Азот в почве реферат
Обновлено: 05.07.2024
Роль и значение азота в жизни растений. Содержание и формы азота в растениях. Содержание и формы азота в почве. Превращение азота в почве.
РОЛЬ АЗОТА В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ
Опыт экономически развитых стран убедительно показывает, что современное земледелие не может быть высокопродуктивным без применения минеральных и органических удобрений. В отличие от других элементов питания растений, сырьевые ресурсы которых крайне ограничены и/или рассеяны, запасы азота на Земле неиссякаемы и в результате биологических и геохимических процессов постоянно поддерживаются на одном уровне. Свое название азот получил от греч. а — приставка, означающая отсутствие, отрицание, zoo(e) — жизнь; латинское название химического элемента — Nitrogenium происходит от лат. Nitrum — селитра и греч. gennao — рождаю, произвожу. Природный азот состоит из двух стабильных изотопов — l4N (99,63%) и 15N (0,37%). Конфигурация его внешней электронной оболочки 1S22S22P3. Азот имеет восемь степеней окисления — от +5 до -3. Тройная связь между атомами азота (N a N) придает молекуле большую устойчивость из-за высокой энергии (965 кДж/моль), благодаря чему азот обладает самой низкой после инертных газов реакционной способностью.
Азот — составная часть многих жизненно важных органических соединений растений. Он входит в состав белков, нуклеиновых кислот, ДНК, РНК, ферментов, аминосахаров, витаминов и других биологически активных веществ. Контролируя синтез белков и ферментов, азот влияет на все процессы обмена веществ в растениях. При сокращении синтеза белков ограничивается образование новых клеток и тем самым — вегетативный рост.
Для питания растений в равной мере пригодны NH+4 и NO-3. Лишь для некоторых растений может иметь преимущество либо аммонийная, либо нитратная формы азота, но большинство растений потребляют азот в обеих этих формах.
В природных условиях азот поступает из почвы в корневую систему растений большей частью в нитратной форме, нежели аммонийной, и это совершенно не связано с их физиологической потребностью, а обусловливается характером трансформации этих форм азота. Аммоний, в отличие от нитратов, не накапливается в почве в большом количестве, поскольку довольно быстро окисляется до нитратов. Кроме того, большая часть аммонийного азота связана с поглощающим комплексом, находящимся в малоподвижном состоянии. Нитраты же находятся в основном в почвенном растворе и с гораздо большей вероятностью, чем аммоний, могут перемешаться в почве и поглощаться корнями растений.
Нитраты не принимают непосредственного участия в синтезе аминокислот. В растениях они последовательно восстанавливаются редуктазами до аммония:
Последующее взаимодействие NH, с кетокислотами через промежуточные реакции приводит к образованию аминокислот:
Ферментативные реакции аминирования протекают во всех органах растения, однако в наибольшей мереинтенсивно синтез аминокислот происходит в листьях, являющихся основным источником углеводов, необходимых для образования соответствующих кетокислот.
При нитратном питании на восстановление нитратов до аммиака и синтез аминокислот требуется значительно больше энергии, нежели при аммиачном, поэтому, когда энергетические ресурсы растений ограничены из-за слабой освещенности и/или пониженной температуры, нитраты могут накапливаться в растениях в значительных количествах.
По мере старения вегетативных органов растений содержащиеся в них белковые соединения подвергаются гидролитическому распаду, доля белкового азота уменьшается, а образующиеся аминокислоты перемешаются в созревающие семена, где они используются на синтез белков. Запасные белки семян синтезируются в основном из аминокислот, поступающих из вегетативных органов растений.
СОДЕРЖАНИЕ И ФОРМЫ АЗОТА В РАСТЕНИЯХ
Наиболее высокое содержание азота в молодых растениях (4-7%) и их репродуктивных (зерне, семенах) органах. Колебания содержания азота в растениях в большой мере обусловлены влиянием погодных условий и агротехники на процессы питания и созревания. Засуха способствует накоплению азота в зерне злаковых, бобовых масличных, кормовых и других культур и снижению содержания углеводов.
Ниже указано содержание общего азота в основной и побочной продукции зерновых и зернобобовых культур, % от сухой массы (Новиков, 2011):
Приведем содержание общего азота в основной и побочной продукции кормовых и технических культур, % от сухой массы (Новиков, 2011):
Количество азота, потребляемого за сутки на единицу массы, максимально у молодых растений и с их ростом постепенно уменьшается. Поэтому особенно велика потребность растений в азоте в
молодом возрасте. Увеличение вегетативной массы растений сопровождается, как правило, снижением содержания азота в силу ростового разбавления, и к периоду цветения содержание азота в сухом веществе уменьшается, а клетчатки — возрастает.
