Превращения азота в почвах. Процесс аммонификации.

Аммонийный азот образуется в результате процесса аммонификации, т.е. распада азот содержащих органических соединений до NH3.

Схема аммонификации

Гумус, белки аминокислоты, амиды NH3

В аммонификации участвуют разные группы аэробных и анаэробных микроорганизмов – бактерии, грибы, актиномицеты. Поэтому аммонификация протекает в присутствии кислорода и без него, и при различной реакции среды. Резко снижается аммонификация только в анаэробных условиях сильнокислых или сильнощелочных почв.

Скорость аммонификации зависит также от температуры и влажности почвы. Образующийся NH3 реагирует с органическими и минеральными кислотами почвенного раствора.

NH3+CH3COOH=CH3COONH4

NH3+H2CO3=NH4HCO3

При диссоциации солей NH4 поглощается ППК, и достаточно прочно закрепляется.

Ca Са

ППК)H + NH4HCO3 =ППК)H + Mg(HCO3)2

Mg NH4

т.е. аммонийный азот прочно закрепляется в ППК, но остается доступным для растений.

Процесс нитрификации.Нитратный азот образуется в результате процесса нитрификации. Окисляется NH3 до нитратов под действием специфических аэробных бактерий – нитрификаторов.

Выделятся 2 стадии процесса:

1) окисление аммиака до азотистой кислоты бактериями Nitrosamonas, Nitrosocystis и др.

2NH3+3O2=2HNO2+2H2O

2) окисление азотистой кислоты до азотной бактериями рода Nitrobacter

2HNO2+O2=HNO3

Образующаяся азотная кислота нейтрализуется катионами Са, Mg и др. находящимися в почвенном растворе или ППК.

2HNO3+Ca(HCO3)2=Ca(NO3)2+2H2CO3

Ca 2H

ППК)H + nHNO3=ППК)H + Ca(NO3)2

Mg Mg

Все соли азотной кислоты хорошо растворимы в воде, кроме того нитраты отрицательно физически поглощаются почвой. Нитратный азот всегда находится в почвенном растворе обладая высокой подвижностью. При возделывании культур нитраты сразу поглощаются растениями. Накопление нитратов в значительных размерах до 300 кг/га за лето происходит только в чистом пару. Оптимальные условия для нитрификации: хорошая аэрация, влажность 60-70%, t=25-32, близкая к нейтральной рН, такие условия являются оптимальными и для растений. Таким образом интенсивное накопление нитратов свидетельствует о повышенном накоплении его в почве.

Продуктами аммонификации и нитрификации являются формы минерального азота, поэтому значение имеет регулирование темпов этих процессов. Количество органического вещества участвующего в аммонификации можно повысить внесением органических удобрений. Реакцию среды можно оптимизировать известкованием. Водно-воздушные свойства и температурный режим обработкой и структурой посевных площадей. На окультуренных хорошо удобренных почвах эти процессы протекают с большой скоростью и во многом удовлетворяют потребность с/х растений в азоте. Нитрификация может играть и отрицательную роль т.к. нитраты очень подвижны и в значительной степени вымываются.

Процессы биологической и косвенной денитрификации.

Денитрификация – это восстановление нитратного азота до газообразных соединений (N2O, NO, NO2) с участием анаэробных бактерий денитрификаторов Bact. Denitrificans.

HNO3HNO2(HNO)2N2ON2

Наиболее интенсивно протекает денитрификация в анаэробных условиях переувлажненных или переуплотненных почв при щелочной реакции среды рН=6,5-7,5 и избытке органического вещества богатого углеводами.

Вместе с тем идет и при оптимальных рН, влажности и аэрации, т.к. внутри почвенных микроагрегатов всегда существуют анаэробные микрозоны. Образующиеся газы основные из которых N2 и N2O улетучиваются из почвы обуславливая тем самым потерю азота. Поэтому необходимо стремиться к снижению интенсивности денитрификации использую агротехнические направленные на поддержание в почве оптимального водно-воздушного режима.

На ряду с биологической выделяется и косвенная хемоденитрификация – это образование газообразных форм азота в результате протекающих в почве химических реакций. Существенные потери происходят при разложении HNO2 в кислой среде рН<5, с выделением окиси азота.

3HNO2 HNO3 +H2O + 2NO

Процессы иммобилизации минерального азота и необменного поглощения (фиксации) аммония.

На ряду с минерализацией азотсодержащих органических соединений, в почвах идет и противоположный процесс потребление N для построения плазмы м.о. – биологическое поглощение (иммобилизация). В значительных размерах иммобилизация протекает при поступлении в почву органического вещества с широким отношением углерода к азоту С:N=,>20:1 т.к. начинается бурное развитие разлагающих их м.о. Среднее отношение углерода к азоту в плазме м.о. 10:1 поэтому для ее формирования нехватает азота имеющегося в составе органических веществ, как следствие поглощают минеральный азот ухудшая условия питания с/х культур. Таким образом при использовании органических удобрений с широким отношением С:N (солома или соломистый навоз) нужно принимать меры для улучшения азотного питания растений и прежде всего вносить азотсодержащие удобрения. В месте с тем иммобилизация это временное явление, после отмирания м.о. их плазма подвергается гумификации и аммонификации. Соответственно поглощенный ими азот закрепляется в виде гумуса или превращается в аммиак и снова становится доступным для растений. Снижение содержания минерального азота может также происходить в результате необменного поглощения (фиксации) катиона NH4 глинистыми минералами с 3х слойной кристаллической решеткой – вермикулит и др. Содержание фиксированного NH4 в пахотном слое колеблется от 130 до 350 кг/га и он практически не участвует в питании растений.