнодействующие формы азотных удобрений.
Введение
Агрохимия, являясь частью комплексной науки агрономии, изучает взаимодействие между растением, почвой и удобрением в процессе питания сельскохозяйственных культур. По определению Д.Н. Прянишникова, главная её задача – изучение круговорота веществ в земледелии и выявления тех мер воздействия на химические процессы, протекающие в почве и растении, которые могут повышать его урожай или изменять его качество. Современная агрохимия – теоретическая, биологическая и химическая дисциплина, имеющая прямую связь с практикой сельскохозяйственного производства, её главная цель заключается в управлении круговоротом и балансом химических элементов в системе почва – растение. Агрохимия по праву занимает центральное место среди агрономических дисциплин, т.к. решающим условием повышения урожайности становится химизация сельскохозяйственного производства в сочетании с механизацией и мелиорацией.
Задача современного агрохимика состоит в определении точных параметров круговорота всех биогенных элементов с учётом зон выращивания и специфики разных растений и их сортов, в создании наилучших для них условий питания с учётом знания свойств различных видов и форм удобрений, особенностей их взаимодействия с почвой, определение наиболее эффективных форм, способов, сроков применения.
В своей работе я рассматриваю особенности применения разных форм азотных удобрений
Глава 1.
1.1. Роль азота в жизни растений.
Химический элемент азот был открыт во второй половине 18 века французским химиком Лавуазье, он составляет 78,08% атмосферного воздуха. В настоящее время наука располагает огромной информацией о роли азота в жизни растений и путях его трансформации, начиная от прорастания семян и заканчивая полным циклом развития растений. Физиологическое значение азота связано, прежде всего, с тем, что он является обязательным компонентом всех белковых веществ (составляет 16 – 18% их массы) которые входят в состав протоплазмы и ядра, а так же в состав таких жизненно важных для растений органических соединений, как хлорофилл, фосфатиды, гормоны и большинство витаминов. С белковыми веществами неразрывно связана биокаталическая активность протоплазменных структур, т.к. все содержащиеся в клетке ферменты имеют в своей основе молекулу белка. Большая группа ферментов состоит исключительно из белков.
При недостаточном снабжении растений азотом замедляется образование ферментов, а это ведёт к ослаблению процессов биосинтеза и, в конечном счете, к снижению урожая, уровень которого можно корректировать, регулируя азотное питание, поскольку именно азот является ведущим фактором в повышении урожайности. При хорошем азотном питании синтез белковых веществ повышается, стебли и листья приобретают интенсивную зелёную окраску, а при недостатке азотного питания рост растений сильно ухудшается, ухудшается формирование репродуктивных органов, в первую очередь это сказывается на развитии вегетативной массы: стебли плохо ветвятся, становятся тоньше, листья мельче, цвет бледнее
(Д.А. Филимонов, 1976).
Среднее содержание азота в растениях находится в пределах 0,5 – 5,0% воздушно-сухой массы. Больше всего его в семенах, в вегетативных органах мало, ещё меньше в корне-, клубнеплодах и овощных культурах. Вообще содержание азота может меняться в зависимости от возраста растений, почвенно-климатических условий, обеспеченности питательными элементами. В молодом возрасте вегетативные органы наиболее богаты азотом, а по мере их старения азотистые вещества передвигаются во вновь появляющиеся листья и побеги (Б.А. Ягодин, 2004).
1.2. Азотное питание растений.
