1. Значение азота для растений, содержание и превращение его в почве

Азоту принадлежит ведущая роль в повышении урожаев сельскохозяйственных культур. Он является важным биологическим элементом и играет исключительную роль в жизни растений.

Азот входит в состав белков, являющихся главной составной частью цитоплазмы и ядра клетки, аминокислот, нуклеиновых кислот, хлорофилла, алкалоидов, фосфатидов, многих витаминов, гормонов и других биологически активных веществ.

Все ферменты, катализирующие процесс обмена веществ в растениях, – белковые вещества, поэтому недостаточное снабжение растений азотом ослабляет образование белков. Это приводит к замедлению процессов биосинтеза, обмена всех групп химических соединений и резкому ослаблению интенсивности фотосинтеза, что в конечном счете неизбежно снижает урожайность.

Азот содержится в растениях в сравнительно небольших количествах (0,5–4 % сухого вещества.). Определение общего азота необходимо для того, чтобы знать количество сырого белка в анализируемой продукции для установления выноса его с урожаем сельскохозяйственных культур и других целей.

При оценке качества растительной продукции чаще определяют именно сырой белок, а не «чистый» белок, поскольку его определять трудно. Сырой белок (по рекомендациям РУП «Институт почвоведения и агрохимии» НАН Беларуси) для всех сельскохозяйственных культур рассчитывается умножением содержания общего азота на коэффициент 6,25.

Суточная потребность человека в белке составляет 80–100 г. Питательная ценность кормов во многом зависит от содержания белка. Корма на каждую кормовую единицу должны быть обеспечены 100 г переваримого протеина, т. е. корма, которые содержат на 1 кормовую единицу менее 100 г переваримого протеина, относятся к кормам, имеющим недостаточную белковую питательность, более 100 – высокую.

Качество корма по содержанию сырого белка оценивается по 20-балльной шкале: при количестве сырого белка 15 % и более (в расчете на сухое вещество) – 20 баллов; 14,9–12,7 % – 16 баллов; 12,6– 11,7 % – 12 баллов; 11,6–9,9 % – 9 баллов; 9,8–8,3 % – 6 баллов; 8,2– 6,1 % – 3 балла; 6 % и менее – 0 баллов.

Наряду с общим содержанием для оценки качества растениеводческой продукции большое значение имеет определение аминокислотного состава белков. Особую роль играют незаменимые аминокислоты (лизин, триптофан, лейцин, изолейцин, валин, метионин, фенилаланин, треонин), которые не могут синтезироваться в организме человека и животных и должны поступать с пищей и кормом.

Многие продукты часто содержат недостаточное количество незаменимых аминокислот. Так, суточная потребность человека в лизине составляет 2–4 г, а в 100 г пшеничного хлеба содержится только 0,124 г лизина. Если человек потребляет 600 г хлеба в день, то он удовлетворит потребность в лизине всего на 20 %. Поэтому белки разных продуктов неравноценны. За 100%-ную биологическую ценность приняты белки молока и куриного яйца. Ценность белков пшеницы составляет 52 %, а ржи – 75 %.

Условия азотного питания оказывают существенное влияние на рост и развитие растений. При достаточном снабжении растений азотом в них усиливается синтез органических азотистых веществ, образуются мощные листья и стебли с интенсивно-зеленой окраской, растения хорошо растут и кустятся, улучшается формирование и развитие органов плодоношения. Это способствует повышению урожайности и содержанию в них белка.

Однако при одностороннем избытке азота задерживается созревание растений, они развивают большую вегетативную массу, но мало зерна, клубней и корнеплодов; у зерновых, льна и других культур избыток азота может вызвать полегание. При этом может ухудшаться качество растениеводческой продукции. В клубнях картофеля снижается содержание крахмала, в корнеплодах сахарной свеклы – сахара и возрастает содержание «вредного» в процессе сахароварения небелкового азота, в кормах и овощах накапливаются потенциально опасные для человека и животных нитраты.

Источниками азота для растений являются почвенный азот, органические и минеральные удобрения, биологический азот, накапливаемый клубеньковыми бактериями, свободноживущими азотфиксирующими организмами, а также азот, поступающий с атмосферными осадками и семенами.

Почва – основной источник азота для сельскохозяйственных культур. Он находится в составе гумуса, органических соединений, входящих в растительные остатки разной степени разложения, в микробной плазме. Валовое содержание азота в почвах Беларуси варьирует в значительных пределах и зависит от типа почвы, гранулометрического состава, запасов гумуса, режима увлажнения, степени окультуренности почвы.

Наиболее богаты азотом торфяно-болотные почвы, где его содержание колеблется в пределах 2,5–5,2 %, а запасы в пахотном горизонте 16–20 т/га. В дерново-подзолистых почвах содержание общего азота колеблется от 0,10–0,16 % в суглинистых до 0,08–0,13 в супесчаных и 0,07–0,10 % в песчаных почвах.

На органические соединения: белки, амины, амиды, аминокислоты и др. приходится 93–95 % почвенного азота. Органический азот практически недоступен растениям и переходит в усвояемую для растений форму лишь после минерализации.

Различные группы микроорганизмов осуществляют процессы аммонификации и нитрификации, в результате которых в почве накапливается минеральный азот, входящий в состав аммиачных и нитратных форм. В дерново-подзолистых почвах количество минеральных соединений – нитратов и обменно-поглощенного аммония – невелико и не превышает 1–3 % от общего содержания азота.

Разложение азотистых органических соединений в почве можно представить в виде следующей схемы: белки → гуминовые вещества → аминокислоты → амиды → аммиак → нитриты → нитраты.

Скорость минерализации органических веществ почвы, основного запасного фонда азота, зависит от условий внешней среды: температуры, влажности почвы, ее кислотности, характера самого органического вещества. В связи с этим количество образующихся минеральных форм азота динамично. Максимум его накапливается в весенний период при благоприятных режимах температуры и влажности для процессов нитрификации. Именно в этот период в дерново-подзолистых автоморфных почвах накапливается его 45–85 кг/га в зависимости от гранулометрического состава и степени окультуренности почвы.

Однако образующиеся в процессе нитрификации нитраты, будучи подвижными соединениями, могут вымываться из почвы, а также подвергаться биологической денитрификации – образованию газообразных форм азота (NO, N₂O и N₂), в результате чего теряется азот почвы. Восстановление нитратов денитрифицирующими бактериями идет через ряд промежуточных этапов: НNO₃ → НNO₂ → (НNO)₂ → N₂О → N₂ (нитрат → нитрит → гипонитрат → закись азота → молекулярный азот).

Исследования, проведенные в последнее время, показали, что потери азота в газообразной форме могут происходить и при процессах аммонификации и нитрификации.

Потери азота могут происходить как при прямой денитрификации, так и косвенной, или «хемоденитрификации», которая связана с образованием газообразных оксидов азота и молекулярного азота в результате химических реакций: при разложении промежуточных продуктов нитрификации – нитритов и гидроксиламина (особенно при кислой реакции); при взаимодействии нитратов с NN₄⁺, α-аминокислотами, ионами Fe²⁺ и Mn²⁺ и с органическими веществами почвы.

