Топырақтағы азот қосылыстары және олардың өзгеруі

Топырақтағы азоттың негізгі көзі - қара шірінді. Оның құрамында шамамен 5 процент азот болады. Өсімдіктің азотпен қамтамасыз етілуі оның минералдық түрлерінің мөлшеріне байланысты, орта есеппен топырақтағы жалпы азоттың бір проценті осылардың үлесіне тиеді. Өсімдіктің қоректенуіне қажетті минералдық азот органикалық заттардың ыдырауынан пайда болады. Оны мына схема түрінде өрнектейді:

Белоктар‚ гуминді заттар амин қышқылдары‚ амидтер аммиак

нитриттер нитраттар.

Топырақтағы азотты органикалық қосылыстардың аммиакқа дейін ыдырауын аммонификация құбылысы деп атайды. Мүнда микроорганизмдер (анаэробты бактерия‚ актиномицет т.б.) бөліп шығаратын протеолиттік ферменттердің әсерінен, органикалық заттардан амин қышқылдары мен амидтер түзіледі. Амин қышқылдарын микроорганизмдер пайдаланады және дезаминдену реакциясына түседі. Дезаминдену реакциясының бірнеше түрі болады.

Тотығу арқылы дезаминдену

CH₂NH₂COOH+O₂=HCOOH+CO₂+NH₃

Тотықсыздану арқылы дезаминдену

CH₂NH₂COOH+H₂=CH₃COOH+NH₃

Гидролиздену арқылы дезаминдену

CH₂NH₂COOH+H₂O=CH₃OH+CO₂+NH₃

Дезаминдену реакциясының нәтижесінде органикалық қышқылдар, спирттер, көмірқышқыл газы және аммиак пайда болады. Бөлініп шыққан аммиак топырақ ерітіндісіндегі минералдық, органикалық қышқылдармен реакцияға түседі:

H₂CO₃+2NH₃=(NH₄)₂CO₃

HNO₃+NH₃=NH4NO₃

Тұздар құрамындағы аммоний катионы, топырақтың сіңіру комплексіндегі басқа катиондармен алмасады:

(T.C.K) Ca+ (NH₄)₂CO₃=(T.C.K) +CaCO₃

(T.C.K) Ca+2NH₄NO₃= (T.C.K) +Ca (NO₃)₂

Аммонификация құбылысының өтуіне топырақ реакциясы, температурасы және ылғалдылығы әсер етеді. Аэробты жағдайда микроорганизмдердің көмегімен аммиак нитриттерге сонан соң нитраттарға өзгереді. Аммиактың нитраттарға дейін тотығуын нитрификция дейді. Нитрификация құбылысы Nіtrosomonas,Nіtrosocystіs, Nіtrobacter,Nіtrospіra сияқты ерекше бактериялрдың қатысында өтеді.

2NH₃+3O₂=2HNO₂+2H₂O

2HNO₂+O₂=2HNO₃

Аммиактың нитратқа дейінгі тотығуы күрделі процесс. Ол бірнеше аралық химиялық реакциялардың арқасында болады.

Нитрификация нәтижесінде пайда болған азот қышқылы топырақ ерітіндісіндегі кальций немесе магний бикарбонаттармен және топырақ сіңіру комплексіндегі негіздермен әрекеттеседі:

2HNO₃+Ca (HCO₃)₂=Ca (NO₃)₂+2H₂CO₃

(T.C.K) Ca +2HNO₃=(T.C.K) +Ca(NO₃)₂

Топырақта ауа мен ылғал жеткілікті, температура 25-30^оС, реакция бейтарап немесе әлсіз қышқыл болғанда, нитрификация бір қалыпты өтеді. Аммиактың тотығуына топырақты өңдеу жүйесі мен тыңайтқыш қолдану да ықпал етеді.

Топырақта азоттың қоры еркін тіршілік ететін және түйнек бактерияларының атмосферадағы азотты сіңіру арқасында, сонымен қатар жауын-шашынмен бірге түскен азот есебінен толықтырылып отырады.

Мұнда маңызды рөлді түйнек бактериялары атқарады. Түйнек бактериялары топырақта азотты негізінен бұршақ тұқымдас шөптерде көп жинайды. Мысал,жылына гектарына беде 150-160, жоңышқа - 250-300, соя-100, асбұршақ, лобия-70-80 кг азот жинайды.

Еркін тіршілік ететін бактериялар жылына бір гектарда 5-15 кг азот жинайды. Көмірсулар мен фосфор,калий сияқты күл элементтерінің азаюы, қышқылдық реакция, температураның төменденуі, топырақта ылғалдың шектен тыс көп болуы немесе тапшылығы бұл топқа жататын микробтардың белсенділігін төмендетеді. Жауын-шашынмен бір гектар егістікке жылына орта есеппен 2-11 кг азот түзеді.

Топырақтағы азот қорының жоғарыда аталған жолдармен толықтырылуы өсімдіктің бұл элементке қажеттілігін толық қанағаттандыруы мүмкін емес. Сондықтан топырақ құнарлылығын арттыруда, әсіресе оны қоректік заттармен байытуда органикалық және минералдық тыңайтқыштар қолдану-басты фактор болып саналады.