Среди источников азотного питания растений большое значение принадлежит неорганическим соединениям и в первую очередь нитратному и аммиачному азоту. Вопрос о способности растений усваивать ту или иную форму соединений азота потребовал для своего окончательного решения длительного времени. На протяжении почти всего 19 века проблема азотного питания решалась путём противопоставления 2 форм соединений: аммиачной и нитратной. Лишь к концу столетия стала распространяться точка зрения, согласно которой обе формы азотистых соединений могут в определённых условиях служить источником азотистой пищи. В решение этой задачи существенный вклад внёс выдающийся учёный Д.Н.Прянишников. Он установил, что растения, для синтеза органических веществ могут использовать аммиачный азот быстрее, чем азот нитратов. Преимущество аммиачного питания по сравнению с нитратным объясняется тем, что аммиачный азот стоит ближе к продуктам синтеза азотосодержащих веществ в растениях, чем нитраты, которые прежде чем стать непосредственными продуктами синтеза аминокислот и белков, должны быть восстановлены до аммиака. Аммиачный азот, поступивший в растения или образовавшийся в них в результате восстановления нитратов и нитритов, не накапливается в растениях, но при участии углеводов и продуктов их окисления идёт на образование аминокислот и амидов, накопление которых в больших количествах не вредит растениям, тогда как накопления аммиака нежелательно. Аминокислотам и их амидам принадлежит важное место в синтезе белков. Наряду с этим идут процессы их распада через аминокислоты до аммиака. Таким образом, с одной стороны аммиак, поглощённый растением или образовавшийся в результате восстановления нитратов, является первичным исходным материалом для синтеза белков, с другой – конечным продуктом распада белков в нём. На основании этого Д.Н.Прянишников высказал положение, что аммиак есть альфа и омега азотистого обмена веществ в растении, т.е. этот процесс начинается аммиаком и им же заканчивается
(П.А. Баранов, 1961).
Процессы азотного обмена веществ происходят в течение всего времени роста и развития растений. Характер этих процессов зависит от многих факторов, среди которых большое значение имеют вид и возраст растений, обеспеченность их углеводами, условия среды и, в частности, условия питания. Несмотря на исключительно важную роль аммиака в процессах синтеза азотистых веществ в растениях, не всегда аммиачное питание оказывается лучшим, по сравнению с нитратным. Иногда бывает наоборот – нитратное даёт более положительные результаты, чем аммиачное. Это зависит от влияния условий на характер поступления форм азота и их усвоения растениями (Д.Н. Прянишников, 1945).
1.3. Круговорот и баланс азота в земледелии.
Соединения минерального азота в почве очень подвижны и динамичны. Их содержание и трансформация являются результатом многочисленных физических, физико-химических и биологических процессов круговорота азота. В естественных биоценозах происходит замкнутый цикл круговорота. Он включает приходные статьи: поступление азота с растительным опадом, остатками корней, экскрементами и останками животных; биологическую фиксацию атмосферного азота микроорганизмами, поступление NO3 и NH4 с атмосферными осадками, и, соответственно, расходные: использование растениями, инфильтрация и денитрификации, потери в результате водной и ветровой эрозии.
Соотношение приходных и расходных величин в круговороте азота составляет баланс этого элемента. Если расход превышает накопление, баланс будет отрицательным, в противоположном случае – положительным, если же обе величины равны – баланс нулевой (уравновешенный), он характерен для природных биоценозов. В процессе освоения земельных участков уравновешенный баланс нарушается: потери значительно превышают поступление, и почва обедняется данным элементом. В такой ситуации внесение азотных удобрений и навоза может ликвидировать дефицит в азотном балансе почвы и создать условия для сохранения и повышения её плодородия. Это одно из важнейших условий интенсивного земледелия
(Б.А. Ягодин, 2004).
1.4. Трансформация азота удобрений в почвах и его использование растениями.
Почти все азотные удобрения хорошо растворимы в воде. Нитратные формы передвигаются в почве вместе с почвенной влагой и никаким видом поглощения, кроме биологического не связываются. Аммиачные и аммонийные формы при внесении в почву поглощаются её ППК и переходят в обменно-поглощённое состояние, в дальнейшем при благоприятных для процессов нитрификации условиях они трансформируются в нитраты и приобретают все их свойства. Таким образом, почти все азотные удобрения изначально, или в процессе нитрификации накапливаются в почве в форме нитратов, которые, в свою очередь подвергаются процессам денитрификации. Они протекают почти во всех почвах, и основные потери азота, составляющие 20 – 30% от внесённого, связаны именно с ними. Являясь причиной наиболее значительных потерь азота из почвы, с агрономической точки зрения процессы денитрификации могут быть оценены как негативные, однако с экологической точки зрения они могут играть и позитивную роль, т.к. «освобождают» почву от неиспользованных растениями нитратов и ограничивают их поступление в водоёмы и дренажные воды. В процессе жизнедеятельности микроорганизмов часть азота удобрений в почве трансформируется в органические неусвояемые для растений формы. Установлено, что в результате процесса иммобилизации около 10 – 12% азота нитратных и 30 – 40% аммонийных, аммиачных и амидных удобрений закрепляется в почве в органической форме
(Д.А. Сабинин, 1955).
