Hospodaření s močovinou v půdách

Močovina (močovina) je nejrozšířenějším pevným dusíkatým hnojivem na světě. Močovina je také běžná v přírodě, protože se vylučuje močí savců. Vysoký obsah dusíku v močovině (46 %) ji činí účinnou pro přepravu na farmy a pro použití na polích. Pochopení jeho reakcí je nezbytné pro získání maximálního užitku z této důležité rostlinné živiny.

Močovina se používá několika způsoby k zajištění výživy rostlin dusíkem. Nejčastěji se distribuuje výsevem a zařazuje do výživy rostlin, dokud není hydrolyzován na amonium ureázou, enzymem produkovaným rostlinami. Jakmile je močovina přeměněna na amonium, je dále začleněna do glutamátu a různých organických sloučenin v rostlině.

Navzdory širokému použití má močovina základní vlastnosti, které vyžadují pečlivé zacházení, aby se obnovila její plná nutriční hodnota.

Močovina v rostlinách☘️

Močovina může být cenným zdrojem výživy rostlin, dokud je stále ve formě močoviny; k většině příjmu dusíku z močoviny však dochází poté, co se v půdě přemění na amonium a dusičnany. Rostliny jsou schopny přímo absorbovat močovinu, ale aktivně se nepodílí na výživě rostlin, dokud není hydrolyzována na amonium ureázou, enzymem produkovaným rostlinami (obr. 1). Jakmile je močovina přeměněna na amonium, je dále začleněna do glutamátu a různých organických sloučenin v rostlině.

Močovina může být také syntetizována v rostlinách, kde slouží jako důležitý metabolit pro pohyb a translokaci dusíku. Redistribuce organických sloučenin dusíku v rostlinách začíná hydrolýzou a uvolňováním močoviny. Následně je močovina mobilizována v celé rostlině, dokud není přeměněna zpět na různé aminokyseliny. Tyto složité procesy byly velmi podrobně studovány, ale nejsou zde uvedeny.

Močovina v půdě

Pohyb močoviny

Jako nenabitá molekula je močovina relativně mobilní a volně se pohybuje s vodou v půdě. Jakmile je však močovina přeměněna na amonium, je z velké části zadržována na místech kationtové výměny v půdě a již není snadno vyluhována. Rozsah pohybu močoviny proto do značné míry závisí na podmínkách vlhkosti před hydrolýzou a na délce doby, než hydrolýza začne.

Byla provedena studie, která porovnávala sestupný pohyb dusičnanů, amonia a močoviny v typických kalifornských půdách. Zjistilo se, že nejdále od místa aplikace se pohybuje dusičnan, za ním močovina a poté amonium. Je pozoruhodné, že močovina ve všech půdách byla méně mobilní než dusičnany.

V následné studii bylo zapotřebí 5,7 palce vody k vyluhování dusičnanů do hloubky 9 palců, ale 7,1 palce vody bylo zapotřebí k přesunu močoviny do stejné hloubky (jíl Salinas). Hanfordova písčitá hlinitá půda vyžadovala 5,9 palce vody k přesunu dusičnanů do hloubky 9 palců a 6,5 ​​palce pro močovinu. To ukazuje, že močovina je v půdě velmi mobilní, ale ne tak mobilní jako dusičnany.

Hydrolýza močoviny

Jakmile se močovina dostane do kontaktu s půdou nebo rostlinami za přítomnosti vlhkosti, běžný enzym ureáza rychle začne rozkládat močovinu a procesem hydrolýzy se vytvoří hydrogenuhličitan amonný. Hydrolýza znamená rozbití chemických vazeb přidáním vody.

To okamžitě vytváří prostředí s vysokým pH v blízkosti močoviny, protože se uvolňují hydroxidové ionty (OH-). Rychlost hydrolýzy bude záviset na koncentraci těchto tří složek a environmentálních faktorech ovlivňujících aktivitu ureázy.

CO(NH2)2 + 2H2O → (NH4)2CO3 → 2NH3 + 2OH- + CO2

Hydrolýza močoviny je obvykle rychlý proces, ke kterému obvykle dochází během několika dnů po aplikaci. Studie provedená na čtyřech kalifornských půdách zjistila, že aplikace 200 lb. močoviny/akr (36 kg/ha) jako hnojivo bylo kompletně hydrolyzováno na amonium během dvou dnů ve třech půdách (solná hlína, hlína Yolo a jíl Sacramento). V méně pufrovaných hanfordských písčitých hlínách byla močovina hydrolyzována během tří dnů (Broadbent, 1958). V důsledku toho může močovina cestovat s půdní vodou pouze jeden nebo dva dny (nebo dokonce několik hodin), než se přemění na amonium.

Zatímco močovina podléhá hydrolýze na amonium, současně dochází k tvorbě dusičnanů (nitrifikace). Hnojení močovinou tedy zpočátku vede k současnému vystavení kořenů jak močovině, tak amonnému a dusičnanu.

Nikl byl přidán na seznam nezbytných rostlinných živin v 1980. letech XNUMX. století, kdy bylo zjištěno, že tento stopový kov je nezbytný pro syntézu enzymu ureázy. Za pečlivě kontrolovaných podmínek nepřítomnost niklu vede k akumulaci toxických koncentrací močoviny v rostlinné tkáni. Od této doby byly navrženy další důležité funkce niklu pro rostliny.

Faktory ovlivňující rychlost hydrolýzy močoviny

Aby došlo k hydrolýze, musí být přítomen enzym ureáza, ale to je zřídka limitujícím faktorem v zemědělských půdách. Protože půdní mikrobi i rostliny produkují ureázu, je aktivita enzymů největší blízko povrchu půdy. I když lze mezi půdami měřit rozdíly v množství ureázy, není to významný faktor při používání hnojiv.

