Азот — как необходимый элемент для питания растений

При составлении баланса азота в севообороте с бобовыми важное значение имеет количество усвоенного азота атмосферы растениями, его доля в урожае и на какое последействие азота следует рассчитывать при запашке пожнивно-корневых остатков бобовых.

Биология в лицее

Круговорот азота

Круговорот азота — биогеохимический процесс в биосфере, в котором участвуют организмы-редуценты, а также нитрифицирующие и клубеньковые бактерии.

При гниении органических веществзначительная часть содержащегося в них азота превращается в аммиак, который под влиянием живущих в почве трифицирующих бактерий окисляется затем в азотную кислоту. Последняя, вступая в реакцию с находящимися в почве карбонатами, например с карбонатом кальция СаСОз, образует нитраты:

2HN0з + СаСОз = Са(NОз)2 + СО2 + НOН

Некоторая же часть азота всегда выделяется при гниении в свободном виде в атмосферу. Свободный азот выделяется также при горении органических веществ, при сжигании дров, каменного угля, торфа.

Кроме того, существуют бактерии, которые при недостаточном доступе воздуха могут отнимать кислород от нитратов, разрушая их с выделением свободного азота. Деятельность этих де ни трифицирующих бактерий приводит к тому, что часть азота из доступной для зеленых растений формы (нитраты) переходит в недоступную (свободный азот).

Таким образом, далеко не весь азот, входивший в состав погибших растений, возвращается обратно в почву; часть его постепенно выделяется в свободном виде.

Непрерывная убыль минеральных азотных соединений давно должна была бы привести к полному прекращению жизни на Земле, если бы в природе не существовали процессы, возмещающие потери азота.

К таким процессам относятся, прежде всего происходящие в атмосфере электрические разряды, при которых всегда образуется некоторое количество оксидов азота; последние с водой дают азотную кислоту, превращающуюся в почве в нитраты.

Другим источником пополнения азотных соединений почвы является жизнедеятельность так называемых азотобактерий, способных усваивать атмосферный азот.

Некоторые из этих бактерий поселяются на корнях растений из семейства бобовых, вызывая образование характерных вздутий — «клубеньков», почему они и получили название клубеньковых бактерий. Усваивая атмосферный азот, клубеньковые бактерии перерабатывают его в азотные соединения, а растения, в свою очередь, превращают последние в белки и другие сложные вещества. 

Обратите внимание

Таким образом, основная часть молекулярного азота фиксируется при участии бактерий и некоторых других организмов, превращающих его в соединения аммония (NH4+).

Фиксация 1 г атмосферного азота требует расхода бактериями в клубеньках бобовых 167 кДж, т. е. окисления примерно 10 г глюкозы.

Симбиоз растений и азотфиксирующих бактерий основан на получении первыми азота в усваиваемой форме, а вторыми — «места жительства».

Азот в форме аммиака и соединений аммония, получающийся в процессах биогенной азотфиксации, быстро окисляется до нитратов и нитритов. Благодаря высокой растворимости, они с дождевыми и грунтовыми водами попадают в Мировой океан.

Азот из тканей растений и животных после их гибели подвергается разложению и денитрификации, т. е. — выделению атомарного азота и его оксидов. Эти процессы идут также благодаря деятельности микроорганизмов в аэробных и анаэробных условиях.

Таким образом, в природе совершается непрерывный круговорот азота. Однако ежегодно с урожаем с полей убираются наиболее богатые белками части растений, например зерно. Поэтому в почву необходимо вносить удобрения, возмещающие убыль в ней важнейших элементов питания растений.

Читайте также:  4 отличных упражнения на грудные мышцы в тренажерном зале

Азотфиксирующие бактерии — бактерии, способные усваивать молекулярный азот воздуха. 

Азотфиксирующие бактерии могут быть как аэробами, так и анаэробами, свободно живущими в почве или в симбиозе с растениями. Они имеют очень важное значение в круговороте азота в природе, особенно в снабжении доступными формами азота растений, не способных усваивать его из воздуха.

Azotobacter chroococcum — бактерии, способные в результате азотфиксации переводить газообразный азот в форму, доступную для усваивания растениями

Эти бактерии, способные усваивать азот воздуха и превращать его в аммиак, а затем в аминокислоты, поселяются в корнях растений. Присутствие бактерий вызывает разрастание тканей корня и образование утолщений.

Утолщения на корнях называются клубеньками, поэтому азотфиксирующие бактерии также называют клубеньковыми. Растения в симбиозе с этими бактериями могут произрастать на почвах, бедных азотом, и обогащать им почву.

 

Гнилостные бактерии широко распространены в почве, воздухе, воде, животных и растительных организмах. Поэтому любой подходящий субстрат быстро подвергается гниению. Гнилостные бактерии разлагают органические соединения, содержащие атомы азота, до аммиака. 

