Ammonium ist eine wichtige Stickstoffquelle für Pflanzen und Mikroorganismen. Seine Verfügbarkeit im Boden bestimmt die Wirksamkeit der Stickstoffnahrung und kann erhebliche Auswirkungen auf das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen sowie auf den Ertrag haben. Ammonium hat jedoch eine hohe Mobilität im Boden und kann durch Auswaschen oder Verdunsten zu Verlusten führen.
Einer der Mechanismen, um Ammonium im Boden zu halten, wird als "nicht austauschbare Absorption" bezeichnet. Dies ist ein Prozess, bei dem sich Ammoniumionen direkt an mineralische Bodenpartikel binden und unlösliche Komplexe bilden. Somit wird Ammonium für Pflanzenwurzeln und Mikroorganismen unzugänglich, was seine Verluste reduzieren und seine Nutzungseffizienz verbessern kann.
Die nicht austauschbare Absorption von Ammonium kann durch verschiedene Faktoren wie die chemische Zusammensetzung des Bodens, den pH-Wert des Mediums, das Vorhandensein von Mineralverbindungen und die Ziele für die Bindung von Ammonium verursacht werden. Die Mechanismen dieses Prozesses sind jedoch nicht vollständig klar und erfordern zusätzliche Forschung, um sie vollständig zu verstehen.
Nicht austauschbare Absorption von Ammonium durch den Boden
Die Hauptgründe für die nicht austauschbare Absorption von Ammonium sind die chemischen und physikalisch-chemischen Eigenschaften des Bodens. Um Ammonium zu absorbieren, müssen negativ geladene Gruppen auf der Oberfläche der Bodenpartikel vorhanden sein. Die Hauptquellen dieser Gruppen sind Oxide und Hydroxide aus Eisen und Aluminium, Humus, Tonmineralien usw.
Wenn Ammonium absorbiert wird, wird es ionisiert, was zur Bildung von Ammoniumionen (NH) führt4 + ) und Hydroxid-Ionen (OH - ). Hydroxidionen interagieren mit negativ geladenen Gruppierungen auf der Oberfläche der Bodenpartikel und bilden eine irreversible Ammoniumbindung.
Der Mechanismus der nicht austauschbaren Absorption von Ammonium umfasst mehrere Stufen. Zuerst diffundieren die Ammoniumionen den Boden zur Oberfläche der Bodenteilchen, dann erfolgt eine Ammoniumsorption auf der Oberfläche der Bodenteilchen und dann eine irreversible Bindung von Ammonium an negativ geladene Gruppen. Je größer die Oberfläche der Bodenpartikel ist und je größer ihre Aktivität ist, desto größer kann die Menge an Ammonium irreversibel sein.
Die nicht austauschbare Absorption von Ammonium ist von wichtiger praktischer Bedeutung, da sie die Wirksamkeit der Verwendung von Stickstoffdüngern in der Landwirtschaft bestimmt. Das Verständnis der Ursachen und Mechanismen der nicht austauschbaren Ammoniumaufnahme hilft bei der Entwicklung wirksamer Strategien für das Stickstoffmanagement in Böden und zur Verbesserung der Effizienz bei der Verwendung von Stickstoffdüngern.
Allgemeine Informationen
Nicht austauschbare Absorption von Ammonium durch den Boden: Ursachen und Mechanismen
Die nicht austauschbare Absorption von Ammonium ist einer der wichtigsten Prozesse in der Bodenökologie. Ammoniakstickstoff (NH4 + ) ist eine der wichtigsten Formen von Stickstoff, die von Pflanzen aufgenommen werden können. Bevor sie jedoch vollständig von Pflanzen absorbiert werden, muss Ammonium mehrere Prozesse im Boden durchlaufen.
Die nicht austauschbare Absorption von Ammonium ist durch seine direkte Aufnahme durch die Pflanze aus einer Bodenlösung gekennzeichnet, ohne dass sie sich im Bodenaustauschkomplex zwischenansammelt. Dieser Prozess wird durch einige Hilfsmechanismen wie aktiven Transport, spezifische Überträger und das Plasmalemma von Rhizozyten durchgeführt.