Rychlost hydrolýzy močoviny se obecně zvyšuje se zvýšením pH půdy z 5 na 9, ale pH neomezuje proces ve většině zemědělských půd.

Počáteční reakce hydrolýzy močoviny zvyšuje alkalitu půdního roztoku na pH >9 v důsledku tvorby uhličitanu amonného. Následná přeměna amonia na dusičnan je však kyselinotvorný proces, který kompenzuje počáteční a dočasný skok pH. Čistým účinkem pH půdy přidáním močoviny je okyselení.

Farmářům se doporučuje, aby neaplikovali močovinu na povrch půdy, aniž by ji krátce po aplikaci zapracovali nebo nezavlažili do půdy, a neumisťovali močovinu do semenných pásů nebo do jejich blízkosti. To je způsobeno dočasným zvýšením pH, díky kterému je plynný amoniak bohatší a náchylnější k odpařování.

3️⃣Teplota půdy

Hydrolýza močoviny probíhá pomaleji při 45 °F (+7 °C) než při 75 °F (+24 °C), ale i v chladnější půdě (podobné zimním podmínkám v Kalifornii) je hydrolýza obvykle dokončena během týdne.

V jiné studii vedlo zvýšení teploty půdy z 41 °F (+7 °C) na 113 °F (+45 °C) k trvalému zvýšení aktivity ureázy, což odpovídá „Q10“ 2 v tomto teplotním rozsahu (indikující zdvojnásobení reakční rychlosti při každém zvýšení o 10 °C [18 °F]).

4️⃣Půdní voda

Hydrolýza močoviny se zastaví, když půda velmi vyschne. V různých půdních podmínkách, kde plodiny rostou, však není vlhkost limitujícím faktorem pro hydrolýzu močoviny. K hydrolýze dochází rychle v zaplavených půdách, například tam, kde se pěstuje rýže. Bylo také prokázáno, že zvýšení salinity půdy (EC), ke kterému dochází během vysychání půdy, snižuje rychlost jak hydrolýzy močoviny, tak následné nitrifikace.

Listové (listové) hnojení močovinou

Postřiky močovinou na listy jsou běžné a byl proveden značný výzkum, aby se prokázaly jejich potenciální přínosy pro výživu rostlin. Hnojení na list močovinou se obvykle provádí za účelem doplnění dusíku do půdy během klíčových období růstu. U mnoha plodin může mít cílená listová aplikace močoviny významný přínos pro výnos a/nebo kvalitu. Je však třeba pečlivě zvážit i ekonomické aspekty této praxe.

Jedna studie listového krmení zjistila, že 80 % aplikované močoviny zmizelo z povrchu listů nektarinek do 48 hodin po aplikaci, přičemž většina byla absorbována listy a malé množství nebylo započítáno.

Postřik močovinou na listy musí být prováděn se zvláštní pozorností na požadavky každé konkrétní plodiny. Nadměrné používání močoviny může vést k nekróze špiček listů nebo dokonce k popálení celé rostliny. Tyto symptomy poškození byly přisuzovány uvolňování amoniaku po hydrolýze močoviny v rostlině, ačkoli někteří naznačovali, že to může být způsobeno vnitřní akumulací močoviny.

Dalším opatřením, které je nutné při postřiku na list močovinou dodržovat, je možná kontaminace hnojiva biuretem. Během procesu výroby močoviny mohou příliš vysoké teploty způsobit spojení dvou molekul močoviny, což má za následek tvorbu biuretu. Většina výrobců močoviny (močoviny) tento proces pečlivě kontroluje a udržuje koncentraci biuretu pod 0,3 %. Některé druhy rostlin však mohou být zvláště citlivé a v takových situacích se doporučuje použití močoviny s nízkým obsahem biuretu. Biuret se po několika týdnech v půdě rozkládá na močovinu a amonium.

Inhibitor ureázy⛔

I když je močovina nejrozšířenějším dusíkatým hnojivem na světě, má nevýhodu v tom, že po aplikaci podléhá ztrátám amoniaku. Tyto ztráty se liší místo od místa a ve vážných případech mohou překročit 25 % celkového aplikovaného dusíku, pokud je hnojivo ponecháno na povrchu půdy po delší dobu. Bylo vynaloženo značné úsilí na zpomalení přeměny močoviny na amoniak a snížení ztrát odpařováním do atmosféry.

Většina enzymů, včetně ureázy, může být zničena specifickými chemickými přísadami. Byly testovány tisíce sloučenin, aby se našla chemikálie, která specificky inhibuje ureázu, je bezpečná pro manipulaci, je kompatibilní s hnojivy na bázi močoviny a není příliš perzistentní v životním prostředí.

Komerčně dostupné inhibitory ureázy jsou nejvhodnější pro použití s ​​roztoky močoviny nebo UAN, které budou aplikovány přímo na povrch půdy nebo pastviny. Za těchto podmínek inhibitor zpožďuje přeměnu na amoniak a poskytuje dodatečnou flexibilitu řízení tím, že umožňuje zavlažování, dešťové srážky nebo zpracování půdy, aby se močovina dostala do půdy. Při vstřikování pod povrch půdy močovina výrazně snižuje pravděpodobnost ztráty amoniaku. Inhibitory ureázy se také ukázaly jako účinné při snižování toxicity močoviny umístěné v blízkosti klíčících semen.

Močovina je velmi běžné hnojivo pro plodiny. Při správném použití může být výborným zdrojem dusíkaté výživy. Jeho udržení v kořenové zóně však vyžaduje znalost jeho chování a reakcí, aby mohl být plně využit.