Stikstofbevattende kunsmis: Is daar verskille in verliese?

Gepubliseer: 2 Julie 2024

73
Prof Chris du Preez, Departement Grond-, Gewas- en Klimaat-wetenskappe,
Universiteit van die Vrystaat, Bloemfontein

Prof Gert Ceronio, Departement Grond-, Gewas- en Klimaat-wetenskappe,
Universiteit van die Vrystaat, Bloemfontein

Waarom bly die besluit oor watter stikstofbron om te gebruik steeds ’n probleem? Die antwoord lê heel waarskynlik in die wisselende weerpatrone, uiterste klimaatstoestande en heterogene gronde sowel as grondeienskappe (biologies, chemies en fisies) van die gewasproduserende streke in Suid-Afrika.

Voeg hierby die verskillende stikstofbronne/misstowwe en potensiële chemiese reaksies wat kan plaasvind en die permutasie van uitkomste raak oorweldigend. Juis dié verskeidenheid lei tot verskille in opinies en aanbevelings.

Om die onderskeie stikstofbevattende misstowwe in perspektief te beskou, is dit nodig om te let op die chemiese reaksies wat hulle in die grond ondergaan. Dit is hierdie reaksies wat verantwoordelik is vir die moontlike nadelige uitwerking en/of verliese daarvan. Die soort chemiese reaksies sal afhang van die grond se chemiese, fisiese en biologiese toestand, klimaatsfaktore en die soort chemiese verbin­ding waarin die stikstof in die kunsmis voorkom.

Stikstofbevattende misstowwe
Slegs stikstofbevattende misstowwe wat algemeen in Suid-Afrika bemark word, word hier bespreek (Tabel 1). Hierdie stikstofmisstowwe kan breedweg in die volgende groepe verdeel word op grond van die vorm waarin die stikstof daarin voorkom:

  • Dié wat stikstof slegs in die nitraatvorm bevat, soos kaliumnitraat.
  • Dié wat stikstof slegs in die ammoniumvorm bevat, soos ammoniumsulfaat, mono-ammoniumfosfaat en diammoniumfosfaat.
  • Dié wat stikstof in beide die ammonium- en nitraatvorm bevat, soos kalksteenammoniumnitraat en ammoniumsulfaatnitraat.
  • Dié wat as ’n eerste stap van chemiese verandering stikstof in die ammoniumvorm vrystel, soos watervrye ammoniak en ureum.
  • Dié wat stikstof in beide die ammonium- en nitraatvorm bevat asook stikstof in die ammoniumvorm vrystel as ’n eerste stap van chemiese verandering, soos ureumammoniumnitraat.

Al hierdie misstowwe stel stikstof in die grond vry na toediening – óf in die ammonium- óf in die nitraatvorm. Dit is slegs watervrye ammoniak en ureum wat chemiese omsetting moet ondergaan, omdat al die ander misstowwe ammonium en/of nitraat vrystel sodra dit kan oplos. Die chemiese omsettings wat watervrye ammoniak en ureum ondergaan om ammonium vry te stel, word in die volgende vergelykings aangetoon:

Met dié inligting as agtergrond, kan die chemiese veranderinge wat ammonium en/of nitraat in grond ondergaan, bespreek word met betrekking tot moontlike verliese.

Stikstofverliese uit gronde
Uit ’n ekonomiese sowel as ’n omgewingsbewuste oogpunt beskou, is die verliese van toegediende stikstof wat gepaard gaan met die chemiese omsetting daarvan, uiteraard van belang vir die verbruiker van stikstofmisstowwe. Dit sluit aspekte soos vervlugtiging en loging in.

Vervlugtiging
Verliese van stikstof deur vervlugtiging kan die gevolg van twee uiteenlopende pro­sesse wees:

Proses 1 – vervlugtiging weens ammoniakvorming: Alle ammoniumbevattende en/of -vormende misstowwe (Tabel 1) wat in alkaliese gronde toegedien word, is tot ’n mindere of meerdere mate aan hierdie tipe verlies onderhewig. Hierdie stelling kan aan die hand van vergelykings 3 tot 6 verduidelik word.

In kalkvrye alkaliese grond kan die volgende chemiese reaksies plaasvind:

In kalkryke alkaliese grond kan die volgende chemiese reaksies plaasvind:

Beide ammoniumhidroksied en ammoniumkarbonaat wat onderskeidelik in kalkvrye alkaliese en kalkryke alkaliese gronde gevorm word, is onstabiele verbindings wat vlugtige ammoniakgas vrystel. Dit is belangrik om daarop te let dat ammoniumhidroksied en ammoniumkarbonaat ook die reaksieprodukte is wanneer watervrye ammoniak en ureum onderskeidelik aan gronde toegedien word (vergelykings 1 en 2). Op grond hiervan asook die vorm waarin die stikstof in die misstowwe voorkom, kan hulle soos volg gerangskik word rakende onderhewigheid aan ammoniakvervlugtiging, indien die toestande daarvoor gunstig is: watervrye ammoniak > ureum > diammoniumfosfaat > ureumammoniumnitraat > ammoniumsulfaat > ammoniumsulfaatnitraat > monoammoniumfosfaat > kalksteenammoniumnitraat > kaliumnitraat.

