Azoto svarba augalams

Azotas yra viena iš pagrindinių augalų mitybos medžiagų, būtina jų augimui, vystymuisi ir dauginimuisi. Tai gyvybiškai svarbus baltymų ir nukleorūgščių, kurios sudaro gyvybės pagrindą, komponentas. Azotas atlieka labai svarbų vaidmenį chlorofilo sintezėje, kuri yra būtina fotosintezei, ir yra viena iš svarbiausių augimą skatinančių medžiagų. Jis taip pat prisideda prie aminorūgščių, baltymų statybinių blokų, susidarymo. Be azoto augalai negali gaminti baltymų, hormonų ir fermentų, reikalingų jų augimui ir vystymuisi.

Atmosferoje azotas sudaro 75,6 % visos masės, todėl tai vienas gausiausių biogeninių elementų. Į dirvožemio organinę medžiagą azotas patenka per mikroorganizmus ir augalus, kurie jį absorbuoja iš atmosferos.

Natūralios ekosistemos gali visiškai patenkinti savo azoto poreikius biologiškai, tačiau žemės ūkio sistemose augaluose sukauptas azotas pašalinamas kartu su derliumi.

Azoto vaidmuo augaluose

Azotas stimuliuoja ir reguliuoja daugybę augalų augimo ir vystymosi procesų. Trūkstant azoto, augalai auga lėčiau, sumažėja chlorofilo kiekis, lapai tampa maži ir šviesiai žali, o galiausiai pagelsta. Kaip aprašė Gliessmanas (2000), azotas ekosistemoje cikliškai vyksta įvairiomis formomis. Gamtoje azotas daugiausia yra atmosferoje dujinio N₂ pavidalu, kurio augalai negali tiesiogiai absorbuoti, nepaisant to, kad jo gausa siekia apie 88 000 tonų hektare.

Ekosistemose azotas randamas neorganinėmis formomis, tokiomis kaip NO₃⁻ ir NH₄⁺, arba kaip organiniai junginiai, sujungti su anglimi, pavyzdžiui, amidinės (C-NH₂) arba amidinės (CNC) formos. Augalams azotas yra labiausiai prieinamas neorganinėmis formomis, esančiomis dirvožemyje.

Azoto įvedimas

Azotas paverčiamas augalams prieinamomis formomis dėl natūralių atmosferos sąlygų, pramoninių procesų ir biologinės fiksacijos. Atmosferos azotas (N₂) yra dujinės būsenos ir normaliomis atmosferos sąlygomis nėra tiesiogiai prieinamas augalams. Prieš augalams pasisavinant azotą, jis turi būti paverstas nitratais (NO₃⁻) arba amoniaku (NH₄⁺).

Žaibui nutrūkus stiprioms jungtims N₂ dujų molekulėse, dalis atmosferos azoto paverčiama naudingomis formomis. Susidarę azoto oksidai gali jungtis su atmosferos drėgmės vandeniliu ir per kritulius pasiekti dirvožemį amoniako (NH₄⁺) pavidalu.

Azotas taip pat gali būti perdirbamas pramoniniu būdu. Šio proceso metu dujinės azoto molekulės destabilizuojamos kaitinant orą iki aukštos temperatūros esant aukštam slėgiui ir įvedant vandenilį (dažniausiai gaunamą iš gamtinių dujų arba metano). Taip susidaro amoniakas (NH₃), kuris yra pagrindinis neorganinių azoto trąšų komponentas. Tačiau kadangi šis procesas yra daug energijos reikalaujantis (dažniausiai priklauso nuo iškastinio kuro), neorganinės azoto trąšos yra gana brangios.

Be to, simbiozėje su ankštiniais augalais gyvenančios rizobijos bakterijos gali dujinį azotą paversti augalams prieinamomis formomis. Rizobijos naudoja fermentinius procesus N₂ ryšiui nutraukti. Kiti mikroorganizmai taip pat gali paversti N₃⁻ simbiozėje (pvz., Frankia, Anabaena) arba gyvendami laisvai (pvz., Azotobacter, įvairios aktinomicetės).

Organiniai azoto junginiai iš mėšlo ir augalų liekanų natūraliai mineralizuojasi į augalams prieinamas formas. Kiti dirvožemio mikroorganizmai oksiduoja amonį (NH₄⁺) į nitratus (NO₃⁻) dviejų pakopų procesu, vadinamu nitrifikacija. Azotas taip pat patenka su organinėmis trąšomis, tokiomis kaip gyvulių mėšlas, kompostas ir žaliosios trąšos.

Neorganinės azoto trąšos būna skystos, granuliuotos ir lėtai išsiskiriančios. Amonio pagrindo trąšos lėtina išplovimą, nes NH₄⁺ išlieka dirvožemio mainų komplekse. Kai NH₄⁺ paverčiamas NO₃⁻, azotas yra labiau linkęs išplovimui.

