07.11.2017
31.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
Методы определения соединений азота в почве
 29.08.2012

Почвенный азот в основной своей массе представлен органическими соединениями, входящими в состав гумуса, и только незначительная его часть (от следов до 5%) находится в виде неорганических соединений - нитратов и аммония.
Наши знания относительно химической природы органического азота почвы остаются пока еще недостаточно полными. Разложение исходного органического вещества (растительные и животные остатки) в почве может протекать различно в зависимости от его состава и общих условий почвообразовательного процесса. Кроме распада, в почве происходят одновременно и процессы биосинтеза. Микроорганизмы, разлагающие органическое вещество, используют значительную часть его азота на построение своих тел, которые после отмирания становятся одним из основных источников почвенного азота.
Значительная часть органического азота почвы при кислотном гидролизе расщепляется до аминокислот. Это послужило основанием для разработки гипотезы о белковой природе органического азота почвы, поскольку аминокислоты являются составной частью белковой молекулы (А.А. Шмук, С. Ваксман, Бреммер). Относительно высокая устойчивость органического азота почвы к ферментативному расщеплению микроорганизмами объяснялась наличием прочной связи белка с лигнииом, дубильными веществами, почвенными минералами (лигнопротеиновые и глинно-протеиновые комплексы).
По мнению И.В. Тюрина, С.С. Драгунова, М.М. Кононовой, органический азот представлен не собственно белками, а продуктами конденсации аминокислот, образующихся при автолизе плазменного белка отмерших микроорганизмов, с углеводами, уроновыми и гуминовыми кислотами.
Полученные в последние годы данные аминокислотного состава гидролизатов из различных почв показывают, что соотношение отдельных аминокислот в них очень близко к таковому для белка бактериальных клеток (Ф.В. Турчин); это дает основание считать, что главная составная часть органического почвенного азота непосредственно образовалась на основе бактериального белка. Суммарный выход аминокислот при обычной процедуре кислотного гидролиза почвы (слабое кипячение навески почвы с 6,0 н. раствором НСl или H2SO4, в течение 24 час.) составляет 40- 50% от общего азота почвы (для верхнего пахотного ее слоя).
Кроме аминокислот, при кислотном гидролизе почвы отщепляется аммонийный азот, выход которого при этом составляет 15-25% общего азота пахотного слоя почвы. Относительное содержание аммонийного азота в гидролизатах значительно возрастает в нижних горизонтах почвы. По данным Стивенсона, для горизонтов В2 и ниже в результате кислотного гидролиза от 40 до 70% общего азота исследованных почв переходит в аммонийную форму. Наличие аммонийного азота в кислотных гидролизатах верхнего, относительно богатого органическим веществом, горизонта почвы может быть частично обязано амидам, при гидролизе которых отщепляется аммиак. Но для нижних горизонтов с крайне низким содержанием органического вещества и в то же время весьма высоким (по отношению к общему азоту) содержанием аммонийного азота в гидролизатах доля амидных групп в общем количестве азота не может составлять сколько-нибудь значительной величины. Наиболее вероятно, что в данном случае аммонийный азот присутствует в почве в прочно фиксированной необменной форме.
При обработке почвы раствором NaOH или КОН в щелочном гидролизате обнаруживаются нуклеиновые кислоты, содержащиеся, как известно, в значительных количествах в ядрах бактерий и в клетках высших растений. Количество почвенного азота, представленного нуклеиновыми кислотами, составляет менее 10%. Такие гетероциклические соединения азота, как пурин, пиримидин, также были найдены в почве, хотя и в весьма незначительных количествах.
Азот растительных и животных остатков, находящихся в почве в различных стадиях разложения, представлен белком и продуктами его распада - аминокислотами, креатинином, холином и другими продуктами, но количества их весьма малы и преходящи.
Некоторое количество почвенного азота связано в форме глюкозамина, являющегося основной составной частью хитина, встречающегося в качестве составной части отдельных структурных элементов бактерий, грибов, лишайников, червей, насекомых, ракообразных. Хитин характеризуется высокой устойчивостью к воздействию микроорганизмов и длительное время остается в почве в неразложившемся состоянии.