Табиғатта азоттың мөлшері түрлі себептермен азайып отыруы мүмкін. Олардың негізгілері мыналар:

1) иммобилизация немесе топырақ микроорганизмдерінің азотты пайдалануы;

2) нитраттардың шайылуы;

3) азоттың аммиак, оксид және молекулалық күйінде атмосфераға ұшуы;

4 ) аммонийдің топырақта алмаспайтын күйге ауысуы.

Иммобилизация құбылысы, топыраққа көміртекке бай органикалық заттарды ендіргенде байқалады. Бұл жағдайда микроорганизмдердің күшті дамуынан олардың топырақтағы азотты пайдалануы артады. Ал мәдени өсімдіктер үшін азот қосылыстарының мөлшері азаяды. Сондықтан иммобилизация процесін азайту үшін, целлюлоза сияқты көмірсуларға бай органикалық заттарды ( мысалы, сабан) тыңайтқыш есебінде пайдаланғанда, оған 1-2% минералдық азот қосу керек. Алайда өсімдіктің қоректенуіне иммобилизация құбылысы тек қана теріс әсерін тигізеді деп ойлауға болмайды. Микроорганизмдердің тіршілігі тоқтаған кезде олардың бойындағы азоттың белгілі бір мөлшері топырақтағы органикалық заттарға ауысады, шамалы бөлігі минералдық түрге өзгереді, оны колоидты бөлшектер адсорбциялайды. Аммиакты азоттың біразы нитрификация процесінің арқасында селитраға өзгереді. Аммиакты және нитратты азотты өсімдіктер пайдаланады. Нитратты азот қиын немесе нашар еритін қосылыстар құрамына кірмейтіндіктен, әрі теріс зарядталғандықтан топырақ бөлшектері сіңірмейтіндіктен егістікті суарған кезде және жауын-шашын суларының әсерінен, топырақтың жоғарғы қабатынан төменге қарай шайылады. Олардың шайылуы топырақтың механикалық құрамына, органикалық заттардың мөлшеріне, ауа-райына, өңдеу жүйесіне т.б. жағдайларға байланысты өзгеріп тұрады. Мысалы, құм және органикалық заттарға кедей топырақтағы нитраттар көп шайылады. Ылғалды аймақтарда нитраттардың ысырап болуы артады. Топырақ-климат жағдайларын ескере отырып тыңайтқыштарды қолдану нитраттардың ысыраптануынансақтайды. Мысалы, жеңіл топырақта өсірілетін өсімдікке азот тыңайтқышын бірнеше рет бөліп беру керек. Кейбір жағдайларда минералдық тыңайтқыштардың тиісті түрін пайдалану азоттың шайылуын біршама азайтады.

Топыраққа берілген азот тыңайтқышының құрамындағы қоректік элементтің 10-35 проценті газ күйінде (аммиак, молекулалық азот, оксид) атмосфераға ұшады. Жалпы атмосфераға ұшатын азот мөлшері тыңайтқыштың түріне, мөлшеріне,топырақтың ылғалдылығына, температурасына, реакциясына және тотығу-тотықсыздану потенциалына байланысты өзгереді.

Карбонатты топыраққа, аммоний тұздарын енгізуде немесе егістікке мочевина шашқанда көп мөлшерде аммиактың ысырап болатыны байқалады. Оның себебін амоний тұздары топырақ құрамындағы карбонаттар мен реакцияға түсіп, өте тұрақсыз қосылыс-аммоний карбонатының түзілуінен деп түсіну керек.

Топырақтағы азоттың айтарлықтай бөлігі денитрификация процесінің салдарынан ысырап болады. Нитраттардың бос азотқа дейін тотықсыздану денитрификатор микроорганизмдерінің қатысында өтеді.

HNO₃ HNO₂ H₂N₂O₂ N₂O N₂

Денитрификация процесінің жүруіне ең қолайлы жағдайларға анаэробты орта, топырақтың сілтілік реакциясы, топырақта көмірсуларға бай органикалық заттардың көп болуы, топырақ ылғалдылығының жоғары болуы жатады. Топырақтың ауа, су режимдерін реттеу, ауыспалы егісте дақылдарды дұрыс алмастыру денитрификация процесінің әсерінен азоттың ысырап болуын айтарлықтай азайтады.

Тыңайтқыш немесе топырақ азотының біраз бөлігін гидрослюда тобына жататын минералдар сіңіреді де алмаспайтын формаға ауысады. Топырақтың аммоний катионын алмаспайтын күйге ауыстыру қабілеті, құрамындағы минералдардың табиғатына, ерітінді реакциясына, қарашірінді мөлшеріне, топырақтың биологиялық бедсенділігіне, ылғал мөлшеріне тағы басқа факторларға байланысты. А.В. Петербургский мен В.Н.Кудеяров мәліметтері бойынша алмаспайтын аммоний мөлшері бір гектар егістіктің жыртылатын қабатында 130-150 кг болады. Қышқыл топырақтардың құрамында қарашірінді көп, температурасы жоғары болса аммонийді алмаспайтын күйге көшіру қабілеті төмен болады. Топырақтың үстінгі қабатында жалпы азоттың 2-7 проценті, астыңғы қабатында 30-35 проценті алмаспайтын аммоний түрінде кездеседі.