Ниже показано содержание белка и клетчатки в луговых злаковых травах, % от сухой массы (Новиков, 2011):
При дефиците азота листья становятся светло-зелеными, а при длительном азотном голодании — желтеют и отмирают.
Репродуктивные органы растений (зерно, семена) практически не содержат минеральных форм азота. В зерне никогда не бывает заметного количества нитратов. В вегетативных органах, например в листьях, стеблях и корнеплодах, наряду с азотом белков и нуклеопротеи-дов от 15 до 25% азота содержится в растворимой форме в виде свободных аминокислот, пептидов, амидных соединений (в основном аспарагина и глютамина). В некоторых растениях значительная часть азота входит в состав алкалоидов (кофеина, теобромина, никотина и т.д.) и нитратов. Совокупность минеральных и органических азотсодержащих соединений в растениях принято называть сырым белком (или сырым протеином). Его содержание находят, умножая массовую долю общего азота на коэффициент 6,25 (No6m * 6,25).
Наличие определенного количества нитратного азота присуще всем вегетативным органам (надземным и подземным) растений. Нитраты являются неотъемлемой частью (атрибутом) вегетирующих растений. Более того, они в большом количестве (от 100 до 2500 мг NO3/KГ сырой массы) образуются при прорастании семян, не содержащих, как правило, нитратов (Круг. 2000). Наиболее высоким содержанием нитратов из-за слабой активности нитратредуктазы отличаются растения семейств капустных (крестоцветных), маревых, амарантовых и зонтичных.
В зерне злаковых культур содержание небелкового органического азота в основном в виде аспарагина, глютамина и бетаина составляет 6—10%, в клубнях картофеля — 20—25, в корнеплодах кормовой и сахарной свеклы — 25—30% от общего его количества. У свеклы и других корнеплодов содержание общего и доля белкового азота в листьях выше, чем в корнях.
Наряду с биологической фиксацией, небольшое количество минерального азота (NH+4 и N0-3) поступает в почву с атмосферными осадками: в северных широтах — 3—6 кг/га; в субтропиках — 10—
15 кг/га в год. Исследования, проведенные в полевых условиях в специальных камерах с использованием меченого l5NH3, (Кидин, Замараев, 1989), показали, что доля аммиака атмосферы в общем выносе азота зерновыми культурами, картофелем и кукурузой не превышает 0,5— 1,0% и не имеет практической значимости.
СОДЕРЖАНИЕ И ФОРМЫ АЗОТА В ПОЧВЕ
Природные запасы азота в почве образованы большей частью в результате фиксации атмосферного азота симбиотическими и свободноживущими микроорганизмами. Определенная часть содержащегося в почвах сельскохозяйственного назначения азота включает также азот внесенных ранее минеральных и органических удобрений. Неоднородность природных и агротехнических условий обусловливает существенные различия в интенсивности процессов азотонакопления и темпах трансформации разных форм азота в почвах.
Общее количество азота в почвах зависит в основном от содержания в них органического вещества и величины гумусового горизонта, так как практически весь азот почвы депонирован в гумусе. Наибольшее количество гумуса содержится в мощных черноземах, где гумусовый горизонт достигает 1,5—2,0 м, а его запасы составляют 600—900 т/га. В дерново-подзолистых почвах запасы гумуса редко превышают 120—140 т/га в связи с низким его содержанием в почвах и ограниченным гумусовым горизонтом. Подавляющая часть азота в дерново-подзолистых почвах сосредоточена в верхнем горизонте (0-25 см).
Гумус в среднем содержит 4-5% азота, однако при длительном использовании почв без внесения органических удобрений его доля в составе гумусовых веществ может возрастать до 6—7 %. Примерно 98% азота пахотного слоя почв входит в состав органических соединений и 2% — в состав минеральных. Содержащийся в почвах аммоний в значительной мере связан необменно в межпакетном пространстве вторичных трехслойных глинистых минералов. В пахотном слое почв доля фиксированного NH.T от общего азота почвы обычно невелика — 3—5%, в подпахотных горизонтах может достигать 40— 50%. Содержание обменного NH* в ППК редко превышает 0,1 — 0,3% от общего содержания азота. Доля нитратного азота (NO-3) в почве сопоставима с долей обменного аммония.
Значительное варьирование содержания нитратов в почвах обусловлено постоянно протекающими процессами аммонификации, нитрификации, денитрификации, применением удобрений, интенсивностью потребления азота растениями и водным режимом. Минеральные соединения азота — нитраты и обменный аммоний характеризуют уровень азотного питания растений.
Скорость минерализации, а следовательно, и доступность растениям азотсодержащих органических соединений, находящихся в почвах, зависит от их химического состава, температуры и влажности. Среднегодовое количество минерализуемого за вегетационный период азота дерново-подзолистой почвы составляет под культурами сплошного сева (пшеницей, ячменем, овсом, травами и др.) примерно 1%, под пропашными культурами (картофелем, свеклой, капустой, кукурузой и др.) — 2%, в парующей почве — 3% от его содержания.
