Ograniczone wykorzystanie azotu przez rośliny z azotowych nawozów mineralnych lub nawozów naturalnych mogą przyczyniać się zarówno do zmniejszenia plonu oraz zwiększenia nakładów na nawożenie, jak i stać się poważnym problemem w kwestii ochrony środowiska. Warto więc zapoznać się z technologiami i sposobami ograniczania strat azotu i zwiększenia jego wykorzystania przez uprawy.
Azot to najbardziej plonotwórczy ze wszystkich pierwiastków, potwierdza to fakt, że wchodzi on w skład niemalże każdego związku występującego w organizmie żywym. Największy wpływ ma na produkcję biomasy, ale azot jest również obecny w enzymach, hormonach czy przenośnikach elektronów. Wynika z tego, że bierze udział w niemal każdym procesie odbywającym się w roślinie. Dlatego tak ważne jest stosowanie odpowiednio dobranych dawek N względem zapotrzebowania rośliny uprawnej na ten składnik pokarmowy. Gleby w Polsce różnią się zasobnością w azot, z tego powodu warto wykonać pomiary zawartości tego składnika w glebie, po to by poprawnie obliczyć dawkę nawozu. Warto również pamiętać, że zbyt duże dawki mogą negatywnie wpływać środowisko, a zbyt niskieograniczą wykorzystanie potencjału plonotwórczego danej odmiany rośliny uprawnej.
Azot w nawozach mineralnych
Głównymi nawozami azotowymi stosowanymi w Polsce są: saletra amonowa (zawierająca azot amonowy NH4+ i azotanowy NO3– w równych częściach), saletrzak (zawierający azotan wapniowo-amonowy, a także dodatek dolomitu lub wapienia), saletra wapniowa (zawierająca azotan wapnia), roztwór mocznikowo – saletrzany (czyli wodny roztwór mocznika i saletry amonowej) oraz mocznik (zawierający azot w postaci amidowej –NH2). Azot w postaci azotanowej (NO3–) jest formą, preferowaną przez rośliny, jest szybko i łatwo przyswajalna . Jest to jednak forma wysoce mobilna w glebie i jest podatna na wymywanie w głąb profilu glebowego. W tym miejscu warto zaznaczyć, że azot zastosowany w postaci amidowej oraz amonowej musi zostać przekształcony do azotu amonowego, by mógł być wykorzystany przez rośliny. Stosując tę formę azotu unika się strat związanych z przekształceniem grupy amonowej i amidowej do azotanu. Azot w postaci amonowej (NH4+) rośliny pobierają wolniej. Ze względu na dodatni ładunek cząsteczki wiąże się ze składnikami mineralnymi gleby, co czyni ją mniej mobilną. Musi również nastąpić wzrost korzeni w kierunku tej formy. Większa część azotu amonowego przechodzi w formę azotanową w wyniku procesu nitryfikacji przeprowadzanego przez mikroorganizmy, który zależny jest od temperatury i może trwać od jednego do kilku tygodni. Pozostała część jest immobilizowana przez mikroorganizmy glebowe i staje się częścią materii organicznej gleby, a uwalniana jest dopiero po pewnym czasie. Natomiast formą nieprzyswajalną przez korzenie roślin jest forma amidowa występująca w moczniku. By być dostępną musi przejść hydrolizę do formy amonowej przy udziale enzymów glebowych. Proces ten zależny jest od wilgotności i temperatury gleby, może trwać od kilku dni do kilku tygodni. Warto w tym miejscu zaznaczyć, że w ten sposób powstały azot amonowy zachowuje się odmiennie niż z azotanu amonu. Podczas hydrolizy mocznika w bezpośrednim sąsiedztwie granulki dochodzi do krótkotrwałej alkalizacji środowiska, co przesuwa równowagę w kierunku amoniaku (NH3) w postaci gazowej i powoduje jego ulatnianie. Wpływa to na zmniejszenie skuteczność działania tego typu nawozu. By ograniczyć straty azotu powinno wymieszać się mocznik z glebą.
Straty azotu
Straty azotu wiążą się z utlenianiem amoniaku, wymywaniem, immobilizacją fizyczną i biologiczną grup amonowych w glebie oraz procesami nitryfikacji i denitryfikacji. Jak już wcześniej zostało zaznaczone do strat azotu związanych z utlenianiem amoniaku, dochodzi podczas rozkładu mocznika przy pomocy enzymu wytwarzanego przez organizmy glebowe – ureazy. Poziom tych strat może sięgnąć nawet 58%. Najwięcej azotu traci się z mocznika i roztworu saletrzano-mocznikowego. Skutkiem ulatniania się amoniaku z gleby jest utrata części azotu, co wpływa bezpośrednio na efektywność nawożenia oraz może być dużym obciążeniem dla środowiska poprzez zakwaszenie i eutrofizację wody i gruntów. Lotny amoniak przyczynia się również do powstawania mikrocząstek (2,5 PM) w atmosferze, co ma wpływ na jakość powietrza i zdrowie.
