vad händer när vattenfri ammoniak injiceras i jorden?
flera fysikaliska och kemiska reaktioner sker efter vattenfri ammoniakinjektion: upplösning i vatten, reaktion med jordorganiskt material och lera och fastsättning av ammoniumjoner på markkatjonbyteskomplexet. Dessa reaktioner tenderar alla att begränsa ammoniakens rörelse, med vatten som har störst initial effekt. Den högsta koncentrationen av ammoniak är vid / nära injektionspunkten, med en avsmalnande koncentration mot den yttre kanten av retentionszonen. Vanligtvis är den största ammoniakkoncentrationen inom den första tum eller två av injektionspunkten, med den totala retentionszonen upp till 3-4 tum i radie i de flesta jordar. Den specifika storleken och formen på ammoniakretentionszonen varierar mycket beroende på appliceringshastighet, injektionsavstånd, jord och markförhållanden vid injektion (markstruktur, markstruktur, organiskt material och fuktstatus).
ammoniak rör sig längre vid injektion i grovstrukturerade jordar och jordar med låg fuktighet. Om injektionssystemet orsakar utstrykning av sidoväggar (uppstår när marken är våt), kan ammoniak företrädesvis flytta tillbaka injektionsspåret. Rörelse mot markytan kan inträffa under en tid efter applicering om jorden torkar och injektionsspåret ”öppnas” när jorden torkar (även mindre markfuktighet för att behålla fri ammoniak i lösning med torkjord). En liknande rörelse inom jorden kan uppstå om jorden bryts i klumpar vid applicering och det finns stora luftrum kvar i jorden. Dessa förhållanden kan resultera i större ammoniakkoncentration mot markytan och större potential för förlust av atmosfären vid eller efter applicering.
när ammoniak injiceras i jorden är den initiala reaktionen vid frisättningspunkten våldsam. Ammoniaken reagerar och binder med jordbeståndsdelar som organiskt material och leror. Det reagerar med vatten för att bilda ammonium (NH4+). Dessa reaktioner hjälper till att behålla ammoniak vid injektionspunkten. Med den höga affiniteten för vatten är markfuktighet viktig för att begränsa ammoniakens rörelse, men vatten bestämmer inte slutligen kvarhållandet i jorden. Efter omvandling till ammonium, som är en positivt laddad jon, hålls den på markutbyteskomplexet och rör sig inte med vatten. Först efter omvandling till nitrat (NO3–), via nitrifikationsprocessen, kan det gå förlorat från jord genom utlakning eller denitrifikation.
kemisk och biologisk reaktion av vattenfri ammoniak i jord
(1) NH3 + H2O = NH4+ + OH–
reaktionen av ammoniak med vatten (1) orsakar ett initialt alkaliskt pH i ammoniakretentionszonen (pH kan tillfälligt stiga över nio vid punkten med högsta koncentration). Det är fri ammoniak (NH3) och inte ammonium som kan gå förlorad från jord vid applicering och skadar mikroorganismer och växtrötter/plantor. Eftersom pH går över 7,3 resulterar jämvikten mellan ammonium och ammoniak i ökad ammoniak (procentandelen som ammoniak skulle vara 1% vid pH 7,3, 10% vid pH 8.3, och 50% vid pH 9,3).
(2) 2nh4 + + 3O2 = 2NO2–+2H2O + 4h +
(3) 2NO2– + O2 = 2 NO3–
dessa två reaktioner (2 och 3) är stegen i den biologiska nitrifikationsprocessen som sker med ammonium i jord och resulterar slutligen i en sänkning av jordens pH tillbaka till det ursprungliga pH-värdet eller lägre. Nitrifikation sker först vid ytterkanterna av ett ammoniakretentionsband och fortskrider inåt när de initiala effekterna av ammoniakinjektion minskar och markförhållandena blir mer gynnsamma för mikrobiell aktivitet.
kan vattenfri ammoniak appliceras på torra jordar?
torr jord kan hålla ammoniak. Även lufttorkad jord innehåller lite fukt, även om fuktinnehållet är ganska lågt. Ammoniak löses lätt i vatten, men det hålls eller behålls i jord av lera och organiskt material. Problemet med torr jord och låg fuktighet är att markfuktighet behövs för att tillfälligt hålla (”gå i lösning”) ammoniaken så att den kan fästas på lera eller organiskt material som ammonium. Om torra jordar är klumpiga och inte förseglas ordentligt vid applicering, kan fri ammoniak gå förlorad vid injektion eller sippra genom de stora porerna mellan kloddarna efter applicering. Därför är korrekt injektionsdjup och god marktäckning ett måste för applicering i torra jordar. Genom att minska appliceringshastigheten eller minska injektionsavståndet minskar koncentrationen av ammoniak i varje injektionsband. Stängningsskivor kan minska ammoniakförlusten genom att täcka injektionsspåret med jord som fångar ammoniaken när den rör sig till markytan.