Эта статья представляет собой сборник научных данных, которые были оценены учеными факультета растениеводства и почвоведения Университета штата Мичиган из свойств безводного аммиака после того, как он был внесен в почву.
Безводный аммиак является основным источником азота, вносимого с удобрениями в штате Мичигане по объему фактического азота, применяющегося ежегодно. Есть несколько причин, почему безводный аммиак используется настолько широко. Во-первых, потому что он является первым шагом в производстве почти всего технического азота, а во-вторых - самым дешевым источником азотного удобрения. Безводный аммиак также содержит 82% азота - это самая высокая концентрация всех удобрений.
Безводный аммиак также имеет некоторые недостатки, которые ограничивают его общее доминирование на рынке удобрений. Поскольку безводный аммиак - это газ, который хранится в форме жидкости под давлением, необходимо специальное оборудование для его применения. Скорость работы при внесении аммиака ниже по сравнению с другими удобрениями. Во время того, как аммиак вносится из цистерны в почву, он может представлять риск для здоровья человека, если не соблюдать надлежащие меры предосторожности.
Сохранность в почве после внесения
Применение безводного аммиака приводит к образованию очагов неорганического азота под поверхностью почвы. Очаги, как правило, овальные или в форме капли с вертикальным удлинением. Вообще, большее количество безводного аммиака распространяется вверх, а не вниз, а ширина очага увеличивается в соответствии с количеством безводного аммиака. Зона безводного аммиака распространяется в диаметре примерно 5-12,5 см в зависимости от структуры почвы, количества безводного аммиака, обменного потенциала катионов, а также содержания влаги в почве. Влажность почвы играет важнейшую роль при удобрении безводным аммиаком. Если безводный аммиак быстро не среагирует с влагой в почве, то будет оставаться в газовой форме и испаряться в атмосфере.
Безводный аммиак сохраняется в почве с помощью различных химических и физических механизмов. Наиболее распространенными являются реакции со свободными ионами водорода в почве (функция рН) и с водой. В результате этих реакций аммоний содержится в почве.
Потеря безводного аммиака путем испарения при внесении зависит от глубины внесения и влажности почвы. При небольшой влажности аммиак может достаточно быстро испариться. Слишком высокая влажность предотвращает герметизацию отверстия от инъекционного ножа посевного агрегата на поверхности почвы. Глубина внесения зависит от расстояния, которое аммиак должен пройти, чтобы раствориться в атмосфере.
На рис.1 графически показано влияние глубины внесения и влажности почвы на потерю аммиака. Если уровень влажности почвы составляет около 16%, то это приводит к минимальной потере аммиака на любой глубине внесения, более влажное или сухое состояние почвы требует более глубокого внесения. На рисунке 1 сухая почва (2%) приводит к немедленной (менее чем за 2 ч) потере газа, тогда как во влажной почве (23%) азот постепенно теряется в течение первых 36 часов. Обратите внимание, что максимальная потеря аммиака в обоих случаях составляла около 12% для этого опыта, в котором безводный аммиак вносился на глубину 7,5 см. В штате Мичиган почва редко бывает настолько сухой, чтобы наблюдать потерю безводного аммиака. С другой стороны, за последние несколько лет почвы были очень влажными, что тоже приводило к определенным потерям.
Рис. 1. Потери аммиака в почве (в %, вертикальная ось) в зависимости от глубины внесения (соответственно 7,5, 15 и 22,5 см) и влажности почвы (в %, горизонтальная ось)
Рис. 2. Темпы потери аммиака (вертикальная ось) из почвы при разных уровнях влажности почвы (горизонтальная ось — время в часах после внесения)
Для очень влажных почв с целью минимизации потерь азота безводный аммиак вносят на глубину не менее 15 см и используют заделыватели, которые закрывают борозду, сделанную ножом. В очень сухих условиях обычно чем глубже вносишь, тем лучше.
Влияние на микробиоту почвы
Химические свойства безводного аммиака обусловливают его токсичность для микроорганизмов в зоне применения. Объем вымирания микробов сильно зависит от микросреды в зоне внесения. Почва, отобранная в день внесения удобрения, показала резкое снижение концентрации почвенных бактерий, но не полное уничтожение популяции (табл. 1). Через некоторое время после внесения наблюдалось увеличение популяции бактерий по сравнению с зоной, где не применялся безводный аммиак. Через 5 недель после внесения не было существенных различий в
количестве бактерий между участками, независимо от нормы внесения — 0 или 100 кг/га.
Таблица 1. Количество бактерий в почве в рядке с безводным аммиаком по сравнению с необработанными участками
Влияние безводного аммиака на почвенные грибы немного длительнее, чем на бактерии. Этот эффект характеризуется данными, приведенными в табл. 2, при этом через 31 день после применения наблюдалась суммарная отрицательная реакция. За 10-20 см от центра зоны применения эффективность безводного аммиака резко уменьшилась. Авторы исследования относительно бактерий и грибов в почве заключают: «Несмотря на то, что применение безводного аммиака влияло на микробиологическую популяцию почвы, оно вряд ли может сделать больше, чем временная дестабилизация условий в зоне расположения удобрения".
Таблица 2. Изменение популяции почвенных грибов (суммарный эффект, обработанный участок и менее удобренный участок), в зависимости от места внесения безводного аммиака и времени после внесения
Влияние на физические и химические характеристики почвы
Безводный аммиак часто воспринимается как вредное вещество для некоторых физико-химических характеристик почвы; эти данные являются результатом долгосрочного (10-летнего) исследования, которое сравнивает эффект от нескольких источников азотного удобрения, прошедших контролируемую проверку данных (табл. 3). Измерения уплотнения почвы показали, что этот показатель существенно не отличался между различными источниками азота или от контрольного показателя (без внесения азота). При измерении пахотного и более глубокого слоев почвы эти данные подтвердились.