Процессы денитрификации усиливаются при недостатке кислорода в почве (ее уплотнении, при высоком содержании влаги, большом количестве легкоминерализуемых органических веществ, заметном усилении дыхания – образование СО₂). В нормальных условиях денитрификация усиливается с увеличением глубины почвы. Особенно сильно она протекает в нижних слоях пахотного горизонта.

Таким образом, отрицательная сторона передвижения нитратов с просачивающейся водой заключается не только в том, что азот удаляется из зоны корней, но и в том, что нитраты перемещаются в подпочву, где находится основная зона усиленной денитрификации.

От денитрификации может ежегодно теряться около 8 % минерального азота почвы и 15–25 % азота минеральных удобрений. Размер потерь азота от денитрификации мало зависит от формы применяемых азотных удобрений. В условиях Беларуси в газообразной форме теряется в среднем 25 % азота, вносимого с минеральными и органическими удобрениями.

Цикл азота в биосфере представлен на рис. 1.

Рис. 1. Цикл азота в биосфере при интенсивной обработке почвы (В. Г. Минеев)

Вымывание нитратного азота из пахотного слоя почвы можно предотвратить внесением доз азотных удобрений (по времени и количеству), соответствующих потребности культур в азоте на протяжении вегетации. Количество азота, вносимого с органическими и минеральными удобрениями, должно немного превышать вынос с урожаями сельскохозяйственных культур.

Поступившие в растения минеральные формы азота (нитраты, нитриты, аммоний) проходят сложный цикл превращений, в конечном счете включаясь в состав органических азотистых соединений – аминокислот, амидов и, наконец, белков. Нитраты и нитриты не способны вступать в реакцию с кетогруппами органических карбоновых кислот, поэтому для образования аминокислот они в растениях в процессе ферментативного восстановления превращаются в аммиак.

Если углеводов достаточно, аммиачный азот, поступивший в растения из почвы или образовавшийся при восстановлении нитратов, присоединяется к органическим кислотам – продуктам неполного окисления углеводов (щавелевоуксусной и кетоглутаровой или фумаровой), образуя аминокислоты – аспаргиновую и глутаминовую. Этот процесс называется прямым аминированием и является основным способом образования аминокислот. Все другие аминокислоты, входящие в состав белка (более 20), синтезируются переаминированием аспаргиновой и глютаминовой кислоты и их амидов – аспаргина и глютамина, а также в результате других специфических реакций. В процессе переаминирования под воздействием соответствующих ферментов происходит перенос аминогрупп указанных и других кислот на другие кетокислоты.

Переаминирование имеет большое значение для синтеза белков, а также для дезаминирования аминокислот. Дезаминирование – отщепление аминогруппы от аминокислоты, в результате чего образуется аммиак и кетокислота. Последняя перерабатывается растением в углеводы, жиры и другие вещества, аммиак вновь используется для синтеза аминокислот. Синтез белков, состоящих из аминокислот, соединенных между собой пептидными связями, происходит с участием нуклеиновых кислот, являющихся матрицей, на которой фиксируются и соединяются аминокислоты в определенной последовательности с образованием разнообразных белковых молекул. Одновременно с синтезом в растениях происходит распад белка на аминокислоты (отщепление аммиака под действием ферментов). В молодых растущих органах и растениях белков накапливается больше, чем распадается, по мере старения, наоборот, расщепление идет быстрее, чем синтез.

Как показали исследования, аммиачный и нитратный азот при определенном сочетании внутренних и внешних условий – равноценные источники азотного питания растений. При нейтральной реакции аммиачные соли усваиваются растениями лучше, а при кислой хуже, чем нитратные образования аминокислот, они в растениях в процессе ферментативного восстановления превращаются в аммиак.

2. Классификация, получение, свойства и особенности применения азотных удобрений

Азотные удобрения в зависимости от содержащихся в них форм азота подразделяются на шесть групп:

• нитратные (натриевая и кальциевая селитра);
• аммонийные (сульфат аммония, хлористый аммоний);
• аммонийно-нитратные (аммонийная селитра);
• амидные (мочевина);
• аммиачные (безводный аммиак, аммиачная вода);
• карбамидаммонийно-нитратные (КАС).

Производство азотных удобрений основано главным образом на получении синтетического аммиака из молекулярного азота и водорода. В слое воздуха 15 км над площадью 1 га содержится около 78 тыс. т молекулярного азота, т. е. запасы этого элемента практически не ограничены. Азот получают, пропуская воздух в генератор с горящим коксом. Источником водорода служит природный газ, нефтяные и коксовые газы. Из смеси азота и водорода (в соотношении 1:3) при высокой температуре и давлении в присутствии катализаторов получают аммиак:

Синтетический аммиак используют не только для производства аммонийных азотных удобрений, но и азотной кислоты, которая идет для получения аммонийно-нитратных и нитратных удобрений. Основными формами азотных удобрений, которые выпускаются в Беларуси, являются карбамид, КАС, сульфат аммония. В настоящее время ассортимент значительно расширен за счет производства на их основе медленнодействующих форм удобрений.

Нитратные удобрения – натриевая и кальциевая селитра – в Беларуси не применяются, однако знание их свойств и поведения в почве полезно для понимания особенностей применения других азотных удобрений.

Натриевая селитра (NaNО₃) – содержит 16 % азота и 26 % натрия. Выпускаемое удобрение является побочным продуктом при производстве азотной кислоты из аммиака и представляет собой мелкокристаллическую соль белого или сероватого цвета, хорошо растворимую в воде. Гигроскопична и при неправильном хранении может слеживаться. В сухом состоянии хорошо рассеивается.

Кальциевая селитра (Ca(NО₃)₂) содержит 13–15 % азота. Получается при нейтрализации азотной кислоты известью, а также в качестве побочного продукта при производстве комплексных удобрений способом азотнокислотной переработки фосфатов. Кристаллическая соль белого цвета, хорошо растворимая в воде. Обладает высокой гигроскопичностью и даже при нормальных условиях хранения сильно отсыревает и слеживается. Поэтому хранят и перевозят ее в специальной водонепроницаемой упаковке.

Натриевая и кальциевая селитры являются физиологически щелочными удобрениями. Растения усваивают из них больше анионы NO3^–, чем катионы Na⁺ и Са²⁺, которые, оставаясь в почве, образуют основания и сдвигают реакцию почвенного раствора в сторону подщелачивания. В связи с этим нитратные удобрения весьма эффективны на кислых дерново-подзолистых почвах.

