В процессе распашки почвы азотный режим ее претерпевает существенные изменения. Расходные статьи азотного баланса начинают резко возрастать. Значительное количество азота отчуждается за пределы хозяйства с сельскохозяйственной продукцией (как растениеводческой, так и животноводческой). Интенсивная обработка почвы ведет к усилению минерализации органического вещества и как следствие к увеличению потерь азота за счет инфильтрации, денитрификации и эрозии. Потери азота в результате водной и ветровой эрозии могут достигать значительных величин. Вместе с почвенными частицами в результате эрозии выносятся гумус и другие азотсодержащие вещества.
Вымывание нитратов из корнеобитаемого слоя в дренажные воды играет существенную роль в балансе азота в увлажненных районах в условиях промывного режима почв, а также на орошаемых землях, в особенности на легких почвах.
Более связанные суглинистые и глинистые почвы, особенно богатые гумусом, способны лучше поглощать и удерживать воду, а следовательно, и растворенные в ней нитраты. Из таких почв, занятых растениями, вымывание нитратов незначительное — не превышает 3—5 кг/га нитратного азота в год. Но на почвах легкого гранулометрического состава, особенно в отсутствие растений (паровое поле), потери нитратного азота за счет вымывания могут достигать значительных размеров — 20—30 кг/га и более в год.
Потери газообразных форм азота в результате денитрификации составляют одну из основных статей непроизводительных затрат азота. Как уже отмечалось, процесс денитрификации происходит в анаэробных условиях. Казалось бы, при распашке почв устраняются условия, необходимые для этого процесса, но на самом деле это не так. Разрыхленная почва состоит из множества отдельных структурных агрегатов (комков) разной величины. И внутри каждого почвенного агрегата создаются анаэробные условия, необходимые для денитрификации, т. е. этот процесс происходит постоянно во всех почвах. И тем интенсивнее, чем больше неиспользованных растениями нитратов накапливается в почве.
Таким образом, в процессе освоения земельных участков естественный уравновешенный баланс питательных элементов нарушается. Потери азота значительно превышают его поступление, что неизбежно обедняет почву этим элементом. В такой ситуации внесение азотных удобрений и навоза может ликвидировать дефицит в азотном балансе почвы и создать условия для сохранения и повышения ее плодородия. Это одно из важнейших условий интенсивного земледелия.
5.1.3. ПРОИЗВОДСТВО И ПРИМЕНЕНИЕ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ
Источники получения азотных удобрений. В течение длительного времени (с 1830 до 1914 г.) снабжение мирового рынка азотными удобрениями было в основном за счет природных залежей чилийской селитры в Южной Америке. Другим источником был аммиак отходящих газов коксовых печей металлургической промышленности. Но этот источник был ограниченным и не мог удовлетворить возрастающего спроса на азотные удобрения. Уже в начале XX в. природные источники чилийской селитры были практически исчерпаны и вопрос об азотных удобрениях встал со всей остротой. Его решение стали искать в использовании практически неисчерпаемых запасов азота в атмосферном воздухе. Известно, что в слое воздуха в 15 км высотой над площадью в 1 га содержится около 78 тыс. т молекулярного азота.
В конце XIX в. в лабораторных условиях впервые были успешно проведены опыты по связыванию молекулярного азота с кислородом путем пропускания воздуха через пламя вольтовой дуги (температура около 3000 °С):
N2 + 02 = 2NO.
Окись азота окисляли до двуокиси (N02), которая, соединяясь с водой, давала азотную кислоту.
Вскоре в Норвегии, богатой водопадами и дешевой электроэнергией, был построен первый в мире завод по производству в промышленных масштабах первого синтетического азотного удобрения — Ca(N03)2. Отсюда кальциевая селитра стала называться «норвежской селитрой». Получение азотного удобрения таким способом требовало огромного количества энергии. Кроме того, кальциевая селитра очень гигроскопична. Поэтому такой способ производства не получил дальнейшего распространения.
В то же время был предложен другой способ связывания атмосферного азота, основанный на свойстве азота соединяться при определенных условиях (температура около 700—800 °С) с карбидом кальция:
N2 + СаС2 = CaCN2 + С.
Метод производства цианамида кальция проще и дешевле предыдущего способа, но и он не получил широкого распространения, так как к этому времени был разработан метод получения синтетического аммиака из молекулярного азота и водорода.