Агрохимикаты
Содержание:
- Физические и химические свойства
- Содержание в природе
- Содержание азота в различных типах почв
- Дерново-подзолистые почвы
- Дерново-подзолистые избыточно увлажняемые почвы
- Чернозем
- Торфяно-болотные почвы
- Биохимические функции
- Химические соединения – источники азота
- Соли азотной кислоты и аммония
- Аммиак
- Нитраты и нитриты
- Биосинтез аминокислот (аминирование)
- Аминирование
- Переаминирование аминокислот
- Разнообразие белковых и небелковых азотистых соединений
- Дезаминирование аминокислот
- Реакция дезаминирования
- Обмен азотистых веществ в различные периоды развития растения
- Недостаток (дефицит) азота в растениях
- Избыток азота
- Содержание азота в различных соединениях
- Навоз на соломенной подстилке
- Навозная жижа
- Способы применения азотных удобрений
- Нитратные удобрения
- Аммонийные азотные
- Аммонийно-нитратные удобрения (аммиачная селитра)
- Аммиачные удобрения (безводный аммиак, аммиачная вода)
- Амидные удобрения (мочевина)
- Карбамид-аммонийно-нитратные удобрения, КАС (карбамид-аммиачную селитру)
- Медленнодействующие азотные удобрения
- Эффект от применения азота
- Картофель, зерновые, сено луговых трав, корнеплоды сахарной свеклы, льноволокно и другие с/х культуры
- Зерновые
- Сахарная свекла
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.
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.
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.
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.
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: | |||||
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 |
Дерново-подзолистые избыточно увлажняемые почвы
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.Чернозем
. Общий запас азота в пахотном слое может достигать до 15 тонн на гектар.Торфяно-болотные почвы
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.Биохимические функции
Химические соединения – источники азота
Соли азотной кислоты и аммония
– 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.
Аммиак
– 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: | |
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 |
Нитраты и нитриты
– 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)
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.
Реакция дезаминирования
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.
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.
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.
Содержание азота в удобрениях, согласно данным: | |
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)2SО4 | 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:Р2О5:К2О = 16:12:20 |
Для озимых зерновых культур | N:Р2О5:К2О = 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:
- нитратные (натриевая селитра и кальциевая селитра);
- аммонийные (сульфат аммония, хлористый аммоний);
- аммонийно-нитратные (аммиачная селитра);
- амидные (карбамид);
- аммиачные (безводный аммиак, аммиачная вода);
- карбамид-аммонийно-нитратные (карбамид-аммиачная селитра – КАС).
Источником азота для растений служат органические удобрения:
Навоз на соломенной подстилке
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.
Навозная жижа
– 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.
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.
Кальциевая селитра для большинства растений равноценна натриевой селитре. Исключение – сахарная свекла и корнеплоды. В данном случае удобрение менее эффективно.
Аммонийные азотные
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.Аммонийно-нитратные удобрения (аммиачная селитра)
– 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.Аммиачные удобрения (безводный аммиак, аммиачная вода)
применяют как основное допосевное удобрение под все сельскохозяйственные культуры. Вносятся как весной, перед посевом, так и осенью.Амидные удобрения (мочевина)
предпочтительно вносить одновременно с немедленной заделкой в почву под предпосевную обработку, под яровые зерновые культуры, кукурузу. Не рекомендуется вносить в холодную погоду, ранней весной.Карбамид-аммонийно-нитратные удобрения, КАС (карбамид-аммиачную селитру)
применяют для основного внесения и подкормок.Медленнодействующие азотные удобрения
вносятся в высоких дозах один раз в два-три года. Обеспечивают питание азотом первой и последующих культур.Эффект от применения азота
На большинстве почв России и СНГ, особенно в достаточно увлажненных районах, азотные удобрения имеют большое значение для повышения урожайности сельскохозяйственных культур. Сбалансированное применение азотных удобрений повышает содержание витаминов, аскорбиновой кислоты, каротина, тиамина, миозина, рибофлавина.