Для синтеза белков растениям необходим азот. Поэтому азотные удобрения могут приводить к увеличению в зерне белков и, что особенно важно, они повышают содержание клейковины, от которой в значительной степени зависит качество хлеба, его рассыпаемость. Таким образом, азотные удобрения повышают кормовую и пищевую ценность продукции.
Азотсодержащие минеральные удобрения подразделяют на аммиачные, нитратные и амидные. К первой группе относится сам аммиак NH3 (безводный и водные растворы) и его соли – прежде всего сульфат (NH4)2SO4 и хлорид аммония NH4Cl. Ко второй группе – селитры: натриевая NaNO3, калиевая KNO3 и кальциевая Ca(NO3)2. Промышленностью также выпускаются аммиачно-нитратные удобрения, например аммиачная селитра NH4NO3. К амидным удобрениям относятся цианамид кальция CaCN2 и мочевина (карбамид) NH2CONH2. Для уменьшения пыления цианамида кальция часто к нему добавляют до 3% нефтяных масел. В результате такое удобрение имеет запах керосина. Цианамид кальция при гидролизе дает аммиак и карбонат кальция:
CaCN2 + 3H2O = CaCO3 + 2NH3
Мочевина при взаимодействии с водой в конечном счете тоже превращается в аммиак. Наряду с ним получается диоксид углерода, который также является питательным веществом для растений
NH2CONH2 + H2O = 2NH3 + CO2
Поскольку цианамид и мочевина взаимодействуют с водой постепенно, то питательное вещество аммиак поступает из них к растениям также постепенно. Аммиак, хотя и не очень сильно, но токсичен. Его предельно допустимая концентрация в воздухе составляет 20 мг/м3. Отравление аммиаком вызывает обильное слезотечение, боль в глазах, удушье, боли в желудке. При попадании в глаза брызг раствора аммиака необходимо промыть их водой или 0,5...1,0%-ным раствором квасцов. При поражении аммиаком кожи необходимо обильное обмывание ее водой с последующим наложением примочки из слабых растворов уксусной или лимонной кислот. При поражении дыхательных путей пострадавшего следует вынести на свежий воздух. В этом случае также полезно вдыхание теплых водяных паров и лучше с добавками к воде лимонной или уксусной кислоты.
В почве аммиак и амины превращаются в нитраты. Процесс биологического превращения восстановленных форм азота в окисленные называют нитрификацией. Он протекает под действием целого ряда бактерий. Обычно нитрификация протекает в две стадии: сначала аммиачный азот окисляется до нитрит-ионов:
2NH3 + 3O2 = 2NO2– + 2Н+ + 2H2О
В этом процессе участвуют бактерии: Nitrosomonas, Nitrosospira, Nitrosococcus, Nitrosolobus. Затем с участием бактерий Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus нитритные ионы окисляются в нитратные:
2NO2– + O2 = 2NO3–
Энергия, выделяющаяся при окислении аммиачного азота до нитратного, используется бактериями для ассимиляции углекислого газа и для других эндотермических процессов.
Существуют другие бактерии и грибки, которые проводят нитрификацию не только аммиачного азота, но и азота органических соединений, осуществляя таким образом минерализацию органических соединений, попавших в почву.
В результате действия различных нитрифицирующих бактерий аммиак и органические амины, содержащиеся в больших количествах в навозе, превращаются в нитраты. Последние попадают в грунтовые воды, водоемы и колодцы. Вследствие этого вода колодцев, расположенных вблизи больших ферм, часто содержит недопустимо большое количество нитратов и потому непригодна для питья и приготовления пищи.
Из азотных удобрений для нечерноземных почв наиболее быстродействующей и эффективной является натриевая NaNO3 и кальциевая селитра Ca(NO3)2. Однако следует иметь в виду, что при ее применении происходит подщелачивание (понижение кислотности) почв, поскольку растения связывают азотную кислоту и освобождают щелочь:
NаNO3 + H2O = [HNO3] + NaOH
Выше уже было написано, что нитратные ионы относительно легко вымываются из почвы и потому нитратные удобрения используются не полностью. Имеется и другая причина, приводящая к снижению эффективности усвоения азотных удобрений, – это бактерии. В цепи биохимических превращений аммиачного азота в нитратный в качестве промежуточного соединения может образоваться молекулярный азот, который и уходит из почвы в атмосферу. Таким образом, если при производстве азотных удобрений из молекулярного азота получаются химические азотсодержащие соединения, то некоторые бактерии осуществляют процессы в обратном направлении, т.е. азотсодержащие соединения превращаются в молекулярный азот. В результате деятельности таких бактерий происходят потери огромных количеств азотных удобрений.
В настоящее время почти каждый взрослый человек знает, что содержащиеся в пищевых продуктах соли азотной кислоты (нитраты) опасны для здоровья. А ведь еще недавно их вводили для консервирования мяса, ветчины, колбасы. Специалисты считают, что опасность заключается не в самих нитратах, а в продуктах их восстановления – нитритах, т.е. солях азотистой кислоты. Нитриты образуются из нитратов в желудке как человека, так и животных. Они-то и обладают ядовитым действием на организм. Однако дело этим не ограничивается. Нитриты способны нитрозировать аминные группы в белках и аминокислотах, приводя к образованию нитрозаминов. Существуют указания на то, что некоторые из нитрозаминов обладают канцерогенными свойствами.
В настоящее время распространение получили жидкие удобрения. К их числу относят жидкий аммиак и аммиачную воду (20...22% по NH3), а также растворы в жидком аммиаке или в концентрированной аммиачной воде, в которых растворяют аммиачную селитру, карбамид, кальциевую селитру. При растворении в аммиаке NH4NO3 и Ca(NO3)2 давление паров аммиака снижается и при определенной концентрации солей при обычных температурах оно становится равным атмосферному. Жидкие удобрения легче вносить на поля и удобно использовать для подкормки растений. В то же время их производство проще и дешевле, чем твердых удобрений.