W świetle najnowszego prawa, Polska ma za zadanie realizować założenia zawarte w dyrektywie azotanowej (91/676/EWG) oraz w ustawie o Prawie wodnym (z dnia 20 lipca 2017 r.). Celem realizacji tego zadania jest ograniczenie zanieczyszczenia wód na skutek wymywania azotu. Wypłukiwanie azotanów z gleby dotyczy zarówno nawożenia organicznego, jak i mineralnego. Do wypłukania azotanów dochodzi w momencie, gdy gleba nasycona jest wodą, a azotany wymywane są ze strefy korzeniowej w wyniku przesączającej się wody pochodzącej np. z topnienia śniegu, podlewania czy deszczów. Ze względu na swój ładunek jon azotanowy nie wiąże się z cząstkami gleby i może swobodnie migrować w roztworze glebowym. Mniej podatną na wymywanie formą azotu jest azot amonowy, który dzięki dodatniemu ładunkowi wiążą się ze kompleksem sorpcyjnym gleby. Jednak, tak jak zostało wspomniane wcześniej, część tej formy azotu zatrzymywana jest w glebie, co powoduje również czasowe straty tego pierwiastka. Cząsteczka mocznika podobnie jak azotany charakteryzuje się dużą mobilnością i może również zostać wypłukana poprzez intensywne opady deszczu. Zjawisko wymywania azotu jest najbardziej intensywne w okresie zimowym i wiosną, natomiast w trakcie wegetacji jest ono znacznie mniejsze. Z badań wynika, że wymywanie azotu zależy również od składu gleby. Na glebach piaszczystych straty wynoszą 12-52 kg/ ha na rok, na glebach gliniastych 9 – 44 kg/ ha a na ilastych 5 – 44 kg/ha w ciągu roku.
Grupa azotanowa jest najszybciej pobierana przez rośliny, ale by grupa amonowa lub amidowa mogła ulec transformacji do formy azotanowej wymagany jest proces nitryfikacji. Proces ten trwa od kilku dni do kilku tygodni. Odbywa się on w dwóch etapach.
I etap – z udziałem bakterii Nitrosomonas:
2NH4+ + 3O2 → 2NO2– + 4H+ + 2H2O
II etap – z udziałem bakterii Nitrobacter:
2NO2– + O2 → 2NO3–
Proces ten przebiega w warunkach tlenowych, a produktem końcowym jest azotan. Jednak z równania reakcji wynika, że powstaje również jon wodorowy, który przyczynia się do zakwaszenia gleby. Jednak w sytuacji, gdy mikroorganizmom glebowym brakuje tlenu np. w wyniku zbytniej wilgotności gleby, zagęszczenia gleby lub dużej ilości świeżej substancji organicznej, wtedy dochodzi do denitryfikacji. Proces ten zachodzi już w temperaturze 10ºC.
NO3– → NO2– → NO → N2O → N2
W tym procesie bakterie glebowe przekształcają azotany i azotyny w lotne tlenki azotu oraz azot. Następnie związki te przedostają się do atmosfery.
Jedną z praktyk stosowaną w celu ograniczania wpływu tych strat na plonowanie roślin jest zwiększanie dawek. Takie założenie jest błędne, ponieważ nie tylko generuje dodatkowe koszty, ale również nie przekłada się na plon. Faktem jest, że roślina pobiera tylko taką ilość azotu, jaką potrzebuje. Pozostała część zostanie wypłukana lub ulotni się, co dodatkowo zanieczyści środowisko. Z tego powodu warto zwrócić uwagę na technologie oferowane przez firmy nawozowe, które przyczyniają się do redukcji strat azotu.
Synergia siarki i azotu
Jednym ze sposobów ograniczania start azotu jest zastowanie tiosiarczanu amonu (tzw. ATS). Rozwiązanie to jest popularne w Ameryce Północnej, a także od kilku lat stosowane jest w Europie Zachodniej. W Polsce możemy go znaleźć w w produkcie Stercosul®. Tiosiarczan amonu składa się z azotu amonowego (ok.12%) i siarki (ok. 64% SO3) w formie tiosiarczanu, która w glebie przechodzi do formy dostępnej dla roślin natychmiast, czyli SO42- (ok. 50%) oraz do formy siarki elementarnej S0 (ok. 50%), która staje się przyswajalna w dłuższym okresie. Stercosul® to głównie dodatek do RSM (w ilości ok. 10-15%), z którym miesza się doskonale (ma tę samą gęstość co RSM 32). Produkt polecany jest również do stosowania z roztworami mocznika czy z gnojownicą. Dodatkowo siarka znajdująca się w Stercosul® blokuje jony niklu (Ni) w glebie. Nikiel jest metalem, aktywującym działanie ureazy, która katalizuje hydrolizę mocznika do form amonowych NH4. Wskutek aktywności ureazy w glebie, dużo azotu z mocznika ulega utracie (ulatnianie NH3 i wymywanie NH4+). Stosując Stercosul®. można te straty znacznie ograniczyć. Warto również zaznaczyć, że siarka jest odpowiedzialna za efektywność wykorzystania azotu. Uważa się, że stosunek tych dwóch pierwiastków powinien wynosić 7-10:1 (N:S). Stąd też straty związane z nawożeniem azotowym mogą wiązać się także z niewłaściwym bilansem tych pierwiastków. Pamiętajmy więc, przy planowaniu wyższych dawek azotu o podaniu odpowiedniej ilości siarki. Tiosiarczan amonu stosowany jest również jako dodatek do gnojowicy. Korzyścią ze stosowania takiego rozwiązania jest spowolnienie nitryfikacji związków azotu. Wykazono również, że ATS zwiększa wykorzystania azotu przez rośliny, co pozwala na zmniejszenie dawki tego pierwiastka, a tym samym gnojownicy. Dodatkowo ATS zmniejsza zakwaszenie gleby spowodowane stosowaniem gnojowicy oraz toksyczności tego nawozu w stosunku do mikroorganizmów w glebie.
