Przetłumacz stronę

Imieniny obchodzą

Dzisiaj: Boguslawa Tekli
Jutro: Gerarda Teodora
Pojutrze: Aurelii Ladyslawa

Życzymy wszystkiego najlepszego.

Pogoda



Odwiedziło nas

Dzisiaj19
Wczoraj113
W tygodniu642
W miesiącu2578
Razem193910
Polskie Centrum Akredytacji
Azot w glebie Drukuj Email
wtorek, 18 lutego 2014 14:16

AZOT W GLEBIE


azot w glebie

Azot (N) potrzebny jest roślinom jako materiał budulcowy białek i kwasów nukleinowych. Wchodzi też w skład witamin, nukleotydów, alkaloidów i chlorofilu. Warunkuje prawidłowy rozwój roślin uprawnych, pobudza wzrost części podziemnych i nadziemnych roślin, nadając im intensywnie zieloną barwę. Wydłużając okres wegetacji reguluje także zużycie innych składników pokarmowych, takich jak np.: potas czy fosfor. Dlatego makroelement ten jest jednym z najważniejszych pierwiastków wpływających na wielkość i jakość plonu.

 

Wizualnym objawem niedostatku azotu jest jasnozielony kolor liści i łodyg oraz wątły pokrój roślin. W skrajnych przypadkach niedostatku tego pierwiastka liście roślin żółkną, a ich słabo wykształcone owoce przedwcześnie dojrzewają. Niemniej niebezpieczny jest również nadmiar tego makroskładnika. Rośliny przenawożone azotem mają ciemnozielony kolor i wytwarzają bardzo dużą masę (duże liście, w znacznej ilości, grube łodygi), owoce są nieliczne i słabo wykształcone. Przeazotowanie roślin wydłuża znacznie okres ich wegetacji oraz powoduje kumulację azotanów, co jest niebezpieczne dla zdrowia człowieka, a także niekorzystne z punktu żywienia zwierząt.

 

1. Źródła azotu (N) w glebie

Azot jest specyficznym składnikiem gleby, w skałach magmowych występuje zaledwie w ilościach śladowych w formie NH4+, a jego zapasy w glebach naturalnych prawie całkowicie są wynikiem działalności świata roślinnego i zwierzęcego.
Azot pochodzi:

  1. z opadów atmosferycznych
  2. z działalności życiowej mikroorganizmów
    • wolno żyjących, asymilujących azot
    • żyjących w symbiozie z roślinami motylkowymi
  3. z nawozów mineralnych i organicznych
  4. z rozkładających się resztek roślinnych i zwierzęcych

Związki azotu zawarte w atmosferze głównie w formie amoniaku i tlenków azotu (N2O, NO i NO2) dostają się do gleby wraz z opadami i w postaci aerozoli. Mogą one w formie gazowej ulegać sorbowaniu przez wierzchnią warstwę gleby  (tzw. suche osiadanie). W ten sposób wiązany jest przede wszystkim amoniak. Azot zawarty w pyłach wyemitowanych z zakładów przemysłowych i aglomeracji miejskich także traktowany jest jako źródło suchego osiadania.
Azot atmosferyczny N2 jest wiązany przez organizmy glebowe. Liczba bakterii  żyjących w glebie mających zdolność wiązania N2 to ponad 150 gatunków. Najbardziej aktywne są bakterie brodawkowe, lecz równie ważną grupę stanowią promieniowce, sinice, jak również niektóre mikrobakterie i drożdże.

Mikroorganizmy niesymbiotyczne wolnożyjące mogą asymilować 10-15 kg N/ha rocznie (Clostridium  i Azotobacter). Bakterie brodawkowe Rhizobium wiążą azot atmosferyczny w symbiozie z roślinami motylkowymi. Ilość zasymilowanego azotu zależy od rośliny, sposobu siewu oraz warunków klimatycznych. Bakterie brodawkowe roślin motylkowych uprawianych na zielony nawóz mogą rocznie wnieść do gleby 80-250 kg N/ha.
Biologiczne wiązanie azotu jest najbardziej ekonomicznym sposobem wzbogacania gleb. Ilość N powracająca w ten sposób z atmosfery na ziemię wynosi rocznie  ok.  139 mln ton, z czego 65% przypada na bakterie brodawkowe.