Enige faktor wat ’n hoë konsentrasie van ammoniak naby of op die grondoppervlak teweegbring, kan verantwoordelik wees vir die vervlugtiging van ammoniak in die atmosfeer. Hoewel ’n verskeidenheid van grondfaktore ammoniakvervlugtiging beïnvloed, is dit veral ’n grond met ’n alkaliese reaksie wat ook nog vry kalsiumkarbonaat bevat, wat die proses kan laat plaasvind (vergelykings 3 tot 6).

In die praktiese boerderysituasie is die grondfaktore wat ammo­niakvervlugtiging bevorder, gewoonlik onveranderbaar. Daarom moet voorkomingsmaatreëls waar ammoniakvervlugtiging ’n moontlikheid is, bestaan uit die keuse van ’n stikstofbevattende kunsmis en die peil en metode van stikstoftoediening. Deur die geskikte stikstofbevattende kunsmis in die grond in te werk, kan ammoniakverliese grootliks voorkom word. Normaalweg behoort ’n grondbedekking van 50 mm voldoende te wees om verliese te voorkom, behalwe in die geval van watervrye ammoniak waar dit ongeveer 120 mm tot 200 mm moet wees. Onder toestande waar stikstofbevattende misstowwe ’n geruime tyd voor bewerking of onder geenbewerkingtoestande toegedien word, is dié aksies nie moontlik nie en word die toediening van misstowwe wat met urease-inhibeerders behandel is aanbeveel om verliese te verlaag.

Proses 2 – vervlugtiging weens denitrifikasie: Tydens denitrifikasie word nitraat omgesit na twee gasse, naamlik stikstofgas en distikstof­oksied, ook bekend as laggas (vergelyking 7). Hierdie twee gasse is vlugtig en kan dus vanuit die grond in die atmosfeer verlore gaan.

Hierdie chemiese omsetting vind slegs in ’n aangrensende anaerobiese (suurstofarme) omgewing plaas. Vervlugtiging van hierdie stikstofgasse weens denitrifikasie word hoofsaaklik in versuiptoestande, waar ’n tekort aan suurstof voorkom, aangetref.

Dit is slegs stikstof wat in die nitraatvorm voorkom wat op hierdie wyse kan vervlugtig. Daar moet verder onthou word dat stikstof in die ammoniumvorm na die nitraatvorm in grond omgesit word wat dan ook aan denitrifikasie onderhewig is. Gevolglik kan alle stikstofbevattende misstowwe op hierdie wyse verlore gaan mits die toestande daarvoor gunstig is.

Loging
Stikstof word óf in die ammoniumvorm óf in die nitraatvorm in die grond vrygestel ná toediening van stikstofbevattende misstowwe. Die ammoniumione het ’n positiewe lading en word op die kleideeltjies in die grond (wat oorwegend ’n negatiewe lading het) geadsorbeer om sodoende teen loging beskerm te word (vergelyking 8).

Daarenteen het die nitraatione ’n negatiewe lading en word dit dus nie op die kleideeltjies in die grond geadsorbeer om sodoende teen loging beskerm te word nie. Misstowwe wat stikstof in die nitraatvorm bevat, is dus meer onderhewig aan loging as misstowwe wat stikstof in die ammoniumvorm bevat.

Daar moet egter onthou word dat ammoniumstikstof na nitraat­stikstof in die grond omgesit kan word (vergelykings 9 en 10).

Alle vorms van stikstofbevattende kunsmis het dus die potensiaal vir nitraatloging. Dit moet egter baie duidelik gestel word dat nitraatlo­ging slegs tot verliese lei wanneer die nitraat tot buite die bereik van die plantwortels loog. Daar word gewoonlik aanvaar dat stikstof slegs in die nitraatvorm aan loging onderhewig is. In baie sanderige gronde waar daar nie genoeg kleideeltjies is om die ammonium te adsorbeer nie, sal selfs die ammoniumstikstof ook aan loging onderhewig wees.

