Аммоний-ион в почве

В любой почве присутствуют определенные химические элементы, которые влияют на ее качественные показатели. Если этот баланс нарушен, трудно добиться высокой урожайности и плодородия.

Аммоний-ион (NH₄⁺) – это одна из основных форм азотсодержащих соединений, которые встречаются в почве. Аммонийные соединения играют значительную роль в жизни растений и почвенных процессах. Содержание аммоний-ионов влияет на плодородие почвы и ее экологическое состояние. Давайте подробнее рассмотрим значение аммоний-иона в почвенных процессах, а также методы анализа почв для определения данного показателя, способы увеличения или уменьшения его содержания при выявлении дефицита или избытка аммоний-ионов в почве.

Природа аммоний-иона

Аммоний-ион (NH₄⁺) представляет собой многоатомный катион, который имеет несколько путей поступления в почвы, рассмотрим наиболее значимые из них. Основным источником поступления аммоний-ионов в почвы является процесс аммонификации – разложения органических азотсодержащих соединений под действием ферментов, вырабатываемых почвенными микроорганизмами, бактериями и грибами. Ещё одним важным источником поступления является растворение солей аммония вносимых на поля в качестве удобрений. Однако, хозяйственная деятельность человека в некоторых случаях может привести к чрезмерному поступлению аммоний-иона в почву, например, при неправильном применении азотных удобрений или из-за попадания сточных вод, особенно с животноводческих ферм. В таком случае существует риск токсического отравления растений, вымывания и эвтрофикации вод прилегающих водоёмов, ухудшения экологической обстановки территории.

Рис.1. Схемы круговорота азота в биогеоценозе (А) и трансформации азота минеральных удобрений в почве (Б) (Минеев В.Г., Агрохимия, 2004)

Ион аммония из-за своей катионной природы обладает свойствами, сходными с ионами щелочных металлов (например, калия), и активно участвует в почвенных процессах. Например, в аэрируемых почвах его естественная концентрация обычно невелика, так как он быстро окисляется до нитратов при участии почвенных микроорганизмов, отвечающих за процесс нитрификации. При определенных почвенных условиях часть аммоний-ионов ионов способна переходить в аммиак, что приводит к газообразным потерям, также аммоний ионы могут участвовать процессах сорбции – образования связей с почвенными коллоидными минералами или органическим веществом, в результате чего часть аммоний-ионов становится недоступна для растений. Рассмотрим подробнее данные процессы.

Реакции аммоний-иона в почве

Поведение аммоний-ионов в почве зависит от многих факторов, наиболее значимыми из которых можно назвать гранулометрический и химический состав почвы, реакцию почвенного раствора (pH), влажность и микробиологическую активности.

Основные реакции:

1. Катионный обмен и необменная фиксация. Аммоний-ион может образовывать связи с поверхностью почвенных частиц (в составе так называемого почвенного поглощающего комплекса, ППК) «вытесняя» другие катионы, как например, калий (K⁺) или кальций (Ca²⁺). В результате данного процесса аммоний-ионы становятся менее доступными для усвоения растениями, в то время как катионы «вытесненных» металлов переходят в почвенный раствор. Некоторые почвенные минералы, например, вермикулит, способны образовывать с аммоний-ионами весьма сильные связи, что приводит к необменному поглощению, в такой ситуации аммоний становится крайне труднодоступным для высших растений и почвенных микроорганизмов.
2. Нитрификация и иммобилизация. Нитрифицирующие бактерии, широко распространённые в любых почвах и играющие важную функцию в круговороте азота в биосфере, получают энергию для своей жизни окисляя аммоний (NH₄⁺) до нитратов (NO³⁻), которые легче усваиваются растениями. Необходимо отметить, что некоторая часть аммоний-ионов используется почвенными микроорганизмами для «построения собственных клеток», т.е. на некоторое время находится в составе живых клеток, данный процесс временного перехода из минерального пула в органический (микробную биомассу) называется иммобилизацией.
3. Дегазация аммиака. При высокой щелочности почвенного раствора (высокий pH) аммоний-ион может переходить в газообразный аммиак (NH₃), что приводит к потере азота из почвы в атмосферу. Данный процесс играет особенно большую роль при поверхностном внесении азотных удобрений в почвы с низкой влажностью.

Знание особенностей поведения аммоний-ионов в почвах, агрохимический анализ и грамотный подбор удобрений и технологии их внесения позволяет поддерживать оптимальный уровень азота в почве для обеспечения высоких урожаевпредотвращать его потери. В зависимости от типа почвы и ее химического состава можно значительно оптимизировать затраты на минеральные удобрения при этом повышая эффективность подкормки растений.

Количественное определение аммоний-ионов в почвах

Агрохимический анализ почв служит основой для принятия решений о необходимости применения удобрений. Комплексная оценка почвенных условий включает, с одной стороны, определение важнейших свойств (pH, ёмкость катионного обмена, содержание органического вещества, гранулометрический состав, окислительно-восстановительный потенциал и др.), которые контролируют большинство почвенных процессов, включая превращения азота. С другой стороны, анализ позволяет установить фактическое содержание доступных питательных элементов в почве на данный момент. Далее мы подробнее рассмотрим методы определения аммоний-ионов.

Наиболее распространенный метод определения массовой доли аммонийного азота в почве – спектрофотомерия. Данный метод включает в себя несколько этапов:

1.      извлечение ионов аммония из почвы различными реагентами (в зависимости от целей анализа) для перевода их в состав раствора;

2.      к полученному экстракту добавляют специальные реагенты, которые вступают в реакцию с содержащимися в растворе аммоний-ионами и образуют окрашенные соединения. Интенсивность окраски полученного раствора (оптическая плотность) прямо пропорциональна концентрации аммония в экстракте;

3.      количественный расчет проводят по градуировочной кривой, которую строят заранее по стандартным растворам с известной концентрацией аммония. Этап расчета позволяет перевести измеренную оптическую плотность в содержание иона в почве. В зависимости от используемой методики конечный результат может быть представлен в разных единицах измерения (чаще всего в мг/кг, мг/100 г или ммоль/100 г почвы).

Анализ почвы в лаборатории МГУЛАБ

Наша лаборатория предлагает проведение анализов проб почвы на содержание ионов аммония с использованием современного оборудования и проверенных методик, которые соответствуют государственным и международным стандартам. По итогам исследования выдается официальный протокол, который может быть использован в государственных органах. В нашей лаборатории проводятся анализы по нескольким методикам, подбор оптимального метода зависит от целей анализа, от текущего содержания в почве и удобрениях до потенциальной способности почвы пополнять запасы доступного азота – наши менеджеры помогут Вам подобрать подходящий вариант:

Для получения достоверных данных и профессиональных рекомендаций важно обращаться в аккредитованные лаборатории. Лаборатория МГУЛАБ обеспечит исследования высокого качества, а это позволит достигнуть экологической и экономической эффективности. Обращайтесь, ответим на все ваши вопросы.