Ważnym źródłem azotu w glebie, wpływającym na jego obieg i bilans, są nawozy organiczne i mineralne, których stosowanie przyczynia się do zwiększenia żyzności i produkcyjności gleby. Niewielkie ilości wprowadza się też z materiałem siewnym oraz z resztkami korzeniowymi roślin motylkowych.

 

2. Zawartość i formy azotu w glebach

Zawartość azotu w glebie jest ściśle uzależniona od próchnicy (C organicznego). Naturalnie ilość ta zależna jest przede wszystkim od klimatu, roślinności i ukształtowania terenu, w mniejszym zaś stopniu od rodzaju gleby i działalności człowieka. Czynnikami hamującymi aktywność mikrobiologiczną i sprzyjającymi nagromadzeniu w glebie materii organicznej, a tym samym kumulacji azotu są: niska temperatura, nadmiar wody, niskie pH, substancje toksyczne oraz tworzenie się kompleksów metalo-organo-ilastych. Wpływ składu mechanicznego gleby jest również bardzo wyraźny. Gleby drobnoziarniste mają więcej azotu niż gleby gruboziarniste. Decyduje tu wyższa pojemność wodna, mniejsza przepuszczalność i większa zawartość połączeń organiczno – mineralnych. Duża ilość materii organicznej i azotu  gromadzi się na łąkach i pastwiskach. Zwłaszcza na glebach cięższych, gdzie są warunki anaerobowe, duża wilgotność oraz  słabsza działalność drobnoustrojów. Najwięcej azotu zawierają gleby wytworzone z torfów niskich: od 1-4%. W glebach mineralnych zawartość ta waha się w przedziale 0,02-0,4%. Najbogatsze w azot są czarnoziemy, czarne ziemie i rędziny. Najmniej zawierają go gleby bielicowe. Pośrednie miejsce zajmują gleby brunatne. Podobnie jak zawartość materii organicznej, ilość azotu w glebie zmniejsza się w miarę głębokości.

 

3. Formy azotu w glebach

  • Nieorganiczne formy azotu (N) w glebie

Azot występuje w glebie w formie związków mineralnych, organicznych i jako azot cząsteczkowy (N2) w powietrzu glebowym. Średnio około 6% ogólnej zawartości N w wierzchniej warstwie gleby stanowią jego nieorganiczne połączenia. Podstawowymi formami tego azotu jest N-NH4+ i N-NO3-.
Sorpcja niewymienna jonu NH4+ w dużym stopniu zależy od składu granulometrycznego i mineralnego gleby. Zdolność gleby do niewymiennego wiązania NH4+ zwiększa się w przypadku naprzemiennego uwilgotniania i wysuszania gleby oraz zamarzania i odtajania. Kwaśny odczyn gleby zmniejsza, a zasadowy zwiększa zdolność gleby do niewymiennej adsorpcji amonu. Wcześniejsze nasycenie gleby jonami K+ ogranicza adsorpcję NH4+. Natomiast jon K+ zastosowany równocześnie z jonem NH4+ nie hamuje jego wiązania. Również amoniak wprowadzony do gleby w formie wody amoniakalnej, amoniaku ciekłego lub nawozów organicznych, które rozkładają się z wydzielaniem NH3, podlega adsorpcji przez organiczne i mineralne składniki gleby. Siła wiązania NH3 jest różna – od łatwo wymiennej jego sorpcji na drodze fizycznej do nieodwracalnego włączenia w skład glebowej materii organicznej.
Najłatwiej dostępną dla roślin formą azotu są nieorganiczne połączenia azotu N-NO3- oraz N-NH4+ wymiennie związane z kompleksem sorpcyjnym i występujące w roztworze glebowym. Zawartość tych form jest niewielka i waha się od kilku do kilkudziesięciu miligramów  w 1kg gleby. Podlega znacznym zmianom w ciągu roku zależnie od warunków atmosferycznych, intensywności pobierania przez rośliny oraz wielkości stosowanych dawek nawozów.
Zawartość tych wymiennych form zmniejsza się wraz z głębokością. W naszym klimacie najmniej tych form azotu, zwłaszcza w wierzchniej warstwie, występuje w zimie. Na  wiosnę w miarę intensyfikacji mineralizacji materii organicznej ich ilość wzrasta i znowu maleje w lecie, z powodu pobierania przez rośliny, a niekiedy i na wskutek suszy ograniczającej mineralizację materii organicznej. Z kolei ilość przyswajalnych form zwiększa się jesienią, gdy ustaje wzrost roślin a pozostawione resztki roślinne zaczynają ulegać rozkładowi.

