Azotas yra esminis augalų maisto elementas, lemiantis jų augimą, vystymąsi ir dauginimąsi. Nors gamtoje šio elemento daug, ne visų formų junginius augalai gali pasisavinti.

Azotas (N) yra viena pagrindinių augalų mitybos medžiagų, gyvybiškai svarbi augimui, vystymuisi ir dauginimuisi. Šis elementas yra būtinas baltymų ir nukleino rūgščių, kurie yra gyvybės pagrindas, sudėtyje. Azotas atlieka esminį vaidmenį sintetinant chlorofilą, kurio reikia fotosintezei, ir yra viena svarbiausių augimą skatinančių medžiagų. Jis taip pat prisideda prie aminorūgščių – baltymų statybinių blokų, susidarymo. Be azoto augalai negali gaminti baltymų ir kitų augti ir vystytis reikalingų molekulių, taip pat hormonų ir fermentų, kurie kontroliuoja augimą ir vystymąsi.

Kadangi azotas skatina ir reguliuoja daugelį augalų augimo ir vystymosi procesų, kai trūksta šio elemento, augalai auga lėčiau, sumažėja chlorofilo kiekis, lapai būna maži, šviesiai žali ir galiausiai pagelsta.

Azotas sudaro 75,6 proc. atmosferos bendrosios masės, todėl tai yra vienas labiausiai paplitusių biogeninių elementų. Dirvožemio organinėje medžiagoje azotas atsiranda per mikroorganizmus ir augalus, kurie jį absorbuoja iš atmosferos. Natūralios ekosistemos geba visiškai patenkinti savo azoto poreikius biologiniu būdu, tačiau agrarinėse ekosistemose augaluose sukauptas azotas su derliumi pašalinamas iš sistemos.

Azoto apykaitos visoje ekosistemoje modelį puikiai pateikė R. Gliessman (2000). Gamtoje azotas egzistuoja daugiausia atmosferoje dujų N₂ formos, kurios augalai tiesiogiai pasisavinti negali, nors viename hektare jo yra apie 88 tūkst. tonų.

Ekosistemose azotas būna neorganinės formos: NO₃ ^- ir NH₄ ⁺, arba organiniuose junginiuose su anglimi: amidinės – C-NH₂ ar amido C-N-C formos. Augalams dirvožemyje esantis azotas labiausiai prieinamas tuomet, kai yra neorganinės formos.

Augalams tinkamos N formos

Į augalams prieinamas formas azotas virsta per natūralias atmosferos sąlygas, pramoninius procesus ir biologinę fiksaciją. Atmosferos azotas (N₂) yra dujinis ir jo augalai negali tiesiogiai pasisavinti. Prieš tai jis turi būti paverstas nitratais (NO₃ ^-) arba amoniaku (NH₃ ⁺).

Dalis atmosferos azoto yra paverčiama į naudingas formas, kai žaibų energija nutraukia stiprų N₂ dujų molekulių ryšį. Susidariusios azoto oksidų formos gali jungtis su vandeniliu iš atmosferos drėgmės ir pasiekti dirvožemį kaip amoniakas (NH₃⁺) su krituliais.

Azotas taip pat gali būti perdirbamas pramoniniu būdu. Šiame procese dujinė azoto molekulė destabilizuojama kaitinant orą aukštoje temperatūroje ir esant dideliam slėgiui, įvedant vandenilį (paprastai iš gamtinių dujų ar metano). Taip susidaro amonis (NH₄), kuris yra pagrindinė neorganinių azoto trąšų sudedamoji dalis. Kadangi šis procesas reikalauja daug energijos (dažniausiai iškastinio kuro), neorganinės azoto trąšos yra palyginti brangios.

Be to, dujinį azotą į augalams prieinamą formą gali paversti rizobakterijos, gyvenančios simbiozėje su ankštiniais augalais. Rizobijos naudoja fermentinius procesus N₂ jungčiai nutraukti. Be rizobijų, yra ir kitų mikroorganizmų, kurie gali paversti N₂ į NO₃^- simbiozėje (pvz., Frankia, Anabaena) arba laisvai gyvendami (pvz., Azotobacter, įvairūs aktinomicetai).

Organiniai azoto junginiai, pavyzdžiui, mėšlas ir augalų liekanos, paverčiami į augalams tinkamas formas, kai yra natūraliai mineralizuojami. Dar kiti dirvožemio mikroorganizmai oksiduoja amonį (NH₄⁺) į nitratus (NO₃^-) dviejų pakopų procese, vadinamame nitrifikacija. NH₄⁺ virsta nitritais (NO₂^-). Azotas į dirvas patenka su organinėmis trąšomis: gyvulių mėšlu, kompostu ar žaliąja trąša.

Neorganinės azoto trąšos gali būti skystos, granuliuotos, gali būti ir lėto atpalaidavimo formų. Trąšos su amoniu ne taip greitai išsiplauna, nes NH₄⁺ laikomas dirvožemio mainų komplekse. Kai NH4 + virsta NO3 -, azotas labiau prarandamas dėl išplovimo. Karbamido trąšos lengvai išsiplauna tol, kol dirvožemyje natūraliai paplitęs fermentas ureazė jas paverčia į NH4 +, paprastai taip atsitinka per kelias dienas po tręšimo.