Ранее полагали, что растение использует в год внесения азотных удобрений 60 – 70% содержащегося в них азота, в последствии же выяснилось, что весь внесённый в почву азот удобрений расходуется за один вегетационный период: часть используется растениями, часть иммобилизуется, и часть безвозвратно теряется (Б.А. Ягодин, 2004).
1.5. Эффективность азотных удобрений и способы снижения потерь.
Сбалансированное применение азотных удобрений существенно повышает содержание витаминов в растениях, увеличивает содержание аскорбиновой кислоты, каротина, тиамина, рибофлавина и миозина. Нитратная форма в большей степени способствует накоплению аскорбиновой кислоты, чем аммонийная
(Д.А. Филимонов, 1978).
Повышение эффективности азотных удобрений связано с увеличением продуктивного использования азота растениями и снижения его безвозвратных потерь. Решается это за счёт совершенствования агротехнических и мелиоративных мероприятий и за счёт оптимизации условий питания растений:
1) Применение оптимальных доз и форм удобрений с учётом биологических особенностей растений, свойств самих удобрений и почвенно-климатических условий.
2) Приближение сроков внесения удобрений к периоду интенсивного потребления азота растениями с учётом их биологических и сортовых особенностей.
3)Использование ингибиторов нитрификации – препаратов, угнетающих жизнедеятельность нитрифицирующих бактерий и обеспечивающих сохранение азота в аммонийной форме.
4) Внедрение новых форм медленнодействующих азотных удобрений с контролируемой скоростью высвобождения азота
(Б.А. Ягодин, 2004).
Глава 2.
2.1. Характеристика азотных удобрений.
В зависимости от формы соединения азота все азотные удобрения можно разделить на виды:
Аммиачные – азот в форме свободного аммиака;
Аммонийные – азот в виде иона аммония, связанного с какой-либо кислотой;
Нитратные - азот в окисленной форме, в виде солей азотной кислоты;
Аммонийно-нитратные – азот присутствует одновременно в аммонийной и в нитратной формах;
Амидные – азот находится в органической форме в виде амидов.
2.2. Аммиачные удобрения.
В качестве жидких аммиачных удобрений применяют жидкий (безводный) и водный (аммиачная вода) аммиак. Жидкий аммиак – самое концентрированное безбалластное удобрение, он содержит 82,3% азота. Водный аммиак – раствор аммиака в воде, содержащий 20 – 25% аммиака, выпускают 2 сорта: первый содержит 20,5% азота (25% аммиак), второй – 16,4% (20% аммиак).
Жидкие аммиачные удобрения имеют ряд преимуществ перед твёрдыми: производство проще и дешевле, все процессы, связанные с погрузкой, выгрузкой и применением полностью механизированы, они более равномерно распределяются в почве, не обладают такими отрицательными свойствами твёрдых, как слёживаемость и расслоение.
Азот таких удобрений находится в основном в форме свободного аммиака, и только незначительная часть в виде катиона NH4+. Это определяет их отличие от твёрдых нитратных и аммонийных удобрений не только по физическим, но и по агрохимическим свойствам. Внесённый в почву жидкий аммиак превращается в газ, который адсорбируется почвенными коллоидами и поглощается почвенной влагой, образуя гидроксид аммония. Он взаимодействует с анионами почвенного раствора и даёт разные соли и, вступая во взаимодействие с почвенными коллоидами, поглощается твёрдой фазой почвы. Удержание аммиака зависит от общей ёмкости поглощения, механического состава, влажности, структуры почвы, содержания и состава гумуса, реакции среды, а так же от глубины и способа заделки. На тяжёлых, богатых органическим веществом почвах нормального увлажнения аммиак поглощается лучше, чем на лёгких, бедных гумусом (Б.А. Ягодин, 2004).
