Азот (N)

Функции Азота

Азот необходим для формирования аминокислот, белков и хлорофилла. Азот играет важную роль в развитии растений. Азот имеет гораздо большее влияние на растения, чем большинство других важных элементов. Избыток или недостаток Азота существенно влияет на рост растений и качество урожая.

Симптомы дефицита Азота

Дефицит Азота проявляется осветлением листьев растения. Так как N достаточно подвижный элемент, то первые симптомы дефицита Азота появляются сразу на старых листьях, которые становятся светло-зеленого цвета. Когда дефицит усиливается, листья желтеют и отмирают. Дефицит Азота приводит к сокращению периода вегетации, наблюдается мелколистность, уменьшение кустистости.

Симптомы дефицита Азота быстро развиваются, но могут так же быстро и корректироваться, добавлением нужной формы N, регулировкой концентрации.

Тяжелые последствия может нанести длительная нехватка N в период активного роста.

Дефицит Серы можно спутать с дефицитом Азота. Но при дефиците Серы, симптомы появляются на всем растении, а при дефиците Азота сначала на старых листьях и только потом распространяются на все растение.

Симптомы отравления Азотом

Избыток Азота так же опасен, как и дефицит, особенно для плодовых культур.

Избыток Азота сопровождается усиленным ростом: растения пышные с темно-зеленой листвой. Такие листья больше подвержены болезням и атакам насекомых и очень чувствительны к изменениям окружающей среды.

Излишки N в плодовых культурах не только ухудшают обильность цветения и развитие плодов, но и снижают качество урожая. Нельзя повлиять на качество плодов элементами F и B пока Азот в избытке.
Избыток N наносит больше ущерба растению, чем дефицит.

Формы Азота

Существуют две формы азота: NO₃^- и NH₄⁺.

Контролируя их соотношение в растворе, можно добиться некоторого стабильного значения pH.

Если NH₄⁺ единственный источник азота в растворе, то это приводит к подкислению. Растения поглощают больше иона аммония, чем серной кислоты, соответственно в растворе накапливается анион серной кислоты и раствор подкисляется. И, наоборот, если в растворе содержится только NO₃^- , раствор подщелачивается.

В целом, в кислой среде NO₃^- легче поглощается, а NH₄⁺ лучше усваивается при более высоком рН. При рН 6,8 обе формы азота поглощаются одинаково.

Влияние Азота на pH в корневой зоне

В клетках корней должен поддерживаться электрический баланс, поэтому для каждого положительно заряженного иона, который притягивается, должен быть освобожден положительно заряженный ион, то же самое верно и для отрицательно заряженных ионов.

Таким образом, когда растение «притягивает»  аммоний (NH₄⁺), оно освобождает протон (Н +) в раствор. Повышение концентрации протонов вокруг корней, снижает рН в корневой зоне. Соответственно, когда растение «притягивает»  нитраты (NO₃^-), оно выпускает бикарбонат (HCO3-), что увеличивает рН вокруг корней.

Из этого следует, что поглощение нитратов увеличивает рН вокруг корней,
в то время как поглощение аммония уменьшает ее.

Это явление особенно важно в гидропонике, где корни могут легко повлиять на рН среды, поскольку их объем относительно велик по сравнению с объемом питательной среды.

Для предотвращения скачков рН раствора и нужно правильное соотношение аммония / нитратов, которое зависит от сорта, температуры и стадии роста.

Следует отметить, что при определенных условиях, рН «реагирует» не так, как ожидалось в связи с нитрификацией. Нитрификация очень быстрый процесс, и добавка аммония может быть быстро преобразована и поглощена в виде нитратов, тем самым увеличивая рН в корневой зоне, а не уменьшая его.