  • Organiczne formy azotu w glebie

W wierzchniej warstwie gleby zawartość N-organicznego stanowi średnio 94% ogólnej zawartości azotu. Zawartość ta, jak i udział N-ogólnego systematycznie zmniejsza się wraz    z głębokością.  Azot organiczny stanowi mieszaninę różnych związków, wchodzących w skład biomasy mikroorganizmów, doprowadzonych do gleby resztek roślinnych i nawozów organicznych oraz substancji humusowych. Istnieje ścisły związek miedzy zawartością próchnicy i azotu, co wskazuje na to, że większość azotu glebowego wchodzi w skład specyficznych substancji humusowych, stanowiąc w wierzchniej warstwie ponad 80% ogólnej jego zawartości.
Z rolniczego punktu widzenia najważniejsza jest zawartość azotu bezpośrednio przyswajalnego dla roślin, czyli N-organicznego  łatwo ulegającego mineralizacji.

 

4. Przemiany związków azotowych w glebie

Odwracalny cykl mineralizacji złożonych związków organicznych i ich ponownego powstawania z N-mineralnego jest uzależniony od warunków ekologicznych  i czynników agrotechnicznych. Dotyczy to przemian związanych z procesami utleniająco-redukujacymi i występowania azotu na różnych stopniach utleniania. O większości przemian N decyduje aktywność mikroflory glebowej. Przemiany związków azotowych w glebie mają istotny wpływ na ogólny przyrodniczy obieg azotu. Równowaga tych przemian ustala warunki żywienia roślin azotem, a także decyduje o stopniu wykorzystania przez nie nawożenia azotowego.

Na niezwykle bogaty zespół przemian, prowadzących do różnorodnych przekształceń organicznych i mineralnych związków azotowych w glebie, składają się:

  • naturalne warunki glebowe i czynniki agrotechniczne (mechaniczna uprawa gleby, nawadnianie, dobór roślin uprawnych , nawożenie i stosowanie środków ochrony roślin)
  • procesy związane bezpośrednio z funkcjonowaniem organizmów żywych, bądź reakcje biochemiczne sterowane przez enzymy, wydzielane przez żywe komórki lub dostające się do gleby po ich rozkładzie.
  • mniej lub bardziej złożone reakcje chemiczne i procesy fizykochemiczne

Gleba jako środowisko przemian biologicznych, a także reakcji chemicznych, ma przy tym swoją specyfikę wybitnie komplikującą ich przebieg. Składa się na nią trójfazowy charakter o zmiennym udziale i układzie przestrzennym fazy stałej, ciekłej i gazowej oraz związana z tym niehomogeniczność gleby. Trudno jest, więc określić, jakie procesy biologiczne lub reakcje chemiczne zachodzą aktualnie w glebie bądź są potencjalnie możliwe i jakich efektów można po nich oczekiwać.

 

Rysunek 1. Cykl przemian azotu w ekosystemie rolniczym

Cykl przemiany azotu

  • Mineralizacja N

Na mineralizację azotu składa się zespół procesów prowadzących do powstawania amoniaku lub azotu amonowego. Ma to zasadnicze znaczenie dla roślin, ponieważ azot amonowy jest formą bezpośrednio pobieraną przez ich system korzeniowy, a także łatwo przekształca się dalej w azotany, które są jeszcze łatwiej wykorzystywane przez rośliny.
Ustalenie zawartości azotu mineralnego jest rezultatem równowagi dwóch przeciwstawnych procesów: mineralizacji i zbiałczania. Równowaga ta jest z reguły przesunięta na korzyść powstawania związków organicznych, czemu sprzyja akumulacja dużej części N w postaci stosunkowo odpornej na mineralizację próchnicy. O jej poziomie decyduje skład materii organicznej, dostającej się do gleby, w postaci resztek roślinnych i nawozów organicznych. Chodzi tu głównie o stosunek zawartości węgla i azotu. Mikroorganizmy wykorzystują materię organiczną (węgiel) jako materiał budulcowy oraz jako pokarm energetyczny. Stosunek ilości węgla przekształconego w CO2 do ilości węgla zużytego jest zmienny i zależy od rodzaju mikroflory oraz warunków środowiska.
Ilość azotu zbiałczana przez drobnoustroje jest tym większa, im więcej znajduje się w środowisku łatwo dostępnych materiałów energetycznych - węglowodanów. Jeśli np.: rozkładane resztki roślinne lub nawozy organiczne zawierają dużo węglowodanów, a obok tego mało połączeń azotowych, wtedy prawie cały azot tych związków jest przetwarzany na białko drobnoustrojów. Wówczas jednak, gdy w rozkładającej się biomasie stosunek węglowodanów do azotu jest wąski np.: w słomie roślin motylkowych to przeważa proces mineralizacji azotu i duża jego część przechodzi w sole amonowe.