В почве селитры быстро растворяются и вступают в обменные реакции с катионами почвенного поглощающего комплекса (ППК):

Катионы Na⁺ и Са²⁺ поглощаются почвой, а анионы NO3^– остаются в почвенном растворе, сохраняя высокую подвижность. При внесении в почву нитратные удобрения сравнительно легко вымываются из ее пахотного слоя, поэтому их применяют под предпосевную культивацию и для подкормки растений во время вегетации. Очень хорошо использовать нитратные удобрения для подкормки озимых, пропашных и других культур, а натриевую селитру – в рядки при посеве сахарной свеклы, кормовых и столовых корнеплодов, так как натрий усиливает отток углеводов из листьев в корни, повышая урожайность корней и содержание в них сахара.

К аммонийным удобрениям относятся сульфат аммония, хлористый аммоний, а также углекислый аммоний. Более широко из этих форм удобрений применяется сульфат аммония.

Сульфат аммония, или сернокислый аммоний ((NH₄)₂SО₄), получают улавливанием серной кислотой аммиака из газов, образующихся при коксовании каменного угля, или нейтрализацией синтетическим аммиаком отработанной серной кислоты на различных химических производствах. Большое количество сульфата аммония вырабатывают в качестве побочного продукта при производстве капролактама. Синтетический сульфат аммония белого цвета, а коксохимический из-за органических примесей имеет серую, синеватую или красноватую окраску. Удобрение содержит 20,5–21 % азота и 24 % серы. Малогигроскопичен, поэтому при нормальных условиях хранения почти не слеживается и сохраняет хорошую рассеиваемость.

После внесения в почву сульфат аммония быстро растворяется в почвенной влаге и вступает в обменные реакции с катионами ППК:

Поглощенный аммоний доступен для растений и хорошо закрепляется в почве. Поэтому сульфат аммония, как правило, вносят в качестве основного удобрения.

Сульфат аммония физиологически кислое удобрение, так как растения быстрее и больше потребляют катионы NH4⁺, чем анионы SO4²⁺.

Последний, соединяясь с водородом, образует серную кислоту, вызывая подкисление почвенного раствора. При систематическом применении этого удобрения, особенно на малобуферных дерново-подзолистых почвах, повышается кислотность, уменьшается степень насыщенности почв основаниями. В результате ухудшаются условия роста растений и снижается эффективность удобрений.

Особенно сильно подкисляющее действие сульфата аммония сказывается на культурах, чувствительных к почвенной кислотности: клевер, пшеница, ячмень, свекла и капуста, для них это удобрение менее эффективно, чем нитратные. Отрицательное влияние сульфата аммония устраняется известкованием кислых почв и хорошей заправкой органическими удобрениями.

Для культур, положительно реагирующих на серу (картофель, капустные), сульфат аммония благодаря присутствию в нем серы является одним из лучших азотных удобрений. Для нейтрализации 1 ц подкисляющего действия сульфата аммония требуется 1,3 ц СаСО₃.

Хлористый аммоний (NH₄Cl) – мелкокристаллическая соль белого цвета. Содержит 24–25 % N. Побочный продукт при производстве соды аммиачным способом, так же как и сернокислый аммоний, физиологически кислое удобрение. Содержит 66 % хлора. В связи с высоким содержанием хлора не рекомендуется применять под культуры, чувствительные к хлору (гречиха, картофель и др.). Для устранения 1 ц подкисляющего действия NH₄Cl требуется 1,4 ц СаСО₃.

Аммонийно-нитратные удобрения. Аммонийная (аммиачная) селитра (NH₄NО₃) содержит 34,5–35 % азота. Получается нейтрализацией азотной кислоты аммиаком. Белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Выпускается в гранулированном виде, поэтому сохраняет хорошую сыпучесть и рассеиваемость. Взрывоопасна. Хранить ее необходимо в сухом помещении, оборудованном противопожарными средствами.

В аммонийной селитре удачно сочетаются быстродействующий нитратный азот с менее подвижным аммонийным. Из раствора NH₄NО₃ растения быстрее поглощают катион NH₄⁺, чем анион NO3^–, поэтому аммонийная селитра физиологически кислое удобрение, однако подкисляющее действие ее на почву выражено слабее, чем сульфата аммония. Для нейтрализации 1 ц подкисляющего действия NH₄NО₃ требуется 0,75 ц СаСО₃.

В почве аммонийная селитра взаимодействует с почвенным поглощающим комплексом, катион NH₄⁺ хорошо поглощается почвой, а анион NO3^– остается в почвенном растворе, сохраняя высокую подвижность:

На почвах, насыщенных основаниями, в растворе образуются азотнокислые соли кальция (или магния), и почвенный раствор не подкисляется даже при систематическом внесении удобрения. Для этих почв аммонийная селитра – одно из лучших азотных удобрений.

На кислых дерново-подзолистых почвах, содержащих в поглощенном состоянии мало кальция, в почвенном растворе образуется азотная кислота, вследствие чего он подкисляется. Однако подкисление это недолговременно, так как оно исчезает по мере потребления нитратного азота растениями. Для повышения эффективности аммонийной селитры на кислых почвах большое значение имеет их известкование.

После известкования аммонийная селитра пригодна для разных типов почв и под все культуры севооборота, но наиболее эффективно использовать ее для весенних поверхностных подкормок зерновых культур, сенокосов и пастбищ. Можно применять ее и для подкормки пропашных, овощных, плодовых и ягодных культур с обязательной заделкой в почву. Под яровые культуры аммонийную селитру в виде основного удобрения вносят весной под предпосевную культивацию во избежание потерь азота от вымывания.

Универсальные свойства аммонийной селитры позволяют широко дифференцировать нормы, сроки и способы ее применения в зависимости от свойств почвы, погодно-климатических условий и особенностей возделываемых культур.

Амидные удобрения. Карбамид (мочевина, CO(NH₂)₂) содержит 46 % азота и является самым концентрированным из твердых азотных удобрений. Получают синтезом из аммиака и диоксида углерода при высоких давлении и температуре:

Белое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде. Гигроскопичность кристаллической мочевины при температуре до 20 °С сравнительно небольшая, но с повышением температуры заметно увеличивается и при хранении может слеживаться. Поэтому для улучшения физических свойств в настоящее время мочевина выпускается в гранулированном виде. В почве карбамид полностью растворяется почвенной влагой и под влиянием удобрений, выделяющих фермент уреазу, за два-три дня аммонифицируется и превращается в углекислый аммоний:

Углекислый аммоний – соединение непрочное, на воздухе разлагается с образованием бикарбоната аммония и газообразного аммиака:

Поэтому при внесении мочевины без заделки в почву и отсутствии осадков часть азота в виде аммиака может теряться. Эти потери больше на почвах с нейтральной и щелочной реакциями. В почве углекислый аммоний подвергается гидролизу с образованием бикарбоната аммония и гидроокиси аммония NH₄OH:

Образующийся при внесении мочевины в почву аммоний поглощается ее коллоидной фракцией и постепенно усваивается растениями.

Установлено, что мочевина может поглощаться корнями, а также листьями растений без предварительного превращения в углекислый аммоний. Однако пока мочевина не подверглась аммонификации, она может вымываться из почвы. По мере аммонификации мочевины возможно временное локальное подщелачивание почвы из-за гидролиза углекислого аммония. С течением времени аммоний подвергается нитрификации, образуя азотную кислоту и сдвигая реакцию в сторону подкисления:

Для устранения 1 ц подкисляющего действия CO(NH₂)₂ требуется 0,83 ц СаСО₃.