Поданным агрохимической службы, в Московской области ежегодно минерализуется 40—60 кг азота с каждого гектара почвы. В южных областях, где преобладают черноземные почвы, ежегодная минерализация азота достигает 90-120 кг/га.
В нейтральных и слабощелочных почвах большая часть (75—95%) минерального азота представлена нитратами. В зависимости от окультуренности почвы содержание нитратного азота в пахотном слое почвы может варьировать в пределах 10—50 мг/кг, что составляет примерно 30-150 кг/га.
Заметное накопление минерального азота в почве, в том числе нитратов, можно наблюдать лишь до посева, в начальный период развития или после уборки растений.
При определении доз азота удобрений на планируемую урожайность следует иметь в виду, что в условиях хорошего увлажнения и применения агротехники дерново-подзолистые и серые лесные почвы для создания хорошего урожая способны обеспечить около 40—50% необходимого растениям азота, остальное недостающее количество азота должно быть внесено с удобрениями.
Трансформация соединений азота в почве протекает преимущественно под влиянием микроорганизмов. Сложность изучения внутрипочвенных процессов трансформации азота обусловлена тем, что из всех известных сред обитания микроорганизмов почва представляет собой в наибольшей мересложную гетерогенную среду, значительно изменяющуюся во времени и пространстве. В течение вегетационного периода в пределах корнеобитаемого слоя почвы могут происходить значительные микрозональные изменения ее кислотности, влажности, численности и видового состава содержащихся в ней микроорганизмов, содержания в ней кислорода и питательных веществ.
Подавляющее большинство микроорганизмов находятся в почве в виде микроколоний, прикрепленных на поверхности твердой фазы, поэтому они практически не могут свободно перемещаться. Отсюда даже в пределах одной колонии условия аэрации, рН и наличие пищи могут быть различны. Например, в периферийной части колонии микроорганизмы могут находиться в аэробной среде и лучших условиях питания, а внутри колонии — в анаэробных условиях из-за интенсивного потребления O2 внешним слоем бактерий.
Основными процессами внутрипочвенной трансформации азота являются аммонификация, нитрификация, денитрификация (биологическая и химическая), иммобилизация и инфильтрация нитратов в подпахотные слои почвы.
Агрохимикаты , статья из раздела: Питательные элементы
Азот – один из самых необходимых для растений химический элемент. Присутствует повсеместно в свободном или связанном состоянии. Азотные удобрения выпускаются в различных формах и применяются для основного и предпосевного внесения – как поверхностного, так и на подкормку. Только 1 % азота почвы находится в легко усваиваемых растениями минеральных формах, поэтому применение азотных удобрений – важное условие для сохранения и повышения плодородности сельскохозяйственных земель.
Содержание:
Многие известные научные открытия были сделаны двумя учеными, которые работали независимо друг от друга, и такие случаи довольно многочисленны. Однако в том, что касается открытия элемента азота, приоритет пришлось отдавать одному из трех известных химиков. Все они выделили азот из воздуха, используя немного различающиеся методики получения, и сделали это практически в одно и то же время, в конце XVIII века.
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]
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
Содержание азота в различных типах почв
На долю органических соединений – белков, аминов, амидов, аминокислот и прочих – приходится 93–95 % почвенного азота. Однако органический азот практически недоступен растениям и становится усваиваемым ими только после минерализации.
Минеральный азот, входящий в состав нитратных и аммиачных форм, накапливается в почве в результате процессов аммонификации и нитрификации, которые осуществляют различные группы микроорганизмов.
Разложение азотистых органических соединений в различных типах почв проходит по единой схеме:
белки → гуминовые вещества → аминокислоты → амиды → аммиак → нитриты → нитраты
Скорость минерализации основного запасного фонда азота – органических веществ почвы – зависит от многих факторов: влажности почвы, температурного режима, кислотности, характера органического вещества. Поэтому количество образующихся минеральных форм азота постоянно пребывает в динамичном состоянии. Максимальное количество накапливается в весенний период, наиболее благоприятный по режиму температуры и влажности для нитрификации. Однако нитраты – подвижные соединения, и они могут вымываться из почвы или подвергаться биологической денитрификации (образованию газообразных форм). В результате почва теряет часть азота.
Валовое содержание азота в почве сильно варьирует и зависит от типа почвы, гранулометрического состава, запасов органики, режима увлажнения и степени окультуренности почвы.
Содержание общего азота тем больше, чем больше содержание гумуса. Кроме того, содержание доступного элемента значительно возрастает при окультуривании почвы.
Дерново-подзолистые почвы
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]
Читайте также: