Какие формы азота доступны растениям

Доступные для растений формы азота

Азот — один из наиболее широко распространенных элементов в природе. Основными его формами на Земле являются связанный азот литосферы и газообразный молекулярный азот атмосферы, составляющий около 76 % воздуха по массе. Однако молекулярный азот атмосферы не усваивается высшими растениями. В почве сосредоточена лишь минимальная часть литосферного азота и только от 0,5 до 2 % почвенного азота доступно растениям. Этот азот представлен в форме NO-3 и NH+4-ионов.

Ионы NO-3 подвижны, плохо фиксируются в почве и легко вымываются почвенными водами в более глубокие слои почвы и водоемы. Содержание нитратов в почве возрастает весной, когда создаются условия, благоприятные для деятельности нитрифицирующих бактерий. Катион NH+4 менее подвижен, хорошо адсорбируется отрицательно заряженными частицами, меньше вымывается осадками.

Запасы азота в почве могут пополняться разными путями. При возделывании сельскохозяйственных культур вносят в почву минеральные и органические азотные удобрения. В естественных условиях основная роль принадлежит специализированным группам микроорганизмов. Это азотфиксаторы, усваивающие молекулярный азот атмосферы, а также почвенные бактерии, способные переводить в форму NO-3 и NH+4-ионов органический азот растительных и животных остатков.

Процесс превращения органического азота почвы в NH+4-ионы называется аммонификацией. Она осуществляется гетеротрофными микроорганизмами по схеме:

органический азот RNH2 + H2O  NH3 + ROH

Биологическое окисление NH+4 до NO-3, то есть нитрификация — это двухступенчатый процесс, осуществляемый двумя группами автотрофных бактерий: Nitrosomonas и Nitrobacter. Nitrosomonas окисляют аммиак до азотистой кислоты:

а Nitrobacter окисляют азотистую кислоту до азотной:

Биологическая азотфиксация

Газообразный азот может превращаться в доступные для растений соединения в ходе химической и биологической азотфиксации. Химическое связывание N2 в форме NO-3 и NH+4-ионов в небольших размерах происходит в результате фотохимических процессов и электрических разрядов в атмосфере. Сейчас налажено промышленное производство азотной кислоты и аммиака из азота воздуха.

Однако основная масса азота, содержащегося в населяющих нашу планету живых организмах, своим происхождением обязана деятельности микроорганизмов, способных ассимилировать молекулярный азот атмосферы, восстанавливая его до аммиака. Этот процесс называется биологической азотфиксацией.

Микроорганизмы, осуществляющие биологическую азотфиксацию, разделяют на свободноживущие и живущие в симбиозе с высшими растениями. Группа свободноживущих азотфиксаторов включает бактерии родов Azotobacter, Beijerinckia, Clostridium, а также фотосинтезирующие бактерии и некоторые виды цианобактерий — сине-зеленых водорослей. Все они гетеротрофы и нуждаются в углеводном источнике питания. Бактерии родов Azotobacter и Beijerinckia поселяются на поверхности корней высших растений и используют корневые выделения. Заселение цианобактериями рисовых полей увеличивает урожай риса примерно на 20 %. Однако сельскохозяйственное значение свободноживущих азотфиксаторов невелико. В умеренном климате ежегодная фиксация ими азота составляет не более 20 — 40 кг азота на гектар.

К группе симбиотических азотфиксаторов относятся бактерии рода Rhizobium, образующие клубеньки на корнях бобовых растений и фиксирующие, в среднем, от 100 до 400 кг азота на га. Большое значение в природе имеют некоторые лишайники, представляющие собой симбиоз гриба и азотфиксирующих цианобактерий. Они развиваются в субарктических зонах, на скалах и других бесплодных участках, являясь, таким образом, пионерами заселения суши. В настоящее время насчитывается около 190 видов растений разных семейств, способных симбиотически усваивать азот. К их числу относятся некоторые деревья и кустарники: ольха, восковница, лох, облепиха и другие.

Инфицирование растения-хозяина начинается с проникновения бактерий рода Rhizobium в клетку корневого волоска. Затем бактерии мигрируют в клетки коры и вызывают интенсивное деление инфицированных клеток, что приводит к образованию клубеньков на корнях. При этом сами бактерии превращаются в бактероиды, которые в 40 раз больше по объему исходной бактерии.