Die Hauptfaktoren, die die nicht austauschbare Absorption von Ammonium beeinflussen, sind die Konzentration von Ammonium in der Bodenlösung, der pH-Wert des Mediums, das Vorhandensein anderer Stickstoffformen, die Temperatur, der Gehalt an organischem Material und die Mikroorganismen des Bodens. Einige Bodentypen können eine hohe Absorptionskapazität für Ammonium aufweisen, während andere Böden möglicherweise weniger in der Lage sind, Ammonium aufzunehmen.
Die Untersuchung der nicht austauschbaren Absorption von Ammonium durch den Boden ist wichtig, um den gesamten Stickstoffkreislauf in Ökosystemen zu verstehen und den Stickstoffverbrauch in der Landwirtschaft zu optimieren. Weitere Studien sollten durchgeführt werden, um die Ursachen und Mechanismen dieses Prozesses besser zu verstehen.
Ursachen der nicht austauschbaren Absorption von Ammonium
2. Vorhandensein von organischen Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht: Bestimmte organische Verbindungen, wie Humusstoffe und Aminosäuren, können zur nicht austauschbaren Absorption von Ammonium beitragen. Sie haben eine hohe Fähigkeit, Ammoniumionen zu binden und ihren Austausch mit Bodenanionen zu verhindern.
3. Hohe Salzwerte: Ein erhöhter Salzgehalt im Boden kann zu einer nicht austauschbaren Absorption von Ammonium führen. Eine Zunahme des Salzhintergrunds beeinflusst die Wechselwirkung von Ammoniumionen mit mineralischen Bodenteilchen, was ihre Adsorption und ihren Austausch verhindert.
4. Hoher pH-Wert: Der Grund für die nicht austauschbare Absorption von Ammonium kann ein hoher pH-Wert des Bodens sein. Bei einer alkalischen Reaktion des Bodens können sich Ammoniumionen an mineralische Partikel und organische Substanzen des Bodens binden und in einer inaktiven Form bleiben.
5. Inhibitoren von Mikroorganismen: Einige Antimetabolite, die künstlich dem Boden hinzugefügt werden, können die Aktivität von Mikroorganismen hemmen, die für den Ammoniumaustausch verantwortlich sind. Dies kann zu einer Ansammlung von Ammonium und dessen unveränderlicher Absorption durch den Boden führen.
6. Unzureichende Sättigung von Ionenaustauschkomplexen: Wenn die Ionenaustauschkomplexe des Bodens nicht vollständig gesättigt sind, kann die Sorption von Ammoniumionen unvollständig sein. Dadurch kann ein Teil des Ammoniums in der Bodenlösung verbleiben und einer nicht austauschbaren Absorption unterzogen werden.
Zusätzlich zu den oben genannten Gründen kann die nicht austauschbare Absorption von Ammonium auch auf andere Faktoren zurückzuführen sein, wie die Besonderheiten des Bodenprofils, die Art des Bodens und die Besonderheiten des agrochemischen Zustands des Bodens.
Mechanismen der nicht austauschbaren Absorption von Ammonium
Der erste Mechanismus ist mit der Bildung organischer Säuren mit niedrigem Molekulargewicht verbunden, wodurch komplexe Verbindungen mit Ammoniumionen gebildet werden. Solche Verbindungen werden unlöslich und werden vom Boden absorbiert, was zu einer Verringerung des verfügbaren Ammoniums für Pflanzen führt.
Der zweite Mechanismus ist mit Ionenaustauschreaktionen zwischen Ammoniumionen und anderen Ionen im Boden verbunden. Zum Beispiel können Ammoniumionen Kationen oder Schlämme bilden, die im Boden verbleiben und nicht mit anderen Ionen ausgetauscht werden können.
Der dritte Mechanismus ist mit der Bildung von Mineralverbindungen verbunden, bei denen Ammonium direkt mit Bodenmineralien in Verbindung gebracht werden kann. Zum Beispiel können Ammoniumionen Mineralien mit Montmorillonit oder Vermiculit bilden, was auch dazu führt, dass Ammonium nicht mit anderen Ionen ausgetauscht werden kann.
Alle diese Mechanismen tragen zur Ansammlung von Ammonium im Boden bei und verringern die Verfügbarkeit für Pflanzen. Das Verständnis dieser Mechanismen kann dazu beitragen, die Effizienz von Stickstoffdüngern zu verbessern und Methoden zu entwickeln, um den Verlust von verfügbarem Ammonium im Boden zu reduzieren.