Zastosowanie nawozu
Jedyną technologią wytwarzania nawozów na rynku, która została zaprojektowana tak by ograniczać straty azotu jest N- Process. Nawozami opartymi o te technologię są Sulfammo oraz Eurofertil. Działanie tej technologii działa na trzech płaszczyznach: dystrybucji azotu z granuli nawozu, aktywacji azotu glebowego oraz efektywności procesów fizjologicznych opierających się na gospodarce azotem. Pierwszy obszar działania związany jest z ograniczeniem strat związanych z utlenianiem się amoniaku. W tym celu zastosowano siatkę organiczno –wapniową. Dzięki zastosowaniu tego typu siatki mocznik zatrzymywany jest wewnątrz granuli, ponieważ jego cząsteczka jest zbyt duża by przeniknąć przez pory otoczki. Dlatego do transformacji formy amidowej do amonowej dochodzi wewnątrz granuli, dzięki stopniowemu wnikaniu wody oraz ureazy z roztworu glebowego. W dalszej kolejności azot amonowy zostaje uwolniony poza siatkę organiczno – wapniową i przedostaje się do roztworu glebowego, a tam zostaje przekształcona do formy azotanowej. Dzięki zastosowaniu formy azotu w tej technologii, dynamika uwalniania azotu bardziej odpowiada zapotrzebowaniu roślin na ten makroelement, niż ma to miejsce w podstawowych nawozach. W porównaniu z podstawowymi nawozami, azot w formie N-PROCESS narażony jest na mniejsze straty, co wpływa na zapewnienie odpowiedniej ilości tego makroskładnika na każdym etapie rozwoju. W przypadku roślin intensywnie rosnących straty azotu mogą wywoływać niedobory. Rozwiązaniem tego jest azot w formie N-PROCCES, w którym dystrybucja azotu w przypadku roślin wolniej się rozwijających i posiadających mniejsze wymagania pokarmowe jest wolniejsza, natomiast w przypadku intensywnie rosnących upraw o dużych potrzebach pokarmowych tempo uwalniania azotu jest większe. Technologia N-PROCEES stymuluje również rozwój mikroflory glebowej, poprzez dostarczenie składników pokarmowych oraz związków stymulujących jej rozwój, a także zastosowanie mezocalcu, który zapewnia odpowiednie mikro-pH dla działania flory bakteryjnej w glebie. Stymuluje to procesy zachodzące w glebie, prowadząc do powstawania form azotu wysoce przyswajalnych dla roślin.
Inhibitory nitryfikacji oraz ureazy
Inhibitory nitryfikacji hamują aktywność bakterii Nitrosomonas, przyczyniając się do stabilizacji jonów amonowych. Jednym z systemów zawierających inhibitor nitryfikacji jest N-Lock opracowany przez ekspertów firmy Corteva. W technologii zastosowano inhibitor procesu nitryfikacji – nitrapirynę. Stabilizator azotu N-Lock to nowoczesna formulacje mikroksapsuł, dzięki czemu zabieg można wykonać w prosty sposób opryskiwaczami polowymi. Preparat jest aktywny i powala na ograniczanie strat azotu przez okres 12 dni. Można go stosować ze wszystkim formami nawozów azotowych zarówno mineralnymi i organicznymi. Stosuje się go klika dni przed lub po nawożeniu granulowanym nawozem azotowym, w mieszaninie z płynnym nawozem azotowym, kilka dni przed lub po stosowaniu nawozów naturalnych (obornika, gnojowicy, pulpy z biogazowni). Optymalnym terminem stosowania produktu w przypadku form jarych jest wiosną przed siewem, natomiast w przypadku ozimin wiosną przed lub po ruszeniu wegetacji, w terminie wykonywania głównego wiosennego nawożenia.
Inhibitory ureazy działają na zasadzie konkurencji z mocznikiem. Ureaza posiada miejsce aktywne, które wiąże się z mocznikiem i przekształca go do amoniaku i dwutlenku węgla. Jeżeli w miejscu aktywnym enzymu- ureazy pojawi się inhibitor to wtedy nie dochodzi do reakcji i amoniak nie jest wytwarzany. Przykładem inhibitorów ureazy jest Limus CL (zawierający NBPT i NPPT). Inhibitory ureazy pomagają w ograniczaniu strat azotu wynikających ze stosowania mocznika oraz zwiększa wydajność stosowanych nawozów.