Azoto nuostoliai

Azotas iš laukų iškeliauja su nuimtu derliumi, taip pat prarandamas dėl nitratų jonų išsiplovimo gausiai lyjant ar esant per didelei drėgmei. Daugelio dirvožemių mainų komplekse yra tik nedidelis kiekis teigiamo elektros krūvio, kuriuo galima sulaikyti neigiamai įkrautus nitratų jonus. Jei augalai nepasisavina NO₃^-, šie jonai gali išsiplauti po šaknų zona ir patekti į gruntinius vandenis. Norint išvengti požeminio vandens užteršimo, būtina atidžiai planuoti laistymą ir tręšimą azoto trąšomis, nustatant tinkamą jų kiekį ir laiką. Pasėlių vandens balanso stebėjimas gali padėti taupyti drėkinimo vandenį ir trąšas, kartu saugoti aplinką.

Azotas gali išgaruoti į atmosferą. Esant šarminėms dirvožemio sąlygoms, 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. Azotas, naudojamas kaip trąša, paprastai padidina augalų derlių. Todėl, siekiant subalansuoti pasėlių derlių ir sumažinti aplinkos taršą, ypač vandens ir dirvožemio kokybės gerinimo tikslais, būtina veiksmingai stebėti biologinį azoto fiksavimą ir cheminių trąšų būklę. Azoto trąšos, kaip ilgalaikio aukšto grūdų derliaus pagrindas, vaidina lemiamą vaidmenį žemės ūkio gamyboje.

Biologinis fiksavimas

Biologiniu būdu atmosferos azotą fiksuoja mikroorganizmai. Šis procesas yra itin dinamiškas ir reikalauja daug energijos, nes mikroorganizmai transformuoja azoto junginius į organines medžiagas, kurias gali pasisavinti augalai. Vienas pagrindinių būdų paversti atmosferos N₂ į augalams tinkamą formą yra per bakterijų, tokių kaip Azotobacter, Rhizobium, Blue-Green Algae (BGA), Azospirillum ir Azolla, veiklą. Šios bakterijos dažnai naudojamos biologinėse trąšose.

Ankštiniai augalai turi šaknų mazgelius, kuriuose gyvena Sinorhizobium, Azorhizobium, Rhizobium, Bradyrhizobium ir Mesorhizobium genčių bakterijos, bendrai vadinamos rizobijomis. Ankštinių augalų fiksuojamo azoto kiekis natūralioje ekosistemoje gali siekti 25–70 kg azoto hektare per metus, o pasėlių sistemoje – kelis šimtus kg (Frankow-Lindberg ir Dahlin, 2013; Guldan ir kt., 1996; Burton, 1972).

Azotobacter vaidina svarbų vaidmenį azoto cikle ir turi daugybę medžiagų apykaitos galimybių. Be azoto fiksavimo, Azotobacter taip pat gamina vitaminus, tokius kaip riboflavinas ir tiaminas, indolo acto rūgštis (IAA), citokininus (CK) ir giberelinus (GA), kurie yra svarbūs augalų hormonai. Azotobacter chroococcum fiksuoja atmosferos azotą ir tiekia jį augalams, pagerindamas jų šaknų architektūrą ir sėklų daigumą. Šios bakterijos taip pat naudojamos kovoti su patogeniniais mikroorganizmais aplink augalų šaknis.

Azospirillum yra kitos aerobinės, laisvai gyvenančios bakterijos, kurios padeda įvairiais augalų augimo ir vystymosi aspektais. Lauko bandymai ir eksperimentai su Azospirillum rūšimis, tokiomis kaip A. irakense, A. lipoferum, A. halopraeferens, A. amazonense ir A. brasilense, parodė padidėjusį augalų derlių ir geresnį augimą. Augalai, užkrėsti Azospirillum, geriau pasisavino vandenį ir mineralus, todėl derlius buvo geresnis. M. Hungria ir kt. (2010) pranešė, kad Azospirillum brasilense yra pakankamai efektyvios, kad skatintų augalų augimą fiksuojant azotą, taip padėdamos sutaupyti išlaidų trąšoms.

Išvados

Taigi, per natūralius ir dirbtinius procesus azotas paverčiamas augalams prieinamomis formomis, kurios yra būtinos baltymų, nukleino rūgščių ir chlorofilo sintezei. Tačiau azoto trūkumai ir perteklius gali turėti neigiamą poveikį aplinkai ir augalų sveikatai.

Efektyvus azoto panaudojimas žemės ūkyje reikalauja tinkamo planavimo ir stebėjimo. Biologinis azoto fiksavimas mikroorganizmais, tokiais kaip Azotobacter ir Rhizobium, siūlo tvarų ir aplinkai draugišką būdą pagerinti augalų mitybą. Šie mikroorganizmai ne tik padeda fiksuoti azotą, bet ir gerina augalų sveikatą ir derlių.

Norint subalansuoti pasėlių derlių ir sumažinti aplinkos taršą, ypač svarbu veiksmingai valdyti azoto trąšų naudojimą ir skatinti biologinį azoto fiksavimą. Ateityje žemės ūkio praktika turėtų dar labiau orientuotis į tvarius sprendimus, kurie ne tik didina derlių, bet ir saugo aplinką ir gerina dirvožemio sveikatą. Šiame kontekste mikrobinės trąšos ir azoto fiksavimas mikroorganizmais atlieka svarbų vaidmenį tvarioje žemdirbystėje.