CC BY
288
НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ И УПРАВЛЕНИЕ АГРОПРОМЫШЛЕННЫМ КОМПЛЕКСОМ
о<х><>о<><>с>о<х><><>о<><><>о<><>с«о<><^
УДК 631.84
Томас Маннхайм, доктор биологических наук, руководитель отдела исследований и развития, Германия Нильс Бергер, доктор биологических наук, консультант по применению средств химизации, Германия
УДОБРЕНИЕ КУЛЬТУР СТАБИЛИЗИРОВАННЫМИ АЗОТНЫМИ УДОБРЕНИЯМИ
оооооооооооооооооооооооо^
Актуальнейшей проблемой современного сельского хозяйства, связанной с применением удобрений, являются потери азота. Возникновение потерь значительно снижает эффективность использования азота культурами, приводит к загрязнению окружающей среды и влечет за собой экономические потери. Современные разработки направлены на решение этой проблемы и уже сейчас есть действенные средства -ингибиторы нитрификации.
S u m m a r y
One of the most urgent problem of modern agriculture associated with the fertilizers application is the nitrogen losses. The nitrogen losses results in decrease of the nitrogen use efficiency by crops, leads to environmental pollution and economical losses. A lot of modern researches aimed to solve this problem and now there is the effective tool to help farmers - inhibitors of nitrification.
Ключевые слова: сельское хозяйство, азот, азотные удобрения, нитрификация, ингибиторы. Key words: agriculture, nitrate, nitrate fertilizers, nitrification, inhibitors.
Азот - необходимый элемент питания растений. Важным и необходимым источником азота для сельскохозяйственных культур являются удобрения, такие как мочевина или аммиачная селитра. Усвоение этого элемента растениями происходит в форме нитрат-иона или иона аммония.
Актуальнейшей проблемой современного сельского хозяйства, связанной с использованием в качестве подкормки мочевины или аммиачной селитры, являются потери азота. Причиной этому явлению служат процессы окисления в почве, происходящие после внесения удобрений. Возникновение потерь значительно снижает эффективность использования азота культурами. Помимо того, потери азота в разных формах - в газообразной (аммиак, оксиды азота) или в результате вымывания (нитраты) - оказывают отрицательное воздействие на окружающую среду, загрязняя воздух и водные ресурсы.
Однако решение этой проблемы существует. Способ снижения потерь азота в окружающую среду в результате внесения удобрений заключается в использовании удобрений повышенной эффективности, содержащих ингибиторы. К таким удобрениям относят те, которые замедляют химические процессы в почве. Эти удобрения считаются самыми эффективными из доступных для фермеров на сегодняшний день. После попадания в почву мочевина подвергается гидролизу с образованием аммонийного азота благодаря содержащемуся в почве энзиму уреазы, после чего следует окисление аммиака до нитрита (промежуточное) и, в конце концов, до нитрата. В ходе этих процессов потери внесенного азота могут составлять, в зависимости от почвенных условий и климата, до 20-60 % в виде NH3, 2-4 % в форме ^0, 20-40 % в виде N0 и до 60 % в виде N03.
Ингибиторы уреазы применяются как добавки к удобрениям, благодаря способности блокировать энзим уреазу, которая является обязательным компонентом любых почв, они предотвращают потери аммиака через улетучивание в ходе гидролиза мочевины. Коммерческие продукты ингибируют энзим уреазы, как правило, используя активный ингредиент НБТФТ ((н-бутил)тио-фосфорный триамид) в виде различных формул, которые могут использоваться в мочевине или аммиачной селитре. Одним из последних примеров таких формул является иТЕС®. Механизм действия ингибитора уреазы прост: субстанция, содержащая НБТФТ (например, иТЕС®), вносится в мочевину или смешивается с аммиачной селитрой. НБТФТ защищает мочевину от "атак" уре-азы во время гидролиза карбамида после внесения удобрения в почву. Этот эффект длится до 15 дней, сокращая выделение аммиака, происходящее вследствие гидролиза мочевины. Снижение потерь азота в виде аммиака, благодаря использованию ингибиторов уреазы, может достигать 60 % по сравнению с потерями из обычной мочевины. Эффективность ингибиторов уреазы зависит от факторов окружающей среды: рН и температуры почвы: рН почвы 7 или выше повышает общую эмиссию NH3, а высокая температура повышает скорость гидролиза. Применение мочевины, обработанной ингибиторами, обеспечивает больше гибкости фермерам с точки зрения времени внесения удобрения, например, в сухой период или во время кратковременных дождей, предотвращение потерь азота в виде NH3 одинаково эффективно. Если впоследствии проходит дождь (14 мм и более) удобрение адекватно смывается в почву и действует в качестве подкормки культуры (рис. 1). Большим преимуществом является то, что мочевину, обработанную ингибиторами уреазы, можно
Международный сельскохозяйственный журнал
УДОБРЕНИЕ КУЛЬТУР СТАБИЛИЗИРОВАННЫМИ АЗОТНЫМИ УДОБРЕНИЯМИ
вносить на поверхность почвы без необходимости заделки, при этом риск потери азота из-за улетучивания даже меньше, чем при заделке. Достижение настолько же эффективного снижения потерь аммиака при использовании обычной мочевины возможно только при условии заделки удобрения на глубину более 8 см.
