Роль азота в питании растений. Превращение азота в растении, особенности азотного питания.

Азот − один из основных элементов, необходимых для растений. Он входит в состав всех простых и сложных белков, нуклеиновых кислот, содержится в хлорофилле, ферментах. Главным источником азота для питания растений служат соли азотной кислоты и соли аммония.

Азот, поступивший в растения в минеральных формах, проходит сложный цикл превращений, конечным этапом которых является включение его в состав белковых молекул.

Основные источники доступного азота − газообразный азот атмосферы и нитратный и аммонийный азот почвы.

Наиболее интенсивное поглощение растениями азота из почвы и его использование происходят в период максимального роста и образования вегетативных органов и листьев. Общее содержание азота сильно варьирует в разных растениях и в различных частях одного и того же растения. В семенах содержится больше азота, чем в листьях и стеблях в конце вегетации.

Условия азотного питания сильно влияют на рост и развитие растений. Как недостаток, так и избыток азота негативно влияют на количественные и качественные характеристики урожая.

При нормальном азотном питании растений повышается синтез белковых веществ, усиливается и дольше сохраняется жизнедеятельность организма, ускоряется рост и несколько замедляется старение листьев. Растения образуют мощные стебли и листья, имеющие интенсивно зеленую окраску, хорошо растут и кустятся. В результате резко повышаются урожай и содержание белка в урожае.

Кроме того, качество урожая зависит от формы азота, используемого растениями. При аммиачном питании повышается восстановительная способность растительной клетки, больше образуется восстановленных органических соединений (например, эфирных масел в перечной мяте). При нитратном питании, наоборот, преобладает окислительная способность клеточного сока, больше образуется органических кислот.

Отношение растений к аммиачному и нитратному азоту зависит от ряда факторов:

1. Реакции почвенного раствора. Считается, что при нейтральной реакции среды растения лучше усваивают аммиачный азот, а в кислой – нитратный;

2. Обеспеченности зольными элементами. Na, K способствуют усвоению нитратного азота, а Mo и P – аммиачного.

3. Обеспеченности растений углеводами. Для образования 1 г белка необходимо 5 г углеводов.

В растении превращение азота происходит по 3-ем основным процессам:

1. аминирование;

2. переаминирование;

3. дезаминирование.

Аминирование – процесс при котором к органической кислоте (щавелевоуксусной, α-кетоглутаровой) присоединяется аммиак, в результате чего образуется аминокислота (аспаргиновая, глутаминовая). Это основной процесс образования аминокислот. Указывает на тесную связь углеводного и белкового обменов.

 

СООН СО СН₂ СООН +NH₃(-H₂O) →COOH CH₂ CHNH₂ COOH

щавелевоуксусная кислота аспаргиновая кислота

 

СООН СО СН₂ СН₂ СООН +NH₃(-H₂O) →COOH CH₂ CH₂ CHNH₂ COOH

α-кетоглутаровая кислота глутаминовая кислота

 

В процессе переаминирования под воздействием соответствующих ферментов (аминотрансфераза) происходит перенос аминогрупп определенных аминокислот на другие соответствующие аминокислоты.

 

COOH CH₂ CHNH₂ COOH + СН₃ СО СООН→COOH CО CH₂ COOH+

аспаргиновая кислота пировиноградная кислота аланин

 

СН₃ CHNH₂ СООН

щавелевоуксусная кислота

 

Переаминирование имеет большое значение для синтеза белков, а также для дезаминорования.

Дезаминирование – отщепление аминогруппы от аминокислоты, в результате чего образуются аммиак и кетокислота. Последняя перерабатывается растением в углеводы, жиры и другие вещества, а аммиак вновь используется для синтеза аминокислот.

 

COOH CH₂ CHNH₂ COOH -NH₃ = СООН СО СН₂ СООН +NH₃

аспаргиновая кислота щавелевоуксусная кислота

Содержание азота в почвах и динамика его соединений.

Содержание азота в земной коре, по данным А.П.Виноградова, 2,3 × 10^-2 %, а общие запасы его исчисляются десятками миллиардов тонн. Основная часть азота содержится в почве в виде сложных органических соединений.