Влияние Азота на поглощение других элементов

Аммонийный Азот легче поглощается при повышенном содержании в растворе магния, кальция и калия.  Аммоний - катион (положительно заряженный ион), поэтому он конкурирует с другими катионами  (калия, кальция, магния) в поглощении корнями. Слишком высокое содержание аммония может привести к дефициту кальция и магния. Поглощение калия меньше зависит от «конкуренции» с Аммонийным Азотом.

Для питания растения нитратным Азотом важное значение играет достаточное наличие молибдена и фосфора. Дефицит молибдена замедляет восстановление нитратов, снижается ассимиляция нитратного азота.

Так как соотношение аммония / нитратов может изменить рН вокруг корней, то изменение pH может повлиять на растворимость и доступность других питательных веществ.

Если соотношение NO₃^- и NH₄⁺ больше, чем 9 к 1, то рН раствора имеет тенденцию к увеличению с течением времени, а при соотношении 8 к 1или менее, рН уменьшается со временем. Из графика видно, что NH₄⁺, как правило, гораздо больше  подкисляет раствор, чем NO₃^- подщелачивает. Поэтому и рекомендуют % содержания аммонийного азота намного меньше чем нитратного для стабилизации рН раствора.

Соотношение нитратного и аммонийного Азота

Процент аммонийного азота NH₄⁺ в питательном растворе не должен превышать 50% от общей концентрации N.

Оптимальным же является соотношение:  75% NO₃^- и 25% NH₄⁺.

Если основным источником Азота будет NH₄⁺, то это может быть токсично для растения. Однако, некоторое количество NH₄⁺ желательно, так как наличие  NH₄⁺ в питательном растворе стимулирует поглощение NO₃^-.

5% NH₄⁺ в растворе достаточно для стимуляции поглощения NO₃^-, а более высокий процент (до 25% от общего) необходим для постоянно аэрируемых растворов, чтобы получить то же стимулирующее действие на NO₃^-. Метаболизм аммония требует гораздо больше кислорода, чем метаболизм нитратов.

Соотношение Азотов зависит от вида растений, стадии роста растений, температуры питательного раствора, рН в корневой зоне и других факторов.

Если ион NH₄⁺ является основным источником Азота в питательном растворе, то его влияние на рост томатов, например, может быть существенным в зависимости от интенсивности освещения. При низком освещении эффекта почти нет, а при высокой интенсивности света отмечено снижение роста растений на 30%, проявляются симптомы: скручивание листьев, увядание, хлороз старых листьев.

Соотношение Азотов в зависимости от вида растений и стадии роста

При подборе соотношения нитратного и аммиачного азотов, следует учитывать виды растений. Плодоносящие растения, такие как помидор и перец, особенно чувствительны к NH₄⁺. Когда NH₄⁺ присутствует в питательном растворе при образовании цветов и плодов, урожайность снижается. Плоды могут поражаться вершинной гнилью. Поэтому аммонийный азот может быть включен в состав раствора в начале вегетации,  но затем должны быть исключен с момента образования цветков и до конца цикла.

Сахара должны  транспортироваться вниз от листьев к корням, чтобы «встретиться» с  аммонием.

При выращивании плодов и растений, в которых  наибольший рост происходит в листьях (например, китайская капуста, салат, шпинат), сахара потребляются быстрее около их места производства и гораздо менее доступны для транспортировки к корням. Таким образом, аммоний не сможет эффективно метаболизироваться и предпочтительно  использовать меньше аммония по отношению к  нитратам.  В зимнее время аммония также нужно давать меньше,  так как при недостатке света растение образует мало сахаров.

Соотношение Азотов в зависимости от температуры в прикорневой зоне

Метаболизм аммония требует гораздо больше кислорода, чем метаболизм нитратов. Аммоний метаболизируется в корнях, где он вступает в реакцию с сахарами. Эти сахара должны быть доставлены в корни из листьев.

С другой стороны нитраты транспортируются в листья, где они преобразовываются в аммоний, а затем вступает в реакцию с сахарами.