Azoto nuostoliai

Azotas iš laukų prarandamas nuimant derlių ir dėl gausaus lietaus ar per didelio drėkinimo išplaunant nitratų jonus. Daugelio dirvožemių gebėjimas išlaikyti neigiamai įkrautus nitratų jonus yra ribotas. Jei augalai nesugeria NO₃⁻, šie jonai gali išsiplauti žemiau šaknų zonos ir užteršti gruntinius vandenis. Siekiant išvengti gruntinio vandens taršos, labai svarbu atidžiai planuoti drėkinimą ir azoto tręšimą, nustatant tinkamus kiekius ir laiką. Pasėlių vandens balanso stebėjimas gali padėti taupyti drėkinimo vandenį ir trąšas, kartu apsaugant aplinką.

Azotas taip pat gali patekti į atmosferą dėl garavimo. Šarminėje dirvožemyje amoniakas gali išsiskirti iš dirvožemio paviršiaus. Anaerobinėmis sąlygomis vyksta denitrifikacija, kai dirvožemio bakterijos redukuoja NO₃⁻ iki N₂ ir azoto oksido (N₂O) dujų, kurios išsiskiria į atmosferą.

Azoto trąšos paprastai padidina pasėlių derlių. Norint subalansuoti pasėlių derlių ir sumažinti aplinkos taršą, ypač gerinant vandens ir dirvožemio kokybę, būtina veiksmingai stebėti biologinę azoto fiksaciją ir cheminių trąšų būklę. Azoto trąšos atlieka labai svarbų vaidmenį palaikant didelį grūdų derlių ir yra žemės ūkio gamybos pagrindas.

Azoto fiksacija

Mikroorganizmų atmosferos azoto fiksacija vyksta procesu, vadinamu biologine azoto fiksacija. Šis dinamiškas procesas reikalauja daug energijos, nes mikroorganizmai azoto junginius paverčia organinėmis medžiagomis, kurias augalai gali absorbuoti. Tokios bakterijos kaip Azotobacter, Rhizobium, mėlynai žalieji dumbliai (BGA), Azospirillum ir Azolla yra pagrindinės šio proceso dalys. Šios bakterijos fiksuoja azotą į augalams prieinamas formas ir dažnai naudojamos biologinėse trąšose.

Ankštiniai augalai turi šaknų mazgelius, kuriuose gyvena rizobijų bakterijos iš tokių genčių kaip Sinorhizobium, Azorhizobium, Rhizobium, Bradyrhizobium ir Mesorhizobium. Rizobijų inokuliantai gali padidinti ankštinių augalų derlių iki 15–20 kg N/ha, o pasėlių produktyvumą – iki 20 %.

Azotobacter bakterijos yra gyvybiškai svarbios azoto cikle ir pasižymi įvairiapusėmis medžiagų apykaitos galimybėmis. Be azoto fiksacijos, Azotobacter gamina vitaminus, tokius kaip riboflavinas ir tiaminas, taip pat augalų hormonus, tokius kaip indolo acto rūgštis (IAA), citokininai (CK) ir giberelinai (GA). Azotobacter chroococcum fiksuoja atmosferos azotą ir tiekia jį augalams, gerindama šaknų architektūrą ir sėklų dygimą. Šios bakterijos taip pat kovoja su patogeniniais mikroorganizmais aplink augalų šaknis.

Azospirillum – kita aerobinė laisvai gyvenanti bakterija, palaiko įvairius augalų augimo ir vystymosi aspektus. Lauko bandymai ir eksperimentai su Azospirillum rūšimis, tokiomis kaip A. irakense, A. lipoferum, A. halopraeferens, A. amazonense ir A. brasilense, parodė padidėjusį pasėlių derlių ir augimą. Azospirillum inokuliuoti augalai pagerina vandens ir mineralų absorbciją, todėl duoda didesnį derlių. Hungria ir kt. (2010 m.) tyrimai rodo, kad Azospirillum brasilense veiksmingai skatina augalų augimą fiksuodama azotą ir taip sumažindama trąšų sąnaudas.

Išvados

Azotas yra labai svarbi augalų maistinė medžiaga, būtina augimui, vystymuisi ir dauginimuisi. Natūralių ir dirbtinių procesų metu azotas transformuojamas į augalams prieinamas formas, būtinas baltymų, nukleorūgščių ir chlorofilo sintezei. Tačiau azoto trūkumas ir perteklius gali neigiamai paveikti aplinką ir augalų sveikatą.

Efektyvus azoto valdymas žemės ūkyje reikalauja kruopštaus planavimo ir stebėsenos. Biologinis azoto fiksavimas, kurį atlieka tokie mikroorganizmai kaip Azotobacter ir Rhizobium, siūlo tvarų ir aplinkai nekenksmingą būdą pagerinti augalų mitybą. Šie mikroorganizmai ne tik fiksuoja azotą, bet ir gerina augalų sveikatą bei derlių.

Norint subalansuoti pasėlių derlių ir sumažinti aplinkos taršą, reikia efektyviai naudoti azoto trąšas ir skatinti biologinę azoto fiksaciją. Būsimos žemės ūkio praktikos turėtų labiau orientuotis į tvarius sprendimus, kurie padidintų derlių, kartu apsaugant aplinką ir gerinant dirvožemio sveikatą. Mikrobinės trąšos ir azoto fiksacija mikroorganizmų pagalba atlieka gyvybiškai svarbų vaidmenį tvariame ūkininkavime.