Денитрифицирующие бактерии — бактерии, восстанавливающие нитраты до молекулярного азота. 

Важно

Все денитрифицирующие бактерии — аэробы и могут окислять органическое вещество за счёт кислорода воздуха, но, попадая в анаэробные условия, они используют кислород нитратов как акцептор электрона. Распространены в почве, воде и грунте водоёмов.

Потребность организма в азоте

Примечательно, что чистый элемент не отличается важной биологической ролью. Положительное воздействие обусловлено соединениями вещества:

  • аминокислоты – образование белков и пептидов;
  • нуклеотиды – формирование РНК и ДНК;
  • гемоглобин – участие в транспорте кислорода.

Отдельные гормоны являются производными аминокислот. Органические соединения также содержат элемент. К ним относят:

  • адреналин;
  • инсулин;
  • тироксин;
  • глюкагон.

Некоторые нейромедиаторы, обеспечивающие связь нервных клеток, содержат атом азота. Источники вещества (нитроглицерин) способны воздействовать на мускулатуру сосудов крови, что обеспечивает их расширение и расслабление. Эффект приводит к понижению артериального давления.

Свойства вещества обусловлены строением его молекулы

Натуральные азотсодержащие удобрения полученные путем промышленной переработки.

Кровяная мука – органический продукт, сделанный из высушенной крови, и она содержит 13 процентов суммарного азота. Это очень высокий процент содержания азота в удобрении. Вы можете использовать кровяную муку как азотное удобрение, посыпая ею поверхность почвы и поливая сверху водой, чтобы способствовать впитыванию кровяной муки. Можно также, смешав кровяную муку непосредственно с водой, применить ее как жидкое удобрение.

Кровяная мука – особенно хороший источник азота для таких любителей плодородной почвы, как салат-латук и кукуруза, поскольку действует она быстро. Кровяную муку можно использовать как компонент компоста или ускоритель разложения других органических материалов, поскольку она является катализатором процессов распада.

Соевая мука является источником азотного питания микроорганизмов почвы. Когда соевая мука будет разложена почвенной микрофлорой, тогда минерализованный азот станет доступен растениям. Её также можно использовать как компонент компоста наряду с рыбной мукой. Которая после минерализации станет не только источником азота, но и ряда микроэлементов.

Аммиак

Основным источником азотных удобрений является безводный аммиак (NH3).

Аммиак получается при взаимодействии азота воздуха (78% атмосферы — это азот, N2) с природным газом при высокой температуре и давлении. При увеличении цены на энергоносители, соответственно увеличивается и цена на азотные удобрения. Аммиак переходит в жидкое состояние при температуре ниже, чем -330С. Таким образом, аммиак хранится под давлением, чтобы находится в жидкой форме.

Аммиак, пропущенный над платиновым катализатором, переходит в азотную кислоту (HNO3). Азотная кислота, в смеси с аммиаком, дает нитрат аммония NH4NO3 (34-0-0). Мочевина (NH2) 2CO (46-0-0) получается при взаимодействии избытка аммиака с углекислым газом (CO2). Взаимодействие аммиака с серной кислотой дает сульфат аммония. Взаимодействие аммиака с фосфорной кислотой дает фосфат аммония.

В течение многих лет, безводный аммиак (NH3) был основным источником азотных удобрений при классической обработке почвы. Безводный аммиак необходимо вводить в землю достаточно глубоко, чтобы избежать потерь газообразного аммиака. Такой способ внесения достаточно жестким по отношению к микрофлоре и микрофауне почвы. Сегодня No-Till-фермеры используют другие источники азотных удобрений, более мягкого действия.

Три пути получения оксида азота организмом

Первый способ получения организмом оксида азота – это выработка его из аргинина. Эта система обычно у людей до 40 лет работает исправно.

Аргинин – это условно незаменимая аминокислота, содержащаяся в продуктах животного происхождения.

Второй способ образования оксида азота – это его образование в желудке в результате цикличных биологических процессов.

Третий способ синтеза оксида азота – продукты питания, которые потребляет человек.

С возрастом количество аргинина в организме уменьшается. Следовательно, он начинает испытывать недостаток оксида азота.

Прием пищевых добавок, содержащих аргинин, проблему не решает, так как в организме снижается одновременно, возможность синтезировать оксид азота из этого элемента. По этой же причине снижается с возрастом эффективность действия лекарственных препаратов. И те же самые лекарства, которые ранее легко снижали давление или повышали эрекцию, уже не действуют. Либо приходится увеличивать их дозировку для достижения прежнего эффекта.

Получение оксида азота

В лабораторных условиях получение оксида азота возможно путем проведения реакции разбавленной азотной кислоты с медью или восстановлением азотистой кислоты в виде нитрита натрия или нитрита калия.

Основным природным источником оксида азота являются электрические разряды молний в грозу. Оксид азота является побочным продуктом, возникающим при сгорании веществ в автомобильных двигателях и топлива на электростанциях.