Таким образом, мочевина является биологически кислым удобрением.

Мочевина оказывает примерно такое же действие на урожай сельскохозяйственных культур, как и аммонийная селитра, но лучший эффект дает при непосредственной заделке в почву. Поверхностные подкормки озимых культур, лугов и пастбищ мочевиной менее эффективны по сравнению с аммонийной селитрой из-за потерь аммиака, а также более медленного действия мочевины, чем аммонийной селитры.

Поэтому мочевину, как при основном внесении, так и при подкормке, следует сразу заделывать в почву. Эффективны также некорневые подкормки зерновых культур в период вегетации, особенно при возделывании их по энергосберегающим технологиям, 10–15%-ными растворами мочевины с добавлением ретардантов, гербицидов и пестицидов.

Аммиачные удобрения. К жидким аммиачным удобрениям относятся безводный аммиак и аммиачная вода.

Безводный аммиак (NH₃) является самым концентрированным и дешевым удобрением, содержит 82,3 % азота. Получается сжижением газообразного аммиака под давлением. Бесцветная, подвижная жидкость, плотность 0,61 г/см³ при 20 °С, температура кипения 34 °С. При хранении в открытых сосудах NH₃ быстро испаряется. Безводный аммиак обладает высокой упругостью паров, поэтому его хранят и транспортируют в стальных цистернах, выдерживающих высокое давление (30– 32 атм). Он хорошо используется растениями и по эффективности не уступает твердым азотным удобрениям. Аммиак поглощается почвой и не вымывается, поэтому его можно вносить осенью или весной.

Внесенный в почву безводный аммиак превращается из жидкости в газ, который адсорбируется коллоидной фракцией и поглощается почвенной влагой, образуя гидроксид аммония. Взаимодействуя с анионами почвенного раствора, аммоний образует различные соли и, вступая в физико-химическое взаимодействие с почвенными коллоидами, поглощается твердой частью почвы. Одновременно с физико-химическими превращениями аммиак подвергается нитрификации и подкисляет почву. Для нейтрализации подкисляющего действия 1 ц аммиака требуется 1,5 ц СаСО₃.

На легких почвах удобрение продолжительное время сохраняется в виде NH₃ и может улетучиваться. Из влажной почвы аммиак улетучивается меньше, чем из сухой. В течение 12–15 дней после внесения аммиак подщелачивает, а затем (после перехода его в нитраты) подкисляет почву. Чтобы избежать потерь азота, безводный аммиак заделывают на глубину 12–16 см на дерново-подзолистых суглинистых и на глубину 16–20 см на супесчаных почвах. Для внесения используют специальные машины АБА-0.5М, АБА-1, АША-2 и другие в агрегате с культиватором КРН-4,2. Безводный аммиак можно вносить в качестве основного удобрения и в подкормку с обязательной заделкой в почву.

Водный аммиак, или аммиачная вода, содержит 20,5 % азота в форме NH₃ и NH₄OH, причем аммиака содержится значительно больше, чем аммония. Этим и обусловлена возможность потерь азота вследствие улетучивания аммиака при перевозке, хранении и внесении. Поэтому хранят и транспортируют аммиачную воду в стальных герметичных цистернах. Во избежание потерь аммиака аммиачную воду заделывают на глубину 10–12 см на суглинистых и 14–18 см на супесчаных почвах.

На связных почвах аммиачную воду, как и безводный аммиак, можно вносить осенью в качестве основного удобрения практически под все культуры при температуре почвы ниже +10 °С, а также весной перед севом. На почвах легкого гранулометрического состава эти удобрения желательно вносить весной. Как и безводный аммиак, аммиачная вода подкисляет почву и для нейтрализации 1 ц этого удобрения требуется 0,3–0,4 ц СаСО₃.

Аммиачную воду вносят специальными машинами (ПОУ) с приспособлением УЛП-8 для заделки в почву. Учитывая, что аммиак в почве перемещается на 10–12 см, для культур сплошного сева расстояние между сошниками (наконечниками) при внесении аммиачных удобрений должно быть не более 20–25 см, а для пропашных культур должно равняться ширине одного междурядья. Наиболее эффективно внесение этих удобрений вместе с органическими. Нельзя вносить аммиачные удобрения на одном участке несколько лет подряд, так как они усиливают минерализацию органического вещества, что может привести к снижению содержания последнего в почве.

Карбамид-аммонийно-нитратное удобрение (КАС) представляет собой водный раствор карбамида и аммиачной селитры (СO(NH₂) + NH₄NO₃) (табл. 1). Себестоимость единицы азота в КАС ниже, чем в твердых азотных удобрениях из-за исключения дорогостоящих и энергоемких операций доупаривания, гранулирования и концентрирования. В качестве противокоррозионного агента в КАС вводят небольшие количества фосфатов. Доза КАС на 1 га в зависимости от дозы азота и марки КАС приведена в табл. 2.

Выпускается три марки КАС с содержанием 28, 30 или 32 % азота. В отличие от жидких аммиачных удобрений КАС практически не содержит свободного аммиака, его можно вносить с помощью высокопроизводительных наземных агрегатов без одновременной заделки в почву, а также с помощью авиации и с поливной водой. КАС с ингибитором коррозии можно перевозить в обычных железнодорожных цистернах и автоцистернах. Низкая температура кристаллизации и замерзания дает возможность транспортировать и хранить КАС круглогодично в заглубленных в почву, естественно утепленных хранилищах из бетона и асфальта с внутренним пленочным покрытием из армированного стекла или мягкой ткани.

Таблица 1. Состав и свойства растворов КАС

Свойства	КАС-28	КАС-30	КАС-32
Состав по массе, %: NH4NO3	40,1	42,2	43,3
CO(NH2)2	30,0	37,7	36,4
H2O	29,9	25,1	20,3
Плотность при 15,6 оС, т/м3	1,283	1,303	1,327
Температура выпадения кристаллов, ºС	–18	–10	–2

Так как наиболее устойчив к кристаллизации КАС-28, в холодное время года к КАС-30 и КАС-32 рекомендуется добавлять на 100 л раствора 7 и 14 л воды соответственно, что позволяет их превратить в КАС-28.

КАС применяют для основного внесения и подкормок. Удобрение имеет высокую плотность, что позволяет значительно сократить затраты на транспортировку и хранение. Так, при равном объеме удобрений

КАС-32 содержит в 1,3 раза азота больше, чем мочевина, и в 1,5 раза больше, чем аммиачная селитра. Для поверхностного внесения КАС используют широкозахватные штанговые опрыскиватели ПОМ-630, ПОМ-2000, ОПШ-15 и др. Для локального внутрипочвенного внесения используют ПЖУ-2,5, ПЖУ-5, РОСА. Можно также использовать машину РЖТ-4 М, выпускаемую Оршанским трактороремонтным заводом.

