Von Havlin, Beaton, Tisdale und Nelson (1999)
Wasserfreies NH3
Wasserfreies NH3 enthält 82% N, die höchste Menge an N Dünger. In mancher Hinsicht verhält sich NH3 wie Wasser, da beide feste, flüssige und gasförmige Zustände haben. Die große Affinität von wasserfreiem NH3 zu Wasser ergibt sich aus seiner Löslichkeit. Infolgedessen wird NH3 schnell von Wasser im menschlichen Gewebe absorbiert. Da NH3 für Augen, Lunge und Haut sehr reizend ist, müssen bei wasserfreiem NH3 immer Sicherheitsvorkehrungen getroffen werden., Schutzbrille, Gummihandschuhe und eine NH3-Gasmaske sind erforderliche Sicherheitsausrüstung. Ein großer Wasserbehälter, der am NH3-Tank befestigt ist, wird auch zum Waschen von Haut und Augen benötigt, die NH3 ausgesetzt sind. Unter normalen atmosphärischen Bedingungen kocht wasserfreies NH3 in einem offenen Gefäß und entweicht in die Atmosphäre. Um ein Entweichen zu verhindern, wird es unter Druck und/oder Kälte (-28F) gelagert, wie dies häufig bei großen, modernen Schüttgutlagern der Fall ist. Wenn flüssiges NH3 aus einem Druckbehälter freigesetzt wird, dehnt es sich schnell aus, verdampft und erzeugt eine weiße Wasserdampfwolke., Diese Wolke wird durch die Kondensation von Wasser in der Luft gebildet, die die Flüssigkeit NH3 umgibt, während sie verdampft.
Da wasserfreies NH3 ein Gas bei Atmosphärendruck ist, können einige während und nach der Anwendung an die oberirdische Atmosphäre verloren gehen. Wenn der Boden während der Anwendung hart oder voller Klumpen ist, schließt oder füllt sich der Schlitz hinter der Applikatorklinge nicht und einige NH3 entweichen in die Atmosphäre. Wasserfreie NH3-Umrichter werden häufig verwendet, um den Bedarf an tiefer Injektion und Bodenbearbeitung vor der Anwendung zu reduzieren., Die Umrichter dienen als Druckkammern für komprimiertes wasserfreies NH3, das im Applikator oder Wassertank gelagert wird. An-hydrous NH3 gefriert, wenn es sich in den Konvertern ausdehnt, trennt die Flüssigkeit NH3 vom Dampf und reduziert den Druck stark. Die temperatur von flüssigkeit NH3 ist über-32C (- 26F). Ungefähr 85% des wasserfreien NH3 werden flüssig; Der Rest bleibt in Dampfform. Die Flüssigkeit fließt durch die Schwerkraft durch regelmäßige Anwendung Ausrüstung in den Boden. Der oben am Boden gesammelte Dampf wird auf übliche Weise in den Boden injiziert.
Rückhalt., Unmittelbar nach der Injektion von NH3 in den Boden Wird eine lokalisierte Zone hoch in NH3 und NH4 erzeugt. Die horizontale, grob kreisförmige bis ovale Zone ist etwa I-X bis 5 Zoll groß. im Durchmesser, abhängig von der Methode und der Rate der Anwendung, Abstand, Bodentextur und Bodenfeuchtigkeitsgehalt. Die vertikale Bewegung ist normalerweise über 2 in., wobei das meiste davon auf die Bodenoberfläche gerichtet ist. Eine Reihe von vorübergehenden, aber dramatischen Veränderungen treten in NU3-Retentionszonen auf, die die chemischen, biologischen und physikalischen Bedingungen des Bodens in der Retentionszone deutlich beeinflussen., Einige der Bedingungen, die sich entwickeln, umfassen
1 .Erhöhte Konzentrationen von NH3 und NH4+ (1.000 bis 3.000 ppm).
2. Der pH-Wert steigt auf 9 oder höher.
3. N02 – erhöht sich auf 100 ppm oder mehr.
4. Osmotische Absaugung der Bodenlösung, die 10 bar überschreitet.
5. Geringere Populationen von Bodenmikroorganismen.
6. Löslichkeit von OM.
Freies NH3 ist extrem giftig für Mikroorganismen, höhere Pflanzen und Tiere. Es kann leicht in Zellmembranen eindringen, die für N“4+relativ undurchlässig sind. Es besteht ein sehr enger Zusammenhang zwischen pH-Wert und Konzentration von freiem oder nichtionisiertem NH3 und NH4+., Zwischen pH 6,0 und 9,0 liegt eine 500-fache Falte in der NH3-Konzentration (Abb. 4.35). Abbildung 4.42 fasst schematisch die Auswirkungen von pH, osmotischer Absaugung und/oder NH4+ – Konzentration auf die Bildung von N02-und N03 zusammen – Der Einfluss von hochosmotischer Absaugung oder NH4+ in der Bodenlösung ist hauptsächlich auf Nitrosomonas-Bakterien zurückzuführen. Die Aktivität wird durch pH-Werte über 8,0 verzögert, insbesondere bei großen Mengen NH3. N02-akkumuliert bei pH-Werten zwischen 7 und 8, während unter pH 7, N03-reichlich vorhanden ist., NH3 geht an die Atmosphäre verloren, wenn es nicht schnell mit Wasser und verschiedenen organischen und anorganischen Bodenkomponenten reagiert. Mögliche NH3-Retentionsmechanismen sind wie folgt:
1. Chemie
ein. NH3 + H+ —NH4+
b. NH3 + H20 — NH4+ + OH-
c. Reaktion von NH3 mit OH – Gruppen und fest gebundene Wasser von Tonmineralien.
d. Reaktion mit Wasser der Hydratation um die austauschbaren Kationen auf dem Austauschkomplex.
e. Reaktion mit OM.
