Соединения азота и фосфора в почве

Основное количество соединений азота (главным образом это органические соединения) сосредоточено в верхнем слое почвы. Кроме органических соединений (гумусовых веществ, аминокислот, амидов, аминосахаров, гетероциклических соединений и растительных остатков), азот в почве присутствует в виде неорганических компонентов в почвенном воздухе, почвенном растворе и в обменном или фиксированном состоянии входит в состав твердой фазы почв. При газовом обмене с атмосферным воздухом часть почвенного азота теряется. В почвенном воздухе соединения азота представлены молекулярным азотом, аммиаком, гемиоксидом, оксидом и диоксидом азота. Суммарно процесс трансформации неорганических соединений азота в почве можно представить схемой:

Где k_1, k₂, k₃, k₄ - константы скоростей соответствующих реакций нитрификации и денитрификации.

Скорости соответствующих реакций зависят от температуры почв, рН, степени аэрации и, следовательно, окислительно – восстановительного потенциала почвенного раствора, содержания влаги, органических веществ и ингибиторов. Реакции нитрификации относятся к реакциям первого порядка, а реакции денитрификации имеют нулевой порядок, поэтому:

d[NH₄⁺ ] / dt = -k₁[NH₄+]

. d[NO₂ ^- ] / dt = -k₁[NH₄+] - k₂ [NO₂ ^-] + k₃ – k₄

d[NO₃ ^- ] / dt = k₂ [NO₂ ^-] - k₃

d[NO₂ ^- + NO + N₂O + N₂] / dt = k₄

Для средних условий почв константы скоростей соответствующих реакций равны: k₁ = 0,02ч^-1, k₂ = 0,04 ч^-1, k₃ = 0,015 мг • кг^-1 (N) • ч ^-1, k₄ = 0,01 мг• кг^-1(N)• ч^-1. Константа скорости процесса окисления ионов NO₂^- в нитрат - ионы k₂ в 2 раза превосходят константу скорости образования нитрит – ионов k₁, поэтому нитриты практически не накапливаются в почве. Значения k₃ и k₄ в значительной степени зависят от окислительно–восстановительных условий и присутствия ингибиторов в почве.

Литосферная часть глобального кругооборота азота представлена на следующей схеме:

Общее количество фосфора в верхнем слое почвы в среднем составляет 1000 кг /га. Ежегодно с урожаем сельскохозяйственной продукции из почвы выносится 10 – 40 кг/га фосфора. Соединения фосфора в почве содержатся в почвенном растворе, находятся в адсорбированном состоянии на поверхности неорганических компонентов почвы, присутствуют в твердой фазе почв в виде аморфных и кристаллических минералов и входят в состав органических соединений почвы. Основное количество органических соединений фосфора находится в виде сложных эфиров ортофосфорной кислоты и шестиатомного циклического спирта инозита. Трансформация соединений фосфора в почве связана с минерализацией органических фосфорсодержащих веществ, а также с процессами иммобилизации, фиксации и мобилизации его неорганических веществ.

Минерализация – процесс превращения органических соединений фосфора в минеральные.

Иммобилизация – превращение неорганических соединений фосфора в органические в процессе развития живых организмов.

Фиксация фосфора – переход растворимых соединений фосфора в менее

растворимое состояние за счет образования прочных связей с минеральными компонентами почвы.

Мобилизация – увеличение подвижности соединений фосфора, связанное с превращением трудно растворимых соединений в более растворимые.

Фосфатный потенциал (ФП) – используется для оценки возможного перехода фосфатов из твердой фазы почв в почвенный раствор.

ФП = 0,5p(Ca²⁺) + p (H₂PO₄^-),

Где р(Са²⁺) = -lg a (Ca²⁺), p(H₂PO₄^-) = - lg a (H₂PO₄^-.

Если 0,5p(Ca²⁺) + p (H₂PO₄^-) > - ½ lg Пр(Са(Н₂РО₄)₂),

то концентрация фосфат – ионов в растворе контролируется соединениями, более трудно растворимыми, чем Са(Н₂РО₄)₂.

Если 0,5p(Ca²⁺) + p (H₂PO₄^-) = - ½ lg Пр(Са(Н₂РО₄)₂),

то растворяется преимущественно монокальцийфосфат.