  • Straty azotu

Straty azotu w glebie wywołane są: uprawą roślin, erozją wodną i wietrzną oraz procesami denitryfikacyjnymi.
Wysokość pobrania związków azotu przez rośliny zależy od płodozmianu, udziału  roślin motylkowych i wysokości samych plonów.
Saletry mogą być wymyte przez nadmierne opady w głąb gleby, gdyż nie podlegają sorpcji wymiennej. Małe opady wynoszące na tydzień 14 mm nie wpływają na ruchy azotanów. Chociaż azot zawarty w kationie amonowym jest zatrzymywany przez kompleks sorpcyjny, to ulega on jednak nitryfikacji, a związki organiczne nasycone kationem NH4+ są rozpuszczalne w wodzie. Straty azotu przez wymycie uzależnione są od nasilenia opadów i przepuszczalności gleby. W razie rozkładu masy organicznej bogatej w azot można zapobiec stratom azotu przez dodatek masy organicznej o szerokim stosunku C/N (bogatej w węglowodany).
Straty azotu wywołuje również proces denitryfikacji zachodzący w głębszych warstwach wszystkich gleb. Redukcję azotu z azotanów (NO3-) do N atmosferycznego przeprowadzają w warunkach beztlenowych: Bacterium denitrificans, Pseudomonas denitrificans i P. fluorescens oraz Micrococcus denitrificans. Redukcja azotanów (NO3-) może przebiegać do azotynów (NH2- ), wtedy nosi nazwę denitryfikacji częściowej. Stwierdzono również, że proces redukcji  NO3- może przebiegać w warunkach tlenowych, ale wtedy ilość produktów redukcji bywa znacznie mniejsza.
Oprócz procesu biologicznego, który wymaga obojętnego środowiska obojętnego lub alkaicznego oraz obecność źródła energii w postaci węglowodanów, może zachodzić redukcja chemiczna, która wymaga środowiska kwaśnego.  
Ulatnianie się azotu w postaci amoniaku (NH3+) z soli amonowych z powierzchni gleb alkaicznych o słabej zdolności sorpcyjnej może dochodzić do 25% wniesionego azotu lub amoniaku wytworzonego z rozkładu masy organicznej. Wysoka temperatura gleby i jej wysuszenie zwiększa straty.

Mineralizacja masy organicznej i przemiany redukcyjne związków azotowych prowadzą do dużych strat azotu w glebie nie obsianej roślinami, których bogato rozwinięty system korzeniowy mógłby wychwycić z roztworu tworzące się jony NO3- i sole amonowe.
Także sam człowiek przez swoją ingerencję w procesy glebotwórcze narusza równowagę warunków ich działania, dlatego w efekcie tego może zaistnieć spadek lub wzrost zawartości azotu.

Biorąc pod uwagę dynamikę przemian azotu w glebie należy odpowiednio dostosować nawożenie do potrzeb rośliny, warunków siedliska, a także oczekiwań w stosunku do plonu. Punktem wyjścia przed przystąpieniem do ustalenia dawki azotu jest poznanie jego zwartości w glebie.
Koniecznym staje się ustalenie ilości N-mineralnego w profilu glebowym. Analiza chemiczna próbek glebowych pobranych wczesną wiosną (przed siewem roślin jarych lub przed ruszeniem wegetacji ozimych) posłuży do celów doradztwa nawozowego, zaś próbki glebowe pobrane po zbiorach roślin pozwolą rolnikowi ocenić skutki zastosowanego nawożenia azotowego.