Жидкие азотные удобрения применяются в качестве основного удобрения под все культуры. Вносить их можно как весной, под посев яровых и в подкормку пропашных, так и осенью, под посев озимых хлебов, однако при этом следует учитывать гранулометрический состав т.к. на лёгких почвах это сопряжено с возможной потерей аммиака, т.к. часть его не будет адсорбироваться ППК. Учитывая локальность размещения аммиака, применять их следует при расстановке подкормочных сошников под полевые культуры сплошного сева на 25 см, а на лугах и пастбищах – 35 см. По мере нитрификации образующиеся нитраты передвигаются с почвенной влагой в зону, доступную для корней. Её интенсивность зависит от свойств почвы – в чернозёмах и окультуренных дерново-подзолистых она происходит быстрее, чем в кислых подзолах. По агрономической эффективности жидкие азотные удобрения не уступают твёрдым. В некоторых случаях жидкий аммиак может быть более эффективен, в частности, на лёгких почвах в условиях орошения или в увлажнённых районах (Д.А. Кореньков, 1958).
Растворы азотосодержащих солей в концентрированном водном аммиаке называются аммиакатами. В качестве компонентов чаще всего используют мочевину, аммиачную и кальциевую селитру, к ним также относятся углеаммиакаты, получившие большое распространение в нашей стране – водные растворы карбоната, бикарбоната аммония и мочевины, содержащие 4 – 7% свободного аммиака и 18 – 35% общего азота. Все аммиакаты очень разнообразны как по общему содержанию азота, так и по соотношению его различных форм, и, в связи с этим, разнообразны по физическим свойствам, удельному весу, температуре, кристаллизации и т.д. По степени упругости паров их разделяют на 2 группы: с умеренной упругостью (0,2 – 0,7 атм) содержат 35 – 40% азота и с повышенной (0,7 – 3,6 атм) – 40 – 50% азота.
По действию на урожай они равноценны твёрдым азотным удобрениям. При их внесении необходимо соблюдать глубину заделки в почвах разного гранулометрического состава. Также следует учитывать, что диффузия аммиака в почве не превышает 8 – 10 см, поэтому расстояние между сошниками следует устанавливать не более 20 – 25 см, а при подкормке пропашных расстояние между ними устанавливается по ширине междурядий (Ф.В. Турчин, 1957).
2.3. Аммонийные удобрения.
К аммонийным удобрениям относят углекислые соли аммония его сульфат (20,5% азота) и хлорид (24 – 25 %).
Внесённые в почву аммонийные удобрения быстро растворяется и ион NH4 входит в ППК, а в раствор переходит эквивалентное количество вытесненных катионов. Переходя в обменно-поглощённое состояние, ион аммония теряет подвижность, поэтому, в условиях промывного водного режима он не вымывается из почв и хорошо усваивается растениями. В дальнейшем из-за нитрификации аммонийный азот переходит в нитратную форму, (скорость перехода зависит от наличия необходимых для этого процесса условий (температура, влажность, аэрация, реакция почвы, степень окультуренности почвы)), в почве образуется азотная кислота, освобождается соляная или серная. В почве они нейтрализуются. Нейтрализация сопровождается использованием бикарбонатов почвенного раствора и вытеснением оснований из ППК водородом, это повышает кислотность почвы. Однократное внесение аммонийных удобрений может не повлиять на кислотность, однако, их постоянное применение сопровождается заметным подкислением. Изменение реакции почвы от внесения сульфата аммония вызывается и его физиологической кислотностью. Из сернокислого аммония растения быстрее поглощают катионы, а в почве накапливаются кислотные остатки, которые подкисляют её. Особо заметно подкисление наблюдается на дерново-подзолистых почвах при систематическом внесении удобрений (А.В. Владимироров, 1934).
Эффективность использования аммонийных удобрений зависит, в первую очередь от степени кислотности, буферности почв и биологических особенностей сельскохозяйственных культур: растения менее чувствительные к кислой реакции слабее реагируют на подкисление почвы. Их вносят преимущественно до посева в качестве основных, причём вносить можно весной и осенью, не опасаясь вымывания азота. Вносить следует под культуры, менее чувствительные к кислой реакции почвы, т.к. они слабее реагируют на подкисляющее действие, в отличие от чувствительных культур, которые будут страдать при многократном применении аммонийных удобрений (П.А. Баранов, 1961).
2.4. Нитратные удобрения.
К этой группе относят удобрения, содержащие азот в нитратной форме – натриевая и кальциевая селитры – NaNO3 (16 – 16,5% азота), Ca(NO3)2. Их можно повсеместно применять на разных почвах и под все культуры. При внесении в почву селитры быстро растворяются, катионы Na+ и Ca+ вступают в обменные реакции с ППК и переходят в обменно-поглощённое состояние. Анион NO3 образует с вытесненными из ППК катионами растворимые соли или азотную кислоту. Он может связываться в почве только путём биологического поглощения, что наблюдается в тёплое время года, поэтому нитратные формы удобрений не следует вносить осенью, особенно в районах с промывным водным режимом, кроме того, нитраты долго сохраняют высокую подвижность в почве и в условиях влажного климата могут легко вымываться. Это следует учитывать при использовании нитратных форм удобрений, поэтому их предпочтительно применять весной под предпосевную культивацию и в подкормки растений во время вегетации. Натриевую селитру можно вносить и в рядки с семенами, особенно благоприятно она действует на корнеплоды и, в частности, на сахарную свёклу, а кальциевая хорошо подходит для подкормки озимых. Данные удобрения являются физиологически щелочными, т.к. часть катионов Na и Ca остаются в почве и подщелачивают её. Длительное применение селитр на кислых дерново-подзолистых почвах оказывает нейтрализующее действие, систематическое внесение на лёгких почвах заметно снижает их кислотность. Поэтому на дерново-подзолистых почвах они более эффективны, чем физиологически кислые аммиачные удобрения. Но на чернозёмах они теряют своё преимущество, также не рекомендуется вносить натриевую селитру на солонцах и засолённых почвах (Д.А. Филимонов, 1976).
2.5. Аммонийно-нитратные удобрения.
К этой группе относят аммонийную селитру (нитрат аммония – NH4NO3 – 34,6% - нитратного и аммонийного азота, в соотношении 1:1) и сульфонитрат аммония.
Одно из наиболее эффективных азотных удобрений - аммонийная селитра. Это безбалластное удобрение, в котором удачно сочетается подвижный нитратный азот и менее подвижный аммонийный азот, что даёт возможность широко варьировать способами, дозами и сроками его использования в зависимости от почвенно-климатических условий и особенностей культур. При внесении в почву она быстро растворяется почвенной влагой. Опытами Д.Н. Прянишникова было установлено, что растения быстрее поглощают катионы NH4, чем анионы NO3. Поэтому нитрат аммония относится к физиологически кислым удобрениям. Однако его физиологическая кислотность значительно ниже, чем у аммонийных. После внесения удобрения в почву катион аммония вступает в реакцию с ППК (по типу аммонийных удобрений), а нитратный анион остаётся в почвенном растворе (по аналогии с нитратными). В кислых дерново-подзолистых почвах его внесение может вызвать подкисление почвенного раствора, которое носит временный характер: с поглощением нитратного азота растением оно исчезает. Однако снижение рН почвенного раствора может ослабить начальный рост и развитие молодых растений, усилить растворение токсичных для растений соединений алюминия. Для повышения эффективности аммонийной селитры при её внесении в кислые почвы большое значение имеет их своевременное известкование. При использовании аммонийной селитры необходимо помнить, что одна половина азота, находится в форме аммония, который способен поглощаться почвой, а вторая – в форме нитратов, обладающих большой подвижностью в почвенном растворе. Это позволяет широко дифференцировать способы, дозы и сроки её внесения, в зависимости от свойств почвы, климата и биологических особенностей удобряемых культур. Аммонийную селитру применяют в качестве основного (допосевного) и рядкового (при посеве) удобрения, а так же для подкормок в период вегетации. В условиях влажного климата, особенно на лёгких почвах, внесение нитрата аммония осенью под зяблевую вспашку менее эффективно, чем весной под предпосевную культивацию. В менее увлажнённых районах её можно вносить и осенью, не опасаясь вымывания азота. В небольших дозах (10 – 15 кг азота) её вместе с фосфорными и калийными удобрениями вносят в рядки при посеве сахарной свёклы и овощных, при посадке картофеля – в лунки. Также её широко используют для ранневесенней подкормки озимых культур и многолетних трав, можно применять и для подкормки овощных и пропашных во время междурядной обработки, с обязательной заделкой на 10 – 15 см культиваторами-растениепитателями