Молекула азота (N N) химически инертна. Для разрыва трех ее ковалентных связей в химическом процессе синтеза аммиака требуются катализаторы, высокие температура и давление. Биологическая фиксация азота осуществляется при невысокой температуре и нормальном давлении, что свидетельствует об очень высокой эффективности участвующего в этом процессе фермента нитрогеназы. Фермент состоит из двух компонентов: высокомолекулярного (200-250 кДа) Mo, Fe-белка и низкомолекулярного (50-70 кДа) Fe-белка. Субстрат N2 связывается и восстанавливается на Mo, Fe-белке, а Fe-белок служит переносчиком электронов от ферредоксина на Mo, Fe-белок. Реакция сопряжена с гидролизом АТФ. Для восстановления N2 до NH3 требуется 6 электронов, которые расходуются в три этапа:

N N  HN = NH  H2N — NH2  2 NH3

Поскольку нитрогеназный комплекс разрушается в присутствии кислорода, у азотфиксирующих микроорганизмов используется ряд механизмов для его защиты. У Rhizobium эту функцию выполняет гемсодержащий белок легоглобин или леггемоглобин, обладающий очень высоким сродством к кислороду. Он синтезируется клетками растения-хозяина и встраивается в мембрану бактероида. Функционирующий в бактероидах цикл Кребса служит источником субстратов для окисления в электрон-транспортной цепи, осуществляющей синтез АТФ, обеспечивает нитрогеназу электронами через ферредоксин, поставляет -кетоглутаровую кислоту, которая, реагируя с NH-4, образует глютаминовую аминокислоту, транспортируемую затем в клетки растения-хозяина.

Источник

41.Содержание и формы азота в растениях. Динамика потребления азота различными с/х культурами.

Азот — один из основных элементов, необходимых для жизнедеятельности растений (органогенный и биофильный). Он входит в состав белков (которые являются главной составной частью цитоплазмы раст. клеток) , ферментов, нуклеиновых кислот (РНК, ДНК), хлорофилла, витаминов, алкалоидов, фосфатидах и других соединений, Уровень азотного питания определяет размеры и интенсивность синтеза белков и других азотистых органических соединений в растении, которые существенно влияют на процессы роста. Азот играет одну из важных ролей в обмене веществ, несмотря на то, что в сухой массе растительных тканей его содержится всего 1–3%.В среднем по растениям его содержание равно 0,3 %. Больше всего азота содержится в зерне чем в соломе (пшеница – 2,5; 0,5 соответственно; овёс – 2,1; 0,65; горох – 4,5; 0,65; свекла сах. (корни) – 0,24; картофель(клубни) – 0,32; Капуста (кочаны) – 0,33; % — на воздушно-сухое вещество).

Динамика потребления: Бобовые – в начале развития необходима небольшая норма азотного удобрения (30-40 кг/га) так как ещё не до конца сформировались клубеньки, и нужен источник усвояемого азота (на окультуренных почвах после применения навоза, необходимости применения азотных удобрений нет). Зерновые (норма 30-60) особо интенсивное нуждаемость в ранние периоды жизни ( оз. пш. в фазе кущения 50%, а к каолошению 2/3 всего необходимого азота; у яровых ещё короче – фаза кущения- молочная спелость) Оз-м после зимы также требуется подкормка ( в связи с интенсивным ростом, и низкой степенью мобилизации азота) Кук, просо, гречиха, овёс, рис – имеют растянутый период питания( кук, до восковой спелости, просо –до цветения и созревания).

Хлопчатник(150-200) требует значительно больше азота, чем зерновые, особенно во второй половине вегетации- с конца бутонизации до массового раскрытия коробочек.

Лён (70-90) крит. Период – фаза > и до бутонизации. Сах. свекла (120-150) в период прорастания семян требует умеренное количество азота ( много азота, особенно аммонийного, ослабляет всходы) далее при интенсивном образовании корней и ботвы потребление азота увеличивается. А в период накопления сахаров снова падает.

Картофель ( 60-90) интенсивное поглощение NPK после начала цветения ( вполне развита ботва, происх. интенсивный рост клубней). При избытке азота период вегетаиии удлиняется , усиливается рост ботвы, но снижается клубней = снижение урожая.