КАС можно применять под все культуры, но наиболее целесообразно под зерновые.

Опрыскиватели позволяют более равномерно внести КАС, чем центробежные разбрасыватели твердых азотных удобрений. Только за счет более равномерного внесения прибавка урожайности зерновых культур при использовании КАС по сравнению с твердыми азотными удобрениями составляет 2–3 ц/га зерна. Используется дефлекторный распылитель РД-110-4.

КАС можно заделывать под вспашку или культивацию, применять его и по вегетирующим растениям в виде некорневой подкормки.

Допускается разбавление КАС с учетом конструктивных особенностей опрыскивателей. Для ранневесенней подкормки озимых зерновых культур, когда стоит прохладная погода (ниже 10 ºС), удобрение можно применять без разбавления в дозе 60–80 кг/га азота. При проведении подкормки в более поздние сроки (конец кущения – начало выхода в трубку) доза азота при температуре 16–18 ºС не должна превышать 20–30 кг азота. При этом необходимо проводить разбавление водой 1:2, а при совместном внесении с фунгицидами, ретардантами – 1:3–4.

Таблица 2. Доза КАС на 1 га в зависимости от планируемой дозы азота и марки удобрения

Доза азота, кг/га	КАС-28		КАС-30		КАС-32
	кг	л	кг	л	кг	л
10	36	28	33	26	31	24
20	71	56	67	52	63	49
30	107	84	100	78	94	73
40	143	112	133	104	125	98
50	179	140	167	130	156	122
60	214	167	200	156	188	146
70	250	195	233	182	219	171
80	286	223	267	208	250	195
90	321	251	300	234	281	220
100	357	279	333	260	313	244
110	393	307	367	286	344	269
120	429	335	400	312	375	293

Во избежание ожогов подкормки проводят в более поздние фазы развития зерновых в утренние и вечерние часы (температура воздуха не должна превышать 18 ºС). Ожоги усиливаются при сильной инсоляции, во влажную погоду или после дождя, когда ткани листьев размягчаются. Совмещение операций по внесению КАС со средствами защиты растений, микроэлементами позволяет на 20 % экономить затраты энергоресурсов, что имеет большое значение при использовании энергосберегающих технологий.

Можно применять КАС в прохладную погоду на сенокосах (до 80 кг) и на пастбищах (60 кг/га д. в.).

Попадая на листовую поверхность, мочевина, КАС непосредственно используются зерновыми для синтеза белков. При применении в период цветения и колошения они увеличивают содержание белка на 1–2 %. Мочевина, будучи физиологически активным веществом, активизирует процессы обмена азота, в частности образование сульфгидридных групп (метионин, цистеин). Аминокислоты, содержащие SH-группы, играют большую роль в процессах обмена веществ, роста и закладки репродуктивных органов.

Установлено, что питательные элементы могут проникать в надземные органы (большей частью через листья) различными способами, и скорость их поступления и усвоения зависит от морфологических особенностей их строения. Наружная сторона кутикулы многих листьев покрыта мельчайшими, видимыми только в микроскоп восковыми выростами, которые выступают на поверхность листа. Под слоем восковых веществ находится кутикула, которая после увлажнения набухает, и промежуточные пространства между пластинками из воска расширяются.

Питательные элементы через кутикулу проникают в клетки эпидермиса и через них непосредственно в цитоплазму, где под действием осмотического давления усваиваются или направляются в другие клетки. Кроме того, питательные элементы могут проникать через устьица, но лишь в том случае, если смачивающий раствор снижает поверхностное натяжение.

Кроме морфологических особенностей листьев скорость поступления и усвоения элементов питания зависит также от особенностей последних.

Так, исследованиями установлено, что по подвижности элементы подразделяются на четыре группы:

• 1) высокоподвижные – азот и калий;
• 2) подвижные – фосфор и сера;
• 3) частично подвижные – Cu, Zn, Mn, Mo, Fe;
• 4) неподвижные – B, Mg, Ca.

Поглощение и усвоение элемента зависит также от обводненности тканей растений (у завядших растений оно ослабевается).

Поглощение азота ночью идет медленнее, чем днем, поэтому наиболее приемлемым временем для обработок являются вечерние часы. В дождливую погоду проницаемость верхней стороны листа увеличивается и дозы КАС снижают.

Таким образом, использование КАС в сельском хозяйстве имеет несомненные преимущества перед твердыми удобрениями: обеспечивается полная механизация всех погрузочно-разгрузочных работ, резко уменьшаются затраты на производство и применение, осуществляется более точная дозировка при низких дозах удобрений, происходит быстрое поглощение азота через листья, улучшаются условия труда, исключается расход тары и снижается проблема слеживаемости, обеспечивается высокая равномерность внесения, упрощается приготовление необходимых тукосмесей, в том числе с добавкой фосфора, калия, микроэлементов и пестицидов, усиливается действие пестицидов при внесении их в КАС.

В связи с вышеизложенными достоинствами применение КАС в последние время возрастает.

Медленнодействующие азотные удобрения – это слаборастворимые в воде азотные удобрения, азот которых медленно переходит в растворимую форму, постепенно используется растениями в течение вегетации, из этих форм потери азота снижаются по сравнению со стандартными формами.

В Беларуси разработано несколько форм медленнодействующих азотных и комплексных азотно-фосфорных удобрений, которые наряду с макроэлементами содержат биологически активные соединения или регуляторы роста.

Карбамид с регулятором роста растений (СО(NН₂)₂) содержит 46 % азота в амидной форме и регулятор роста растений гуминовой природы, выделенный из торфа, – гидрогумат – 0,05–0,10 % от массы удобрения. По внешнему виду карбамид с регулятором роста растений представляет гранулы светло-коричневого цвета, которые характеризуются хорошими физико-химическими свойствами.

В составе действующих веществ Гидрогумата на долю гуминовых кислот, гуминоподобных веществ приходится 70–80 %, кроме того 15– 20 % биологически активных карбоновых кислот, 4–5 % аминокислот. Действующие вещества Оксигумата содержат до 60 % высокомолекулярных гуминовых кислот и до 40 % низкомолекулярных соединений:

• фульвокислот (28–30 %),
• органических кислот (13–15 %),
• пектинов (5–8 %).

Названные выше препараты безвредны для человека, животных, водной фауны, полезных насекомых, почвенной микрофлоры и разрешены к применению со стандартной мочевиной в сельском хозяйстве.

По сравнению со стандартной мочевиной карбамид с гуматсодержащими добавками обладает улучшенными свойствами. Прочность гранул этого удобрения по сравнению со стандартным увеличивается на 25 % при одновременном снижении слеживаемости на 29 %.

Применение карбамида с регулятором роста растений обеспечивает снижение потерь азота, повышает урожайность зерновых культур на дерново-подзолистых почвах на 10–15 %, пропашных – на 20–25 %. Рекомендуется для внесения под все полевые и овощные культуры, а также для подкормки зерновых культур, озимого и ярового рапса, многолетних трав и других сельскохозяйственных культур.