Таблица 3. Физические и химичиские характеристики почвы, взятой из двух слоев на полевых участках
Внесение любых азотных удобрений, однако, существенно снизило рН почвы по сравнению с контрольным удобрением. Снижение рН среди всех азотных удобрений было одинаковым в образцах, взятых как из неглубокого, так и из более глубокого слоев почвы. Поскольку нитрификация аммония является реакцией образования кислоты, суммарным эффектом будет снижение рН; исключение составляет сульфат аммония.
Органические вещества в течение всего времени исследования не были повреждены никаким азотным удобрением.
Расстояние между участками и концентрация безводного аммиака
Практика ведения хозяйства, которая в течение последних нескольких лет привлекала к себе широкое внимание, заключается в том, чтобы изменить ширину междурядья при внесении безводного аммиака с 75 до 150 см. Эта практика позволит использовать меньшее количество горючего для прохода техники через поле и устанавливать меньше ножей.
С агрономической перспективы может существовать реальное преимущество такой технологии внесения за счет концентрации безводного аммиака в каждой зоне внесения. Когда безводный аммиак попадает в почву, он повышает рН, и это приводит к торможению процесса нитрификации аммония. Чем больше концентрация азота, тем длительнее тормозящий эффект. Итак, если увеличить междурядья с 75 до 150 см, концентрация безводного аммиака возрастет вдвое в каждой зоне.
Опыты в штате Небраска в 1993 г. показали, что на некоторых почвах мелкого механического состава устойчивость аммония значительно увеличивается. Так, при 150-сантиметровом междурядье период полураспада безводного аммиака составил 66 дней. Таким образом, 25% применяемого жидкого аммиака будет присутствовать в форме аммония даже через 132 дня после внесения.
Важной рекомендации стало и то, что более широкие междурядья применяются только при условии внесения безводного аммиака сбоку рядка. 150-сантиметровых промежутков при внесении каждое растение будет располагаться не ближе 38 см от зоны внесения азота. Исследовательская работа в штате Иллинойс, которая сравнивала 75 и 150-сантиметровые междурядья, пришла к выводу, что расстояние между ножами агрегата не имела существенного влияния на урожайность (табл. 4).
Таблица 4. Урожайность кукурузного зерна под влиянием внесения азотного удобрения сбоку рядка и количество азота в почве мелкого механического состава (шт. Иллинойс).
Посев кукурузы после применения безводного аммиака
Общий вопрос по применению безводного аммиака заключается в том, как скоро после удобрения можно сеять кукурузу. Основная цель заключается в том, что семена нельзя сеять в зоне расположения безводного аммиака, следовательно, количество аммиака, глубина внесения, влажность и структура почвы являются ключевыми факторами.
На рис. 3 изображен эффект применения азота, учитывая степень и глубину внесения на всхожесть кукурузы. При внесении 112 кг/га азота на небольшую глубину зерна кукурузы немного уменьшались, тогда как после внесения 450 кг/га азота на глубину 10 и 17,5 см всхожесть резко уменьшилась. Эффекты при применении на 224 и 336 кг/га азота были средними. Нормальное количество применения безводного аммиака, как правило, составляет от 110 до 225 кг/га азота, при типичной глубине внесения примерно 17,5 см. Исходя из результатов этого исследования, всхожесть тогда будет на уровне 90% и более.
Рис. 3. Всхожесть кукурузы (в %, вертикальная ось) через 12 дней после посева, в зависимости от глубины (в дюймах, горизонтальная ось) и количества внесения безводного аммиака (в фунтах д. в. азоту на акр, 1 фунт/акр соответствует 1,13 кг/га)
В этом исследовании кукуруза была посеяна непосредственно над указанным участком внесения безводного аммиака, и в тот же день. Учитывая типичную зону расположения жидкого аммиака и интервал внесения в 75 см, вероятность того, что семя попадет прямо над зоной расположения аммиака, составляла примерно одну шестую. Итак, всхожесть с базовых для данного исследования 90% возрастала до 98%, если рядки посева были случайно расположены относительно рядков внесения безводного аммиака.
Посев поля через некоторое время после внесения безводного аммиака увеличит всхожесть, как показано на на рисунке 3, особенно с количеством в 336 и 450 кг/га азота. При нормальной или высокой влажности почвы, когда ускоряется превращение аммиака в аммоний в зоне внесения, для типичных для шт. Мичиган условий и практики подойдет задержка от нескольких часов до дня между внесением удобрений и обработкой почвы, или между применением и посевом.
Итог
Безводный аммиак - это широко используемое азотное удобрение благодаря большому количеству преимуществ агрономического и материально-технического характера. Влияние безводного аммиака на физические и химические свойства почвы по сравнению с другими источниками азотных удобрений, как правило, минимальны.
Несмотря на то, что безводный аммиак может сразу повлиять на микробиоту почвы, это влияние локально и долго не длится. Управление концентрацией безводного аммиака в зоне внесения за счет изменения междурядий может влиять на продолжение длительности сохранения аммония в рядке. Это может привести к большему количеству азота в почве при плохих условиях. Исследование урожайности не показали существенной разницы в урожаях зерна при различной ширине междурядья при внесении безводного аммиака.
Перевод: Анна Сказатная