W tym celu, na konkretnym polu pobiera się glebę  z dwóch poziomów 0-30 i 30-60 cm i oznacza zawartość azotu mineralnego (N-min) w kg/ha.
Wyniki tych badań umożliwiają dokonanie korekty dawek azotu dla prognozowanego plonu, zalecanych w powszechnym doradztwie nawozowym, np. w "Zaleceniach nawozowych dla roślin uprawy polowej i trwałych użytków zielonych" - instrukcja upowszechnieniowa nr 151 Puławy 2008. Do oceny wyników badań w okresie wczesnej wiosny wykorzystuje się przedziały zawartości azotu mineralnego w kg/ha, w zależności od kategorii agronomicznej badanej gleby, które przedstawia tabela.

 

Tabela 1. Zawartość azotu mineralnego w kg/ha w zależności od kategorii agronomicznej gleby

Kategoria agronomiczna gleby

Zawartość Nmin w glebie w kg/ha
- suma z poziomów: 0-30 i 30-60 cm

bardzo niska

niska

średnia

wysoka

bardzo wysoka

Bardzo lekka
Lekka
Średnia i ciężka

do 30
do 40
do 50

31-50
41-60
51-70

51-70
61-80
71-90

71-90
81-100
91-100

pow. 90
pow. 100
pow. 100

 

Jeśli wynik testu laboratoryjnego N-min wykazuje wysoką lub bardzo wysoką zawartość składnika w glebie do głębokości 60 cm, to planowaną dawkę nawozów można zmniejszyć o różnicę pomiędzy zawartością N-min stwierdzoną w glebie pobranej z pola i górną granicą zawartości średniej dla takiej gleby.

W przypadku zawartości bardzo niskiej lub niskiej zalecaną dawkę N należy zwiększyć o różnicę pomiędzy dolną granicą zawartości śred¬niej i oznaczoną ilością N-min w glebie.

Jeśli wynik testu mieści się w przedziale zawartości średniej, dawka N pozostaje bez zmian.

Przykład 1: Za pomocą testu N-min w glebie średniej (do głębokości 60 cm) stwierdzono 50 kg N/ha.
Planowaną dawkę azotu należy zwiększyć o (71 kg N/ha - 50 kg N/ha) 21 kg N/ha.

Przykład 2: Zawartość N-min w glebie lekkiej wynosi 110 kg N/ha.
Dawkę azotu można zmniejszyć o (110 kg N/ha - 80 kg N/ha) 30 kg N/ha.

 

Ustalanie precyzyjnych dawek azotu może być obarczone błędem, tym bardziej że uwalnianie, czyli mineralizacja azotu w glebie oraz pobieranie azotu przez rośliny zależy w dużym stopniu od przebiegu pogody. Konieczne jest więc coroczne notowanie wykonywanych zabiegów (historia pola),  dokładna obserwacja przebiegu pogody i ilości opadów, obserwacja  stanu plantacji (obsady roślin, stanu zdrowotnego, faz rozwojowych, ewentualne objawów niedoboru składników pokarmowych) i bieżąca korekta nawożenia, czyli uzupełnienie dawki azotu w postaci nawożenia pogłównego, a także w postaci dokarmiania dolistnego.

 

Literatura:

  1. Dobrzański B., 1981. Gleboznawstwo.  PWRiL, Warszawa
  2. Starck J.R., 1997. Uprawa roli i nawożenie roślin ogrodniczych, PWRiL, Warszawa
  3. Czuba R., 1996. Nawożenie mineralne roślin uprawnych, Zakłady Chemiczne „Police S.A.”
  4. Buckman H.C., Brady N.C., 1971.Gleba i jej właściwości. PWRiL, Warszawa
  5. Jadczyszyn T., Kowalczyk J., Lipiński W., 2008. Zalecania nawozowe dla roślin uprawy polowej i trwałych użytków zielonych, Instrukcja upowszechnieniowa nr 151, IUNG-PIB Puławy
  6. Fotyma E., Wilkos G., Pietruch Cz., 1998. Test glebowy azotu mineralnego - możliwości praktycznego wykorzystania. Mat. szkol. 69/98.
  7. www.nawozy.eu/doradztwo/vademecum-nawożenia
Poprawiony: wtorek, 18 lutego 2014 19:30