Сульфат аммония с защитным покрытием содержит 20,5–21 % азота и 24 % серы, связующие и биологически активные препараты Гидрогумат или Оксигумат. Удобрение обладает пониженной растворимостью (степень замедления его растворимости в воде и в почве в 1,3–1,6 раза ниже, чем стандартного сульфата аммония) и продленным сроком доступности азота и серы для растений в течение вегетационного периода. Удобрение снижает потери азота при вымывании в среднем на 25 %, серы на 20 %, увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур в среднем на 16 %, улучшает качество продукции (картофель, овощи, кормовые культуры, однолетние и многолетние травы). Его применяют в основную заправку почвы, а под многолетние травы – в один (весной) или два приема под каждый укос.

Жидкое азотное удобрение КАС с регуляторами роста растений и микроэлементами содержит 26–32 % азота, 0,2–0,4 % меди, 0,1– 0,2 % марганца, регулятор роста растений Гидрогумат или Эпин. Плотность раствора удобрения при 15 ^оС составляет 1,275–1,32 г/см³, рН – 8,5–8,9, температура кристаллизации растворов – 13–20 ^оС, замерзания – 26,5 ^оС. По сравнению со стандартным удобрением КАС с регуляторами роста и микроудобрениями обеспечивает повышение урожайности зерна озимой и яровой пшеницы, семян ярового и озимого рапса на 10–25 % с более высоким качеством продукции. Рекомендуется для основного внесения в почву или подкормок под все сельскохозяйственные культуры на любых почвах, но наиболее целесообразно его применение под зерновые культуры.

3. Способы повышения эффективности азотных удобрений

Применение азотных удобрений имеет решающее значение в повышении урожайности сельскохозяйственных культур.

Существует ряд способов повышения эффективности азотных удобрений. Это, в первую очередь, улучшение культуры земледелия, создание для растений таких агротехнических условий, которые позволили бы им максимально проявить свои генетически заложенные возможности в формировании урожая высокого качества.

Особенно эффективны азотные удобрения в условиях хорошей влагообеспеченности на бедных гумусом дерново-подзолистых почвах. Каждый килограмм азота при оптимальных дозах дает на этих почвах прибавку урожая озимой ржи, пшеницы и яровых зерновых 8–15 кг, льна-долгунца (волокна) – 3–6, картофеля – 50–100, зеленой массы кукурузы – 70–100, сена луговых трав – 30–40 кг.

Азотные удобрения не только повышают урожай, но и улучшают его качество, увеличивая содержание белка в зерне и кормовых продуктах.

Большое значение в повышении эффективности азотных удобрений имеет оптимальное соотношение питательных элементов в применяемых удобрениях, выбор лучших форм, сроков и способов внесения азотных удобрений. Одностороннее внесение высоких доз азотных удобрений приводит к сильному развитию надземной массы растений, их полеганию и резкому снижению урожая и его качества.

Формы азотных удобрений должны выбираться с учетом свойств почв и биологических особенностей сельскохозяйственных культур. При определении сроков и способов внесения азотных удобрений должны также учитываться их свойства, особенности почвы и сельскохозяйственных культур, предшественники, нормы вносимых органических и минеральных удобрений.

Важными факторами повышения эффективности азотных удобрений являются: совместное их внесение с органическими удобрениями, известкование кислых почв, применение ингибиторов нитрификации, медленнодействующих удобрений, правильная обработка почвы, мероприятия по уходу за растениями в период вегетации, борьба с сорняками, болезнями и вредителями сельскохозяйственных культур и др.

Рациональная система применения азотных удобрений под сельскохозяйственные культуры должна учитывать биологические особенности растений в потреблении азота в онтогенезе, действие азотных удобрений на урожайность и качество выращиваемых культур, особенности трансформации соединений азота почвы и удобрений, охрану окружающей среды.

Внесенный в почву азот удобрений не только используется растениями, но и под воздействием различных микроорганизмов подвергается превращениям, в результате его содержание в минеральной форме быстро уменьшается и значительное количество переходит в различные органические соединения.

Исследования при помощи меченых атомов показали, что в среднем 20–30% внесенного азота закрепляется в органическом веществе почвы и практически не используется в первый год. Этот азот принимает участие в питании последующих культур, причем степень его использования из года в год уменьшается.

Закрепление азота зависит от формы удобрений, типа почвы, наличия органических остатков, а также вида возделываемых культур. Из аммиачных форм удобрений и мочевины больше закрепляется азота (около 40 % от внесенного), чем из нитратных (20 %). На хорошо окультуренных почвах, а также почвах, богатых гумусом, при совместном внесении минеральных и органических удобрений закрепление азота возрастает.

Внесенный в почву катион NН4⁺ поглощается обменно в доступной для растений форме, а также закрепляется в трудноусвояемой форме. Закрепление минеральных соединений азота в почве в трудноусвояемой для растений форме может также происходить в результате фиксации катионов аммония и аммиака (NH₄ и NH₃) глинистыми минералами, химического связывания NH₄ и NH₃ почвенным органическим веществом.

Необменная фиксация азота в аммонийной форме составляет 1/4– 1/5 от общего количества закрепленного почвой азота удобрений. Это может играть положительную роль, поскольку фиксация аммония предохраняет азот от вымывания и процессов денитрификации.

Присутствие большого количества водорастворимого и обменного калия в почве блокирует освобождение фиксированного аммония из глинистых минералов, резко снижает доступность его растениям и нитрификацию бактериями. Однако растения, а также гетеротрофные микроорганизмы, потребляя сравнительно большое количество калия, снижают блокирующее его действие на освобождение и усвоение фиксированного аммония.

Несмотря на то, что фиксирующая способность различных почв может колебаться в значительных пределах, в большинстве случаев фиксированный аммоний остается доступным растениям.

Химическое связывание NH₃ происходит в результате присоединения его к фенольным гидроксильным группам органических веществ с последующим включением в состав гетероциклических колец и переходом в химически устойчивую форму.

Связывание NH₄⁺ и NH₃ в сильной степени зависит от содержания органического вещества в почве. В торфяно-болотных почвах этот процесс протекает активнее, в минеральных почвах с невысоким содержанием гумуса (особенно кислых дерново-подзолистых) химическое связывание аммиачного азота органическим веществом при внесении средних доз аммиачных удобрений невелико и не может оказать существенного влияния на доступность растениям азота. Таким образом, основная роль в закреплении как аммиачного, так и нитратного азота в большинстве почв принадлежит биологической иммобилизации – превращению его в органическую форму.

Соотношение скорости процессов иммобилизации и минерализации определяет преобладание одного процесса над другим и зависит от формы азотного удобрения и наличия органического вещества. Максимальная скорость процессов минерализации и иммобилизации отмечается в первые 5 дней после внесения азота и происходит в основном в первые 2–3 недели.