В конечном итоге использование мочевины или аммиачной селитры с НБТФТ может повысить эффективность использования удобрений до 20 %, что может означать снижение норм внесения мочевины с сохранением урожайности или повышение урожайности в среднем на 4-6 % при тех же нормах внесения мочевины (рис. 2).
Ингибиторы нитрификации эффективно используются в аммиачных удобрениях и снижают интенсивность процесса нитрификации аммиака с образованием нитрата. Эффективность
ингибиторов нитрификации за последние годы значительно улучшилась, а ДМПФ (3,4 диметилпиразол фосфат) относится к самым эффективным. Он известен под коммерческим названием ENTEC®
Действие ингибитора нитрификации, такого как ДМПФ, заключается в блокировании энзима почвенных бактерий Nitrosomonas -монооксигеназы аммония. При блокировке этого энзима ин-гибируется первый этап процесса нитрификации (окисление аммонийного азота до нитритного азота), при этом бактерии Шгозотопаэ не подвергаются никакому воздействию. Это означает, что аммиак из удобрения сохраняется в почве длительное время, препятствуя образованию нитратного азота. Замедление нитрификации дает целый ряд преимуществ, способствующих повышению эффективности удобрений:
о и о а о
£
я &
£ я
н
о р
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Дней после применения удобрения Рис.1. Потери аммиака из обычного карбамида с применением UTEC
11,5
с* 10,5
и
^ 9,5
5
О 8,5
7,5
И к
К б'5
и
4,5
+6%
+3%
+5%
1
Кукуруза Рис
п=10 п=13
В Стандартная и ЕмТес
технология
Рис.2. Урожайность с TNTEC
Пшеница
п=10
№ 3 / 2015
Рис.3. Применение аммиачной селитры ^^ c ингибиторами и без * Дней после применения удобрений
1. Сокращение потерь от вымывания нитратов
Вымывание нитратов является основной причиной потерь
азота в результате внесения удобрений. Выпадение большого количества осадков в период вегетации может приводить к весьма значительным потерям (до 60 % внесенного N в результате вымывания, результатом вымывания становится загрязнение водных ресурсов и косвенно - причинение вреда здоровью человека. Для законодателей всего мира крупный интерес представляет внедрение сельскохозяйственных технологий, сокращающих вымывание азота. По законодательству Германии (к примеру) допускается максимальный уровень содержания NO3-N в питьевой воде до 50 промилле. Используя удобрения с ингибированной нитрификацией позволяет сохранить эти уровни ниже предусмотренных законодательством (рис. 3).
2. Сокращение выбросов и потерь азота в виде парникового газа N2O или разрушающего озон газа NO
Испытания по всему миру говорят, что использование ингибиторов нитрификации сокращает выбросы ^0, который в 298 раз сильнее влияет на глобальное потепление атмосферы, чем С02. Его снижение с использованием удобрений по технологии ENTEC позволяет сделать применение удобрений экологически безопасным с точки зрения влияния на глобальные климатические изменения.
3. Аммонийная подкормка культур и положительное физиологическое действие на рост урожая
Удобрения в целом могут содержать две формы усваиваемого растениями азота: аммонийную и нитратную. Культуры по умолчанию поглощают обе формы, но нитратная форма, благодаря своей подвижности в почве, усваивается легче, перемещаясь с транспирационным током воды из почвы в растение. Поглощение аммонийного азота может происходить только в непосредственной близости к корню, при поглощении одной единицы аммонийного азота корень выделяет в почвенный раствор один протон (Н+), чтобы предотвратить закисление цитоплазмы клетки. Использование ингибиторов нитрификации
30
заставляет культуры, после того как нитраты будут исчерпаны в почве, поглощать аммонийный азот. Аммонийный азот в качестве основного источника азота имеет некоторые положительные эффекты для биосинтеза белка, поскольку аммоний является одним из основных компонентов аминокислот и белков. При поглощении только нитратного азота культуре приходится затратить около 20 моль АТФ (единиц биологической энергии) на 1 моль нитратного азота, который в процессе биосинтеза в клетке сначала превращается в аммонийный азот и только посте этого в аминокислоты. При поглощении аммонийного азота требуемое для биосинтеза количество энергии снижается до 5 моль АТФ. Эта разница позволяет культуре давать более высокий урожай и повышать его качество. Другим важным следствием выделения протонов в ризосферу при поглощении аммония является повышение доступности других питательных веществ и элементов, недоступных в других случаях культуре, таких как фосфор и другие микроэлементы.
Более высокий урожай и лучшее качество
Таким образом, перечисленные преимущества, связанные с применением аммиачных удобрений с ингибитором нитрификации, способствуют повышению объема товарного урожая, а также качественных характеристик, таких как размер и вес плодов, повышению устойчивости к заболеваниям. Действие ингибитора нитрификации ДМПФ может длиться до 12 недель после внесения удобрения в зависимости от почвенных и климатических условий. Аммонийная форма азота сохраняется в прикорневой зоне длительное время, постоянно питая культуру по мере роста потребности культуры в азоте на протяжении цикла вегетации. Для фермера это прежде всего значит снижение затрат на применение удобрений, сокращение норм внесения и многократности применения, в ряде случаев количество применений удобрения может сократиться до одного раза. Использование высокоэффективных удобрений, обработанных ингибиторами значительно облегчает труд агронома и высвобождает дополнительное время.
Международный сельскохозяйственный журнал