2. Physikalische
a. NH4 + Fixierung durch Ausdehnung von Tonmineralien.
b. Adsorption durch Tonmineralien und organische Bestandteile durch H-Bindung.,
Die relative Bedeutung dieser Mechanismen variiert von Boden zu Boden und wird auch von den Umweltbedingungen beeinflusst. Die Fähigkeit von Böden, NH3 zu speichern, nimmt mit dem Bodenfeuchtigkeitsgehalt zu, wobei eine maximale NH3-Retention bei oder in der Nähe der Feldkapazität auftritt. Wenn Böden trockener oder feuchter als die Feldkapazität werden, verlieren sie ihre Fähigkeit, NH3 zu halten. Die Größe der anfänglichen NH3-Retentionszone nimmt mit zunehmender Bodenfeuchtigkeit ab. Diffusion von NH3 aus der Injektionszone wird durch hohe Bodenfeuchtigkeit behindert, be-Ursache für die starke Affinität von NH3 für Wasser., Die NH3-Aufnahmekapazität von Böden nimmt mit dem Tongehalt zu. NH3-Bewegung ist in sandigen Böden größer als in Lehmböden, da NH3 in den größeren Poren in grob strukturierten Böden freier diffundieren kann. Bodentexturelle Unterschiede in der NH3-Retention werden oft durch andere Eigenschaften wie Feuchtigkeit und Feuchtigkeitsgehalt verdeckt. Wie zu erwarten ist, nimmt die NH3-Retention mit zunehmender Einspritztiefe zu und variiert je nach Bodeneigenschaften und-bedingungen erheblich., Studien haben gezeigt, dass eine Injektionstiefe von 5 cm für einen schlammigen Lehmboden wirksam war, eine Platzierung bei 10 cm jedoch in einem feinen, sandigen Lehmboden erforderlich war. Im trockenen Boden nimmt der NH3-Verlust mit zunehmender Platzierungstiefe ab (Abb. 4.43). Bei einer gegebenen Rate nimmt der pro Volumeneinheit des Bodens aufgebrachte NH3 mit dem entfettenden Injektionsabstand ab. Mit der größeren Retention, die mit engen Abständen erreicht wird, besteht eine geringere Wahrscheinlichkeit eines NH3 – Verlustes, insbesondere in sandigen Böden mit begrenzter Kapazität zum Halten von NH3-Die OM-Komponente von Böden trägt erheblich zur NH3-Retention bei., Mindestens 50% der NH3-Aufnahmekapazität von Böden wird OM zugeschrieben. Die Art und das Ausmaß von Änderungen der Bodeneigenschaften bei NH3-Anwendungen können einen wichtigen Einfluss auf die Reaktion der Pflanzen auf N-Düngemittel haben. Die hohe Konzentration von NH3 und NH4+, die einen hohen Boden-pH-Wert und ein hohes osmotisches Potenzial erzeugt, führt zu einer teilweisen und vorübergehenden Sterilisation des Bodens innerhalb der Retentionszone (Tabelle 4.24). Die bakterielle Aktivität wird wahrscheinlich am stärksten von freiem NH3 beeinflusst, während Pilze durch einen hohen pH-Wert unterdrückt werden., Es ist bekannt, dass teilweise sterilisierte Zustände in der Mitte der Retentionszone mehrere Wochen andauern. Eine schnelle Erholung der Aktivität von Bakterien und Actinomyceten tritt im Allgemeinen auf. Als Folge der reduzierten mikrobiellen Aktivität wird die Nitrifikation von NH4+ zu N02 – und N03 – reduziert, bis sich die Bedingungen wieder normalisieren. Hohe Konzentrationen von NH3, NH4+ und N02-können keimende Sämlinge stark schädigen (Abb. 4.44). Konzentrationen von mehr als 1.000 ppm NH3 in der Nähe des Saatguts waren mit einer erheblichen Verringerung der Maispflanzen verbunden., Eine tiefere Injektion gleicht die schädlichen Auswirkungen hoher NH3-Raten mehr aus, als die Zeit für die Ableitung der NH3-Effekte zu verlängern. Ein näherer Abstand der NH3-Injektion würde auch die schädigende Wirkung großer Mengen NH3 verringern – Das OH -, das durch die Reaktion von wasserfreiem NH3 im Boden erzeugt wird, löst sich auf oder löslich Boden OM. Die meisten dieser Auswirkungen auf OM sind nur vorübergehend. Die Solubilisierung von OM kann vorübergehend die Verfügbarkeit von Nährstoffen im Zusammenhang mit OM erhöhen. Kontrastierende positive und schädliche Auswirkungen auf die Bodenstruktur wurden nach der Verwendung von wasserfreiem NH3 berichtet., Mehrere Langzeitstudien haben keinen Unterschied zwischen N Quellen über die physikalischen Eigenschaften des Bodens gezeigt. Es wird nicht erwartet, dass eine Beeinträchtigung der Bodenstruktur schwerwiegend oder dauerhaft ist, außer in Situationen mit Böden mit niedrigem OM-Gehalt, in denen eine Veränderung oder ein Verlust von OM wahrscheinlich schädlich wäre.