Исследования с соединениями азота, мечеными стабильным изотопом азота ¹⁵N, позволили установить, что в полевых условиях растения усваивают непосредственно из удобрений 30–50 % азота. Однако при внесении азотных удобрений усиливаются минерализация почвенного азота и усвоение его растениями. Коэффициенты использования азота различных форм азотных удобрений существенно не различаются, за исключением экспериментальных условий их применения. Исследования ВИУА с ¹⁵N показали, что растения усваивают больше азота из почвы, чем из минеральных удобрений.

Азот удобрений интенсивнее, чем азот почвы, потребляется растениями в первые 3–4 недели вегетации, затем усвоение его снижается, а через 40–50 дней (у зерновых к фазе выколашивание – начало цветения) в основном прекращается. Потребление азота растениями из почвы продолжается до конца вегетации, поэтому к уборке доля его в общем выносе несколько повышается.

Аммиачные формы азотных удобрений способствуют лучшему усвоению азота почв по сравнению с нитратными. Отмечено также, что известкование, независимо от формы удобрений, значительно увеличивает мобилизацию и усвоение растениями азота почвы.

Скорость нитрификации аммиачного и амидного азота, внесенного с удобрениями, зависит от типа почвы и степени ее окультуренности. На хорошо окультуренных дерново-подзолистых почвах нитрификация амидных и аммонийных азотных удобрений протекает значительно энергичнее, чем на слабоокультуренных.

Рядом исследований установлено, что при низкой температуре почвы минерализация и иммобилизация азота тормозятся, снижается также поглотительная способность растений к азоту и фосфору (особенно нитратного азота). При низких температурах аммонийные формы более эффективны, чем нитратные. Это связано с тем, что при низких температурах поступление и восстановление нитратного азота затрудняется, а аммонийный азот уже в корнях включается в состав аминокислот и белков. Учитывая, что основные превращения азота удобрений происходят в первые 2–3 недели после их внесения, повышенная концентрация нитратов в почве при низких температурах и избыточном увлажнении почв может привести к увеличению потерь азота в 2–3 раза и более.

Исследования, проведенные в РУП «Институт почвоведения и агрохимии», показали, что при температуре 17–20 ºС превращение аммонийного и амидного азота в окисленную форму в дерновоподзолистых почвах происходит в основном в течение 30 суток.

При низкой температуре (5–7 ºС) интенсивность процесса аммонификации значительно выше интенсивности нитрификации. В почве при низких температурах больше всего азота в нитратной форме накапливается при внесении аммиачной селитры. На основании этого Н. Н. Семененко делает вывод, что в период ранневесенней подкормки озимых зерновых культур при прохладной погоде целесообразно применять амидные и аммонийные формы азотных удобрений.

Таким образом, благодаря нитрификации аммиачных, аммонийных и амидных удобрений в почвах азот используется растениями в основном в форме нитратов. Уже в корнях при участии фермента нитратредуктазы происходит восстановление нитратов до аммиака, который используется на образование аминокислот и амидов.

Если в почве мало минерального азота и он в растения поступает в незначительном количестве, то этот азот почти полностью восстанавливается до аммиака, который уже в корнях превращается в органические соединения (аминокислоты, амиды и др.). При усилении обеспеченности растений азотом все большее количество его поступает в надземную часть в минеральной форме, где он усваивается. Исследования показали, что при высоком уровне азотного питания у пшеницы в корнях восстанавливалось 3 % нитратного азота, у кукурузы – 15 %, остальное – в надземной массе.

При слишком высоком уровне питания, когда фермент нитратредуктаза не справляется с восстановлением нитратов, в вегетативных органах растений, в частности, в овощах, может накапливаться большое количество нитратов.

В семенах растений нитратов обычно не накапливается. Это связано с тем, что нитраты восстанавливаются на пути их передвижения в репродуктивные органы. Кроме того, сами репродуктивные органы, в частности, зерновки пшеницы и колосковые чешуйки, обладают довольно высокой нитратредуктазной активностью. Как показали исследования, имеются соединения, которые могут повышать активность фермента нитратредуктазы. Такую способность на ячмене проявил цитокинин 6-бензиламинопурин. На активность цитокининов оказывают влияние регуляторы роста из группы брассиностероидов (эпин, эмистим и др.), что способствует усилению поступления азота в растения.

Считается, что активность фермента нитратредуктазы является узким местом в цепи превращения неорганического азота, поступающего в растения, и при определенных условиях может лимитировать эффективное использование азотных удобрений.

На эффективность азотных удобрений наиболее сильное влияние оказывает водообеспеченность. При достаточном увлажнении их действие усиливается. Этот факт можно регулировать с помощью орошения.

На усвоение азота оказывает влияние концентрация углекислого газа. В период интенсивного роста растения, имеющие большую вегетативную массу (например, кукуруза), полностью «выедают» углекислый газ, и его может не хватать. Здесь положительное влияние на использование азота почвы и урожай оказывает применение органических удобрений.

Важным моментом является соотношение питательных элементов в питании растений. Имеются данные о том, что эффективность азота проявляется лишь при достаточной обеспеченности растений фосфором. Естественно, с повышением доз макроэлементов увеличивается потребность и в микроэлементах.

Различные сорта и гибриды неодинаково отзываются на применение возрастающих доз минеральных удобрений. Одним из показателей такой способности может служить активность фермента нитратредуктазы – ключевого фермента азотного обмена, ответственного за восстановление в растении поглощенных нитратов. В связи с этим селекция зерновых культур должна быть направлена на создание сортов с высокой активностью фермента нитратредуктазы, способных много использовать азота и накапливать зерно с высоким содержанием белка.

Имеются данные, что короткостебельные сорта пшеницы имеют повышенную продуктивность фотосинтеза и отличаются повышенной способностью к поглощению азота после цветения. Отсюда вполне вероятно, что между этими двумя особенностями короткостебельных сортов имеется взаимосвязь, ибо, как известно, продуктивное использование поглощенного растениями азота невозможно без повышения продуктивности фотосинтеза, а фотосинтез усиливается при усилении поглощения азота корнями. Таким образом, большой вклад в создание новых сортов зерновых и других сельскохозяйственных культур, способных продуктивно использовать азот вносимых удобрений, может внести новое направление в генетике и агрохимии – генетика минерального питания растений.

Чтобы получить максимальную отдачу от азотных удобрений, следует рационально распорядиться имеющимся в Беларуси ассортиментом азотных удобрений. Исследования, проведенные в РУП «Институт почвоведения и агрохимии», показали, что наиболее эффективными формами азотных удобрений на зерновых культурах при дробном внесении являются КАС и аммиачная селитра, картофеле – сульфат аммония и мочевина, на многолетних злаковых травах – сульфат аммония и аммиачная селитра.

Следует отметить, что внесение твердых форм азотных удобрений связано с большой неравномерностью (30–60 % и более), что резко снижает их эффективность. Поэтому в производственных условиях более высокие прибавки достигаются при внесении КАС с помощью опрыскивателей, а мочевины и других твердых форм азотных удобрений – с помощью сеялок, разбрасывателей, позволяющих равномерно вносить их в почву (РШУ-12 и др.).