Dit is verder belangrik om daarop te wys dat ureum as sodanig ook aan loging onderhewig is voordat dit gehidroliseer word. Dit is wanneer die reaksie wat in vergelyking 2 gegee word te stadig ge­skied vanweë onvoldoende urease-aktiwiteit. Dit sou verkeerd wees om afleidings te maak ten opsigte van die loogbaarheid van ’n spesifieke stikstofkunsmis voordat al die faktore wat dit beïnvloed, oorweeg word. Dié faktore sluit onder meer die volgende in:

  • Die vorm waarin die stikstof in ’n betrokke stikstofbevattende misstof voorkom, naamlik ureum, ammonium of nitraat.
  • Die tempo waarteen die hidroliseproses in die grond plaasvind in die geval van ureumbevattende misstowwe.
  • Die tempo waarteen die nitrifikasieproses in die grond plaasvind in die geval van ammoniumbevattende en/of -vormende mis­stowwe.
  • Die klei-inhoud van die grond waaraan ’n betrokke stikstofkuns­mis toegedien moet word.
  • Die bewortelingsdiepte van die gewas wat verbou word.
  • Die hoeveelheid water wat aan ’n grond toegevoeg word deur reën of besproeiing.

In die algemeen word loging nie as ’n groot bron van stikstofverlies gesien nie, veral nie onder droëlandtoestande nie. Die toegediende stikstof word meestal deur die plant benut voordat dit buite bereik van die wortels beweeg.

Met voorafgaande in gedagte is dit duidelik dat vervlugtiging ’n veel groter risiko vir stikstofverliese inhou as loging. Hierdie risiko is veral van toepassing waar stikstof voor plant toegedien word. Dit lei weer tot die vraag: Watter van die algemeen beskikbare stikstofbronne wat op die grondoppervlak toegedien word, is die doeltreffendste en tot watter mate kan verliese as gevolg van vervlugtiging voorkom? Om die vraag te beantwoord word die resultate van ’n inkubasieproef waar ammoniumsulfaat (AS), kalksteenammonium­nitraat (KAN) en ureum aan verskillende gronde, grondvog en gesimuleerde klimaatstoestande blootgestel is, kortliks weergegee.

Drie gronde, ’n Bainsvlei-grond met 2%-kalsiumkarbonaat (kalk) en ’n pH van 7,28 (Bainsvlei I); ’n Bainsvlei-grond sonder kalk en ’n pH van 6,15 (Bainsvlei II); en ’n Gelykvlaktegrond met ’n pH van 7,35 (Arcadia III) is gebruik. Drie stikstofkunsmisbronne – ammoniumsulfaat (AS) teen 476 kg/ha, kalksteenammoniumnitraat (KAN) teen 357 kg/ha en ureum teen 217 kg/ha – ekwivalent aan 100 kg N/ha, is toegedien. Die volgende behandelings is toegepas (sien Figuur 1):

  • Die grond is vooraf tot by veldwaterkapasiteit benat en die 100 kg N is op die grondoppervlak gestrooi en vir agt uur by kamertemperatuur geplaas (Figuur 1a).
  • Dieselfde as die vorige behandeling, maar in dié geval is die houers in die son geplaas vir agt uur (Figuur 1b).
  • Die kunsmis is op die droë grond gestrooi en daarna tot veld­waterkapasiteit benat en vir vyf dae daar gehou. Water wat verdamp het, is aangevul (Figuur 1c).
  • Die grond is tot net bo veldwaterkapasiteit benat waarna die kuns­mis uitgestrooi is en vir vyf dae gelaat is. Daarna is die grond by kamertemperatuur gedroog (Figuur 1d).
  • Die kunsmis is op die grond uitgestrooi en een keer met ’n fyn sproei benat (om dou voor te stel) en vir vyf uur in die son geplaas om te droog (Figuur 1e).
  • Die kunsmis is op die grond gestrooi en twee keer met ’n fyn sproei benat en vir vyf uur in die son geplaas om te droog oor twee dae (Figuur 1f).
  • Die kunsmis is op die grond gestrooi en drie keer met ’n fyn sproei benat en vir vyf uur in die son geplaas om te droog oor drie dae (Figuur 1g).
  • Die kunsmis is op nat grond uitgestrooi en 130 mm diep vermeng (om ’n skottelegbewerking voor te stel) waarna dit vir vyf dae by kamertemperatuur gelaat is (Figuur 1h).
Figuur 1: Stikstofverliese vanaf drie stikstofkunsmisbronne wat aan drie gronde toegedien is, uitgedruk as ’n persentasie van die hoeveelheid toegediende stikstof (N).

Ammoniumsulfaat en ureum se verliese was uiters hoog, naamlik 56% en 62% onderskeidelik onder nat toestande met ’n uitdroogperiode van vyf dae by kamertemperatuur (Figuur 1d). Ammoniakvervlugti­ging is die hoogste (selfs twee tot drie maal) by die alkaliese Bainsvlei I-grond (pH=7,28) en Arcadia-grond (pH=7,35) in vergelyking met die effens suur Bainsvlei II-grond (pH=6,