При более высоких температурах дыхание растения увеличивается, потребляется сахар быстрее, что делает его менее доступным для обмена веществ с аммонием в корнях. В то же время, при высоких температурах, растворимость кислорода в воде уменьшается, что делает его так же менее доступным.

Таким образом, при более высоких температурах целесообразно использование более низкого содержания аммония в растворе.
При более низких температурах питание аммонием является более оптимальным, потому что кислород и сахара более доступны на корневом уровне. Кроме того, поскольку транспорт нитратов в листьях снижен  при низких температурах, использование нитрата в растворе приведет к задержке роста растений.

Токсичность аммония

Аммоний может быть токсичными для растений, если он является основным источником Азота в растворе. При отравлении аммонием замедляется рост и развитие, повреждаются стебли и листья, листья становятся чашеобразными. Разрушается сосудистая ткань (NH₄⁺ нарушает работу Ca, который требуется для поддержания  целостности клеточной оболочки). Отравление Аммонием может в конечном итоге привести к гибели растения. Если стебель пострадавших растений разрезать чуть выше корневой линии, то хорошо видна разлагающаяся сосудистая ткань.

Но, похожие симптомы могут быть и у некоторых болезней, поэтому требуется тщательный анализ, чтобы определить, что вызывает распад, болезнь или отравление NH₄⁺ .

Аммиачный азот обычно не накапливается в растении в больших количествах. Это наблюдается только при недостатке углеводов; в таких условиях растение не может его переработать в безвредные органические вещества — аспарагин и глютамин.

Чрезмерная доза аммиачного азота в питательном растворе и недостаточность освещения, которая снижает интенсивность фотосинтеза, могут привести к повреждению листовой паренхимы из-за скопления аммиака.

Влияние концентрации Азота на корни

Концентрация азота в питательном растворе может влиять на характер роста корня. Увеличивается концентрация нитратного Азота – уменьшается количество и длина корневых волосков. Концентрации других основных элементов (P, K, Ca, Mg) не оказывают подобное влияние. Даже изменение концентрации NH₄⁺ в питательном растворе не влияет на корневые волоски. Однако, корни, подвергающиеся воздействию высоких концентраций NH₄⁺ в питательных растворах или где основным источником Азота является NH₄⁺, будет грубы на вид, с небольшим ветвлением или тонкой структурой.

Концентрация Азота в питательном растворе

Большинство формул требуют общей концентрации N в питательном растворе в диапазоне от 100 до 200 мг / л (ppm).

Если аммонийный Азот NH₄⁺ входит в состав, то соотношение нитратного к аммонийному к должно быть примерно три или четыре к одному.

Инструкции часто требуют начинать подавать раствор с малых доз (<100 мг / л, ppm), затем увеличивать его к моменту созревания плодов. Это общепринятая практика в случае с плодовыми культурами, когда контроль поступления Азота нужен для минимизации чрезмерного вегетативного роста и инициирования развития плодов.

Источники Азота

Источники NO₃^-: нитрат кальция (Ca(NO₃)₂•4H₂O), нитрат калия (KNO₃) и азотная кислота (HNO₃), аммиачная селитра (NH₄NO₃).
Источники NH₄⁺: аммиачная селитра (NH₄NO₃), сульфат аммония (NH₄)₂SO₄), аммония моно-или кислый фосфат (NH₄)₂HPO₄ или NH₄H₂PO₄.

Мочевина, CO(NH₂)₂, не рекомендуется в качестве источника Азота для гидропонных растворов, так как ее гидролиз производит NH₄, который может быть нежелательным катионом в питательном растворе. Молекулы мочевины могут непосредственно поглощаться корнями растений, хотя ее присутствие в растениях может быть не желательно.

Источники:
Чесноков В. А.  «Выращивание растений без почвы», 1960.
J. Benton Jones «Hydroponics. A Practical Guide for the Soilless Grower. Second Edition», 2005.
Guy Sela «Ammonium-Nitrate Ratio in Plant Nutrition», 2010.