В настоящее время в земледелии Беларуси наметился переход от техногенной к адаптивной интенсификации, характеризующейся энергосбережением и охраной окружающей среды.

Существенно снизить затраты азотных удобрений на получение экологически обоснованных урожаев сельскохозяйственных культур можно за счет дробного внесения и корректировки доз в основное внесение и в подкормки на основе данных содержания азота в почве и растениях. Теоретической основой диагностики условий азотного питания сельскохозяйственных культур является установленная зависимость урожайности и показателей качества продукции от содержания азота в почве и растениях.

Внесение повышенных доз азота, особенно на ранних стадиях роста зерновых, льна и других сельскохозяйственных культур, ведет к полеганию растений, снижению урожайности и затруднению в уборке. В Германии, например, раннее полегание зерновых культур во время цветения снизило урожайность по сравнению с контрольным на 27 ц/га.

Одностороннее, повышенное внесение азотных удобрений способствует и развитию болезней у зерновых культур прямым или косвенным путем. При расчете доз азота следует учитывать почвенные и погодные условия, действие предшественника и другие агротехнические факторы.

Большое влияние на урожайность оказывают сроки внесения азотных удобрений: для озимых зерновых культур – с возобновлением вегетации весной, а у яровых зерновых – до посева. С возрастающим уровнем урожайности подкормка в конце фазы кущение – начало трубкования приобретает большее значение. В Германии, за исключением пивоваренного ячменя, для всех зерновых культур применяют дробное внесение азотных удобрений. В этой стране было принято постановление о принципах при применении удобрений, согласно которым при определении доз азотных удобрений необходимо учитывать содержание доступного минерального азота в почве и применять для правильного внесения удобрений весной научно обоснованные методы прогнозирования потребности сельскохозяйственных культур в азоте.

Наиболее широкое распространение в Германии, США, Канаде получило определение в почве минерального азота в начале вегетации растений в слое 0–90 см. Найденное количество (от 15 до 85 кг N на 1 га и более) вычитают из данного или нормативного значения, которое устанавливается опытами по удобрению для разных местностей Германии. Для более точного определения потребности растений зерновых культур от конца кущения до колошения в азоте применяется растительная диагностика с помощью экспресс-методов для определения нитратов.

В РУП «Институт почвоведения и агрохимии» разработана система оптимизации применения азотных удобрений под зерновые культуры, картофель и многолетние травы на основе почвенно-растительной диагностики азотного питания растений. Применение этой системы дает экономию азота удобрений 20–40 кг/га д. в., снижение удельных энергетических затрат на 16–51 % на зерновых культурах и в 1,5–2,0 раза – на картофеле и потерь азота почвы и удобрений на 10–20 %. Реализация данной системы обеспечивает также содержание нитратов в продукции ниже ПДК и снижение загрязнения окружающей среды азотистыми соединениями.

Решить важнейшую задачу рационального использования удобрений, предотвратить потери питательных элементов из удобрений и почвы в окружающую среду позволяет применение медленнодействующих азотных удобрений (медленнодействующей мочевины, сульфата аммония с полимерным покрытием и др.). Их применение позволит снизить потери общего азота на легких почвах на 27–46 %.

Усиливается поступление азота, других элементов питания при локальном внесении удобрений. Как показали исследования, при ленточном внесении удобрений в почве создаются очаги повышенной концентрации питательных элементов, которые более интенсивно и полно поглощаются растениями, чем при разбросном внесении.

При локализации удобрений аммонийный азот меньше подвергается необменному поглощению почвой, что способствует его лучшему использованию. Повышенное содержание аммонийного азота в ленте удобрений замедляет нитрификацию и способствует сокращению потерь азота за счет вымывания нитратов из корнеобитаемого слоя. Вокруг очага азотных удобрений в несколько раз возрастает мобилизация почвенного азота. В результате при локальном внесении удобрений создаются более благоприятные условия питания растений, коэффициенты использования азота из минеральных удобрений увеличиваются на 10–15 %.

В настоящее время разработаны экологические ограничения на применение азотных удобрений под сельскохозяйственные культуры, обеспечивающие в сочетании с фосфорно-калийными и органическими удобрениями высокие урожаи, содержание нитратов в пределах ПДК и хорошее качество продукции (табл. 3).

Таблица 3. Максимальные дозы азотных удобрений, рекомендуемые при возделывании сельскохозяйственных культур

Культуры	Органические удобрения, т/га (фон)	Максимальная допустимая годовая доза азота, кг/га д. в.
Озимые зерновые (зерно)	20–30	110
Яровые зерновые (зерно)	–	110
Картофель (клубни)	60–70	110
Сахарная свекла (корнеплоды)	75–80	120
Кормовая свекла (корнеплоды)	75–100	150
Кукуруза (зеленая масса)	60–70	150
Многолетние злаковые травы (сено)	–	180
Овощи открытого грунта: капуста	70	120
свекла столовая	40	90
морковь	–	90
томаты	40	90
огурцы	120	90
лук-репка	40	90
зеленные культуры	40	60

Указанные дозы азотных удобрений не лимитируют получение урожаев зерновых культур на уровне 60–80 ц/га, картофеля – 350–400, кормовых корнеплодов – 800–1000, капусты – 800, столовой свеклы – 600, моркови – 600, томатов, огурцов, лука – 350 ц/га.

В условиях Беларуси, особенно в южных районах, после уборки зерновых нередко поля в течение 1,5–2 месяцев не заняты посевами. В этот период в условиях влажности и тепла, как правило, благоприятных для минерализации органического азота и нитрификации, в почве накапливаются нитраты, значительная часть которых при обильных осенних осадках выщелачивается в нижележащие горизонты, попадает в грунтовые воды. Предотвращение потери азота и других подвижных элементов в таких условиях обеспечивают посевом промежуточных культур.

Как показали исследования, проведенные на дерново-подзолистых легкосуглинистых почвах, насыщение промежуточными культурами полевых и кормовых севооборотов до 25 % повысило общую продуктивность пашни на 14–16 %, а выход переваримого протеина – на 20–23 %. После промежуточных культур оставалось 2,0–2,7 т/га абсолютно сухой органической массы корневых и пожнивных остатков (с содержанием азота в них 26–40 кг азота).

Таким образом, многолетние экспериментальные исследования, проведенные в Беларуси, свидетельствуют, что рост продуктивности растениеводства на всех угодьях и почвенных разновидностях теснейшим образом связан со снабжением растений азотом. Оптимизация азотного режима почв обусловлена, с одной стороны, увеличением органического вещества и соответственно валовых запасов азота, насыщением до оптимального уровня севооборотов бобовыми культурами для использования биологического азота как наиболее дешевого и экологически безопасного из всех видов азота, используемых растениями. С другой – регулированием процессами минерализации органического вещества, решением проблемы более рационального использования азотных удобрений с учетом ассортимента, почвеннорастительной диагностики азотного питания растений, предотвращением непроизводительных потерь, вызывающих загрязнение окружающей среды.