Was passiert, wenn wasserfreies Ammoniak in den Boden injiziert wird?
Nach der Injektion von wasserfreiem Ammoniak finden mehrere physikalische und chemische Reaktionen statt: Auflösung in Wasser, Reaktion mit organischer Substanz und Ton im Boden und Anlagerung von Ammoniumionen an den Kationenaustauschkomplex im Boden. Diese Reaktionen neigen alle dazu, die Bewegung von Ammoniak zu begrenzen, wobei Wasser die größte anfängliche Wirkung hat. Die höchste Ammoniakkonzentration liegt an/nahe der Injektionsstelle, wobei sich die Konzentration zum äußeren Rand der Retentionszone hin verjüngt. Normalerweise liegt die größte Ammoniakkonzentration innerhalb der ersten oder zwei Zoll des Injektionspunkts, wobei die gesamte Retentionszone in den meisten Böden einen Radius von bis zu 3 bis 4 Zoll hat. Die spezifische Größe und Form der Ammoniakrückhaltezone variieren stark in Abhängigkeit von der Aufwandmenge, dem Injektionsabstand, dem Boden und den Bodenbedingungen bei der Injektion (Bodentextur, Bodenstruktur, organisches Material und Feuchtigkeitsstatus).
Ammoniak bewegt sich bei der Injektion in grobstrukturierten Böden und Böden mit geringer Feuchtigkeit weiter. Wenn das Einspritzsystem ein Verschmieren der Seitenwände verursacht (tritt auf, wenn Böden nass sind), kann sich Ammoniak vorzugsweise wieder in den Einspritzschlitz bewegen. Bewegung in Richtung der Bodenoberfläche kann für einige Zeit nach der Anwendung auftreten, wenn der Boden trocknet und die Injektionsspur „öffnet“, wenn der Boden trocknet (auch weniger Bodenfeuchtigkeit, um freies Ammoniak in Lösung mit trocknenden Böden zu halten). Eine ähnliche Bewegung innerhalb des Bodens kann auftreten, wenn der Boden bei der Anwendung in Klumpen zerbricht und große Lufthohlräume im Boden verbleiben. Diese Bedingungen können zu einer höheren Ammoniakkonzentration in Richtung der Bodenoberfläche und zu einem größeren Verlustpotenzial für die Atmosphäre bei oder nach der Anwendung führen.
Wenn Ammoniak in den Boden injiziert wird, ist die anfängliche Reaktion am Freisetzungspunkt heftig. Das Ammoniak reagiert und bindet mit Bodenbestandteilen wie organischen Stoffen und Tonen. Es reagiert mit Wasser unter Bildung von Ammonium (NH4+). Diese Reaktionen helfen, Ammoniak am Injektionspunkt zurückzuhalten. Aufgrund der hohen Affinität zu Wasser ist die Bodenfeuchtigkeit wichtig, um die Bewegung von Ammoniak zu begrenzen, aber Wasser bestimmt letztendlich nicht die Retention im Boden. Nach der Umwandlung in Ammonium, das ein positiv geladenes Ion ist, wird es am Bodenaustauschkomplex gehalten und bewegt sich nicht mit Wasser. Erst nach Umwandlung in Nitrat (NO3–) über den Nitrifikationsprozess kann es durch Auslaugung oder Denitrifikation aus dem Boden verloren gehen.
Chemische und biologische Reaktion von wasserfreiem Ammoniak im Boden
(1) NH3 + H2O = NH4+ + OH–
Die Reaktion von Ammoniak mit Wasser (1) bewirkt einen anfänglichen alkalischen pH-Wert in der Ammoniakretentionszone (pH-Wert kann am Punkt der höchsten Konzentration vorübergehend über neun steigen). Es ist freies Ammoniak (NH3) und kein Ammonium, das bei der Anwendung aus dem Boden verloren gehen kann und Mikroorganismen und Pflanzenwurzeln / Sämlinge schädigt. Wenn der pH-Wert über 7,3 steigt, führt das Gleichgewicht zwischen Ammonium und Ammoniak zu erhöhtem Ammoniak (der Prozentsatz als Ammoniak wäre 1% bei pH 7,3, 10% bei pH 8).3 und 50% bei pH 9,3).
(2) 2NH4+ + 3O2 = 2NO2– + 2H2O + 4H+
(3) 2NO2– + O2 = 2 NO3–
Diese beiden Reaktionen (2 und 3) sind die Schritte im biologischen Nitrifikationsprozess, der mit Ammonium im Boden stattfindet und letztendlich zu einer Senkung des pH-Wertes des Bodens auf den ursprünglichen pH-Wert oder darunter führt. Die Nitrifikation erfolgt zuerst an den Außenkanten eines Ammoniakretentionsbandes und schreitet nach innen fort, wenn die anfänglichen Auswirkungen der Ammoniakinjektion abnehmen und die Bodenbedingungen der mikrobiellen Aktivität förderlicher werden.
Kann wasserfreies Ammoniak auf trockenen Böden ausgebracht werden?
Trockener Boden kann Ammoniak enthalten. Sogar luftgetrockneter Boden enthält etwas Feuchtigkeit, obwohl der Feuchtigkeitsgehalt ziemlich niedrig ist. Ammoniak löst sich leicht in Wasser, wird aber durch Ton und organische Stoffe im Boden gehalten oder zurückgehalten. Das Problem mit trockenem Boden und geringer Feuchtigkeit ist, dass Bodenfeuchtigkeit benötigt wird, um das Ammoniak vorübergehend zu halten („in Lösung zu gehen“), so dass es als Ammonium an Ton oder organisches Material gebunden werden kann. Wenn trockene Böden klumpig sind und bei der Anwendung nicht richtig abdichten, kann freies Ammoniak bei der Injektion verloren gehen oder nach der Anwendung durch die großen Poren zwischen den Klumpen sickern. Daher sind die richtige Injektionstiefe und eine gute Bodenbedeckung ein Muss für die Anwendung in trockenen Böden. Auch eine Verringerung der Aufwandmenge oder eine Verengung des Injektionsabstands verringert die Konzentration von Ammoniak in jedem Injektionsband. Schließscheiben können den Ammoniakverlust reduzieren, indem sie die Injektionsspur mit Erde bedecken, die das Ammoniak auf dem Weg zur Bodenoberfläche einfängt.