Овощи (60-120) высокие требования к азоту в течении всей вегетации ( Критические периоды: капуста – июнь-август; морковь – конец августа- сентабрь; огурцы- постепенно увеличивается потребность, максимум в период роста завязей, потом резко снижается.

Плодовые, ягодные, кормовые злаковые травы – чрезвычайно отзывчивы на внесение азота, но нельзя вносить избыток (у плодовых и ягодных тимулироваться развитие вегетативной массы в ущерб плодам, а вот для кормовых это то что нужно).

42.Содержание и формы азота в различных почвах, доступность его растениям.

Содержание азота в пахотном слое почв колеблется в среднем от 0,05 до 0,5 %. Поскольку основная часть почвенного азота входит в состав гумуса, существует определенное соотношение между содержанием гумуса и азота в почве. В большинстве почв азот составляет 5–8 % от общего содержания гумуса. В почвах естественных ценозов (лес) содержание легкогидролизуемой фракции азота в перегнойном горизонте составляет около 10 % от общего азота. При антропогенном воздействии на почву содержание легкогидролизуемого азота в пахотном слое суглинистых почв возрастает от 76,1 до 154,2 мг/кг почвы, что составляет 4,9–8,0%. При сельскохозяйственном использовании содержание трудногидролизуемой фракции азота в пахотном слое суглинистых почв составляет 7,8–11,9% от общего азота. Наиболее высокое содержание трудногидролизуемого азота – в окультуренной почве. Велико соотношение между фракциями легко- и трудногидролизуемого азота, которое может быть одним из диагностических показателей окультуренности почв: в слабоокультуренных почвах оно составляет 1,3 и выше, среднеокультуренных 0,8–1,3, повышенной окультуренности и окультуренных – менее 0,8 . Содержание азота в почве сильно различается также в пределах одной и той же зоны. Например почвы Нечернозёмной зоны европейской части: супесчаная – 0,05-0,07%, суглинистая – 0.1-0.2; глинистая – 0.1-0.23; торфяная – 0.6-1.0%. Общий состав азота в пахотном слое разных почв колеблется от 1.5(супесчаная дерново-подзолистая) до 15 т (мощный чернозём). Азот содержится в органическом веществе (94-95%) или в форме аммония необменно фиксированного глинистыми минералами( 3-5%), тоесть 99% недоступно растениям, и лишь около 1 % остаётся на легко усвояемые NO₃ и NH₄.

Источник

Формы почвенного азота и их доступность для растений.

В пахотном слое (0—25 см) разных почв общее (валовое) содержание азота изменяется от 0,02—0,05 % в дерново-подзолистых почвах до 0,2—0,5 % в черноземах.

Так как не менее 95 % общего азота содержится в органическом веществе почвы и только около 1 % в легкоусвояемых для растений минеральных формах (NO₃ — и NH₄ + ), то обеспеченность этим элементом любой почвы определяется содержанием в ней органического вещества (гумуса) и скоростью его минерализации (разложения). Разложение органических азотистых веществ можно представить следующей схемой: гумусовые вещества, белки -> аминокислоты, амиды -»аммиак —> нитриты —»нитраты.

Известкование. Понятие. Способы определения доз известковых материалов. Классификация химических мелиорантов.

Известкование — метод химической мелиорации кислых почв, заключающийся во внесении в них известковых удобрений: кальцита, доломита, известняка, отходов сахарного производства, гашёной извести и т. д.

Эффект известкования основан на замещении в ППК ионов водорода и алюминия на содержащиеся в удобрении кальций или магний.

Известкование кислых почв повышает обеспеченность растений кальцием и магнием, а благодаря устранению кислотности — дополнительно почвенным азотом, фосфором и молибденом.

Практически нерастворимые в воде карбонаты кальция и магния при взаимодействии с угольной кислотой почвенного раствора постепенно превращаются в растворимые бикарбонаты.

Известкование, устраняя кислотность и повышая степень насыщенности основаниями, создает благоприятную среду для роста и питания растений и полезных микроорганизмов.

Оценка нуждаемости почв в известковании в зависимости от свойств почвы (по м.Ф. Корнилову)

Нуждаемость в известковании

Источник