Также получение оксида азота возможно из свободных элементов, для этого необходимо при температуре 1200-1300°C провести соединение азота с кислородом.

Противопоказания

Эта спортивная добавка не предназначена для людей, не достигших восемнадцати лет, а также беременным или кормящим грудью. А еще донаторы оксида азота нельзя употреблять людям с индивидуальной непереносимостью. Добавка оксида азота противопоказана людям, принимающим нитраты для устранения болей в груди, препараты для устранения эректильной дисфункции.

При нарушении кровяного давления перед приемом добавки следует проконсультироваться с врачом.

Препараты оксида азота нельзя принимать дольше восьми недель.

Правила использования азотных удобрений

Запомните, что лишь оптимальные дозы азотных удобрений могут положительно сказаться на развитии и росте различных культур, и подкормки нужно уметь рассчитывать, исходя из процентного содержания азота в том или ином удобрении, а также вносить их соответственно типу почвы, сезону и виду растения.

Читайте также:  Волшебный фитбол: худеем после родов без вреда для себя и малыша

Так, например, при внесении азота осенью в почву есть риск его смывания в грунтовые воды. Поэтому наиболее подходящим периодом для внесения удобрений, содержащих азот, является именно весна.

Если планируете удобрять почвы с повышенной кислотностью, то обязательно смешивайте азот с различными нейтрализующими закисляющий эффект компонентами – мелом, известью, доломитовой мукой. Таким образом и удобрения будут усваиваться лучше, и почва не будет закисляться.

Жителям степной зоны и лесостепи, где почвы преимущественно сухие, очень важно вносить азотные удобрения периодически, без резких перерывов, которые могут отразиться на растениях в виде задержек в росте, развитии, снижении урожая.

Внесение азотных удобрений в черноземную почву проводить лучше спустя 11-12 дней после схода снега. Первую подкормку желательно проводить, используя мочевину, а при вхождении растений в активную фазу вегетации — вносить аммиачную селитру.

Обогащение почвы

Естественное азотное обогащение почвы – работа исключительно микроорганизмов, в том числе и клубеньковых. До недавнего времени считалось, что только клубеньковые бактерии относятся к микроорганизмам, которые способны фиксировать атмосферный азот из воздуха. Причем ключевую роль в этом процессе играют бобовые растения, поскольку они единственные могут являться симбионтами клубеньковых микробов.

Однако сегодня такая позиция считается устаревшей, поскольку за последнее время найдено огромное количество самых разных бактерий, которые способны превращать молекулярный азот в соединения аммония, а именно аммоний (NH4) уже может усваиваться растениями. Так, например, актиномицеты живут в азотфиксирующем симбиозе как минимум со ста видами деревьев.

Обогащение почвы
Обогащение почвы

Так как же происходит это обогащение почв:

Обогащение почвы
Обогащение почвы
  1. Растения, заинтересованные в симбиозе с клубеньковыми бактериями, насыщают почву вокруг своих корней особыми органическими соединениями – флавинами. При этом каждый вид растений вырабатывает индивидуальные и уникальные флавины, на которые реагирует только один вид бактерий. В микробиологии даже названия таким бактериям дают по названию растения, которое для них является напарником по симбиозу.
  2. Привлеченные флавинами бактерии, способные фиксировать азотные молекулы воздуха, подбираются ближе к корневым волоскам такого растения и, проникая через клеточные стенки покровной ткани корневого волоска, пробираются внутрь корня.
  3. Проникнув внутрь, бактерии размножаются, а чтобы создать для них достаточное пространство для выполнения возложенной роли, клетки корня начинают делиться и формируют клубенек.
  4. В процессе своей жизнедеятельности в клубеньке бактерии снабжают растение добытым из воздуха и почв аммонием, а от растения получают углеводы, которые являются для бактерий источником энергии (АТФ).
  5. Когда растение-симбионт отмирает или сбрасывает листву, его насыщенные аммонием органические ткани попадают в верхние слои почвы и, перегнивая, насыщают это почву азотистыми соединениями в органических молекулах.
  6. Главная роль этого перегнившего естественного азотного удобрения – стать источником органических азотистых соединений для тех растений, которые впоследствии будут расти на этих почвах, но сами не в состоянии вступить в симбиоз с фиксирующими из воздуха азот бактериями и получить необходимый аммоний напрямую из атмосферы.
Обогащение почвы
Обогащение почвы

Этот естественный биологический механизм испокон веков используется в сельском хозяйстве. Заметив ту важную роль, которую играют бобовые растения в деле повышения плодородности почв, земледельцы засевают поля бобовыми, после чего перепахивают поле вместе с выросшей на нем зеленой массой, и уже через несколько недель на таком поле можно высаживать сельскохозяйственные культуры, которые после такой азотной обработки дадут хороший урожай.