Кроме того, часть азота земной коры находится в виде необменно-поглощенных ионов аммония и удерживается в кристаллической решетке алюмосиликатных минералов. В пахотном слое разных почв содержание азота колеблется в широких пределах (от 0,05 до 0,5 %).

Общее содержание азота в почвах зависит от содержания в них органических веществ: больше всего азота в наиболее богатых гумусом мощных черноземах, а меньше − в бедных гумусом дерново-подзолистых почвах и сероземах.

Однако обеспеченность сельскохозяйственных растений азотом зависит не столько от валового содержания его в почве, сколько от содержания усвояемых растениями минеральных соединений. Основная масса азота в почве, содержащаяся в различных органических соединениях (94-95 %) или в форме аммония, необменно-фиксированного глинистыми минералами (3-5 %), недоступна или трудно доступна растениям. Только малое количество азота (около 1 %) содержится в легко усвояемых растениями минеральных формах (NO₃^- и обменного NH₄⁺). В связи с этим нормальное обеспечение растений азотом зависит от скорости минерализации азотистых и органических соединений. В почве разложение органических и превращение минеральных соединений происходит благодаря следующим процессам:

1. аммонификация;

2. нитрификация;

3. денитрификация.

Распад азотистых органических веществ почвы до аммиака называется аммонификацией. Аммонификация осуществляется обширными группами аэробных и анаэробных микроорганизмов. Аммонификация происходит во всех почвах при разной реакции среды, в присутствии воздуха и без него, и не зависимо от влажности почвы.

Нитрификация осуществляется группой специфических бактерий, для которых это окисление является источником энергии. Сущность нитрификации была изучена С.Н. Виноградовым. Он выяснил, что в окислении аммиачных солей до азотистой кислоты (первая фаза) принимают участие бактерии рода Nitrosomonas, Nitrosocystis и Nitrosospira, а до азотной кислоты (вторая фаза) − бактерии рода Nitrosobacter.

При хорошем доступе воздуха, влажности почвы 60-70 % капиллярной влагоемкости, температуре 25-32 °С и рН 6,2-8,2 нитрификация протекает интенсивно и основная масса аммиачного азота быстро окисляется до нитратов.

В процессе нитрификации часть нитратов может подвергаться денитрификации − процессу восстановления нитратного азота до газообразных форм (NO, N₂O, N₂ ). В результате этого происходят потеря азота из почвы. Осуществляется денитрификация обширной группой бактерий-денитрификаторов (Bact. denitrificans, Bact. stutzeri, Bact. fluorescens и др.). Этот процесс особенно интенсивно развивается в условиях, когда в почве отсутствует воздух, почва имеет щелочную реакцию и в избытке органическое вещество, богатое клетчаткой, глюкозой или другими углеводами. Денитрифицирующие бактерии быстро окисляют углеводы до СО₂ , используя для этого кислород нитратов.

 

Баланс азота в земледелии.

Балланс складывается из прихода и расхода.

Расход:

1. Использование азота растениями 40-50%;

2. Вынос с урожаем. Зависит от биологических особенностей культуры (0,3-8 кг/ц);

3. Газообразные потери 10-30% от общего прихода;

4. Потери от вымывания. Зависят от грансостава почвы: на суглинках – 5 кг/га, на супесях – 16 кг/га, от степени эродированности: на слабоэродированных – 10 кг/га, среднеэродированных – 20 кг/га, сильноэродированных – 30 кг/га;

5. В результате иммобилизации (переход в недоступное состояние) потери составляют 20-30% от прихода. Процесс иммобилизации зависит от форм и доз азотных удобрений. При внесении амидных и аммиачных форм удобрений – иммобилизация выше в 2 раза, чем при внесении нитратных форм. Также уровень иммобилизации зависит от степени гумусированности почвы, чем она выше, тем интенсивнее процесс иммобилизации, от соотношения азота и углерода, чем оно уже, тем активнее процесс.

Приход:

1. Органические и минеральные удобрения;

2. С семенами: зерновые – 4-6 кг азота, зернобобовые – 8-15 кг азота;

3. Атмосферные осадки (2-30 кг/га);

4. Не симбиотическая фиксация азота – 10-15 кг/га;

5. Азот бобовых культур (1 ц клевера – 1 кг азота);

6. Корневые остатки.

В целом по республике отмечается отрицательный баланс по азоту.