Общее содержание азота в почве изменяется в широких пределах и зависит от степени богатства почвы гумусом. В мощных черноземах содержание общего азота доходит до 0,5% от веса почвы, а в бедных песчаных почвах оно падает до 0,03%. Органический азот гумуса непосредственно не усваивается растениями, но под воздействием почвенных микроорганизмов он постепенно минерализуется и тем самым становится доступным для них.
Интенсивность минерализации органического азота зависит как от природы самого органического вещества, степени его устойчивости к воздействию биологических факторов, так и условий среды - влажности, температуры, аэрации, кислотности почвы и т. п.
Минерализация органического азота почвы осуществляется бактериями, актиномицетами, плесневыми грибами, использующими органическое вещество в качестве источника энергии. В результате воздействия этих организмов органический азот превращается в аммиак. Образование нитратов в почве обусловлено нитрифицирующими бактериями, окисляющими аммиак в азотистую и азотную кислоты и использующими выделяющуюся при окислении аммиака энергию на синтез органического вещества за счет углерода углекислых солей.
Окисление аммиака в азотистую кислоту может быть представлено уравнением:

Методы определения соединений азота в почве

Это окисление происходит под воздействием открытой Виноградским бактерии Nitrosomonas. Окисление азотистой кислоты в азотную происходит при участии бактерий Nitrobacter по схеме:
Методы определения соединений азота в почве

Нормальная деятельность нитрифицирующих бактерий возможна только при хорошем притоке воздуха, достаточной влажности почвы и наличии в почве оснований для нейтрализации образующейся азотной кислоты. Интенсивно нитрификация протекает в парующей почве. В черном пару, например, на черноземных почвах за лето может накопиться до 100 кг и больше нитратного азота на 1 га. На кислых подзолистых почвах нитрификация протекает слабее вследствие меньшего содержания гумуса и отрицательного влияния кислотности почвы на развитие нитрифицирующих бактерий. Известкование кислых почв резко повышает нитрификацию.
Чрезмерный избыток влажности, так же как и резкий недостаток влаги в почве, подавляет нитрификацию, но не препятствует аммонификационному процессу. Поэтому в почве при избыточном увлажнении, заболачивании, накапливаются значительные количества аммиачного азота, содержание которого в этих случаях может доходить до 20 мг на 1 кг почвы и больше.
Нитриты, являющиеся первой стадией окисления аммиака, встречаются в почве крайне редко и притом в весьма незначительных количествах, обычно не превышающих десятых долей миллиграмма азота на 1 кг почвы (в нейтральных или карбонатных почвах). В кислых почвах нитриты неустойчивы. В течение нескольких минут они распадаются чисто химическим путем: Н-поглощающего комплекса почвы+KNO2= К-поглощающего комплекса + НNO2.
Эта реакция необратима, так как образовавшаяся азотистая кислота распадается: 3HNO2=HNO3+2NO+H2O.
Несмотря на быстрое разложение нитритов в почвах, не насыщенных основаниями, нитрификационный процесс в этих почвах не сопровождается сколько-нибудь заметными потерями азота. Это, по-видимому, обусловлено тесной связью в работе бактерий, окисляющих аммиак в азотистую кислоту, и бактерий, производящих окисление азотистой кислоты в азотную.
Минерализация органического азота, вносимого в почву в виде различных органических удобрений, а также оставляемых в почве корней и пожнивных остатков растений, зависит от относительного содержания в них азота или точнее соотношения углерода и азота (С : N) в их элементарном составе. Если в органическом материале содержание азота ниже, чем 1,5% (из расчета на абсолютно сухой вес), то такой материал не может служить источником азота для питания растений в течение текущего вегетационного сезона, так как почти весь азот в этом случае используется почвенными бактериями, интенсивное размножение которых стимулируется наличием углеводов в данном материале. В дальнейшем азот бактериальных тел, после их отмирания, будет в какой-то мере подвергаться минерализации, но этот процесс будет протекать медленно.
Органические материалы с относительно высоким содержанием азота (например, хлопковый жмых, люпиновая мука, зеленая масса бобовых, запахиваемая на удобрение) сравнительно быстро минерализуются. Содержащиеся в них белковые вещества в результате автолиза и под воздействием протеолитических ферментов, выделяемых микроорганизмами, распадаются до аминокислот. Последние в результате дезаминирования (процесса, также вызываемого микроорганизмами) отщепляют аммиак, который сравнительно быстро нитрифицируется.
Из минеральных соединений азота в почве обычно присутствуют только аммонийные и нитратные соли. Нитраты характеризуются весьма высокой мобильностью в почве. Они легко передвигаются по почвенному профилю, опускаясь с дождевыми водами в нижележащие слои почвы и подымаясь в поверхностный горизонт в сухую теплую погоду. Сравнительно мало подвижен в почве аммонийный азот, так как ионы аммония вступают в обменные реакции с катионами почвенного поглощающего комплекса. Азот воднорастворимого и обменнопоглощенного аммония, согласно данным точных экспериментов, выполненных с применением изотопа N15, примерно так же доступен растениям, как и нитратный азот. Содержание этих непосредственно усваиваемых растениями форм азота в почве в естественных условиях ее залегания весьма изменчиво. Оно зависит от многих факторов - химических свойств почвы, влажности и температуры почвы, физического состояния почвы, условий обработки и т. п. Естественно, что при таком непостоянстве состава почвы в отношении подвижных форм азота все наши суждения о степени обеспеченности почвы усвояемым азотом, основанные на данных соответствующего анализа пробы, взятой в какой-то случайный момент в жизни почвы, будут носить в значительной степени условный характер.
Поэтому для того, чтобы составить себе правильное представление о степени обеспеченности почвы усвояемым азотом, следовало бы, не органичиваться определением этих форм азота в образце почвы, взятом в тот или иной момент, а провести систематические исследования динамики этих соединений в почве по определенным периодам.
Кроме обменнопоглощенного аммония, в почве присутствует необменнопоглощенный, или фиксированный, аммоний. Необменная фиксация аммония обусловливается вхождением иона NH4 внутрь кристаллической решетки глинистых минералов почвы с замещением катионов натрия, кальция и магния на катион NH4 на внутренних поверхностях этих минералов. Но NH4-ион не вытесняет ионов калия из этих поверхностей, и если они в той или иной степени заняты ионами калия, то способность почвы к необменной фиксации аммония соответственно уменьшается. Способность почвы к необменной фиксации аммония зависит от ее минералогического состава. Высокой фиксирующей способностью обладают вермикулит и иллит, меньшей - монтмориллонит и практически не фиксирует аммония каолинит. Необменная фиксация аммония наиболее резко выражена в бедных гумусом подпахотных слоях почвы. Степень необменной фиксации аммония, как и при необменной фиксации калия, значительно возрастает при попеременном увлажнении и высушивании почвы. Содержание необменнофиксированного аммония, по ряду опубликованных данных, может достигать на неокультуренных или слабо окультуренных почвах с преобладанием в их минералогическом составе вермикулита или иллита очень значительных величин, составляющих до 20-25% от общего содержания азота в почве, а иногда и выше (до 50% по данным Стивенсона). Природное содержание необменнофиксированного аммония в пахотном слое отдельных почв СССР колеблется в пределах от 2-3 до 7-10 мг N на 100 г почвы, что составляет около 2-4% от общего содержания азота в почве. Фиксированный аммоний трудно поддается нитрификации и значительно менее доступен растениям, чем обменнопоглощенный аммоний.
В качестве ближайших предшественников, непосредственно усваиваемых растениями минеральных форм азота, могут быть наиболее подвижные органические его соединения, сравнительно легко поддающиеся воздействию как биологических, так и химических агентов. Содержание этих наиболее подвижных форм органического азота может в той или иной мере характеризовать потенциальную обеспеченность почвы доступным для растений азотом в текущий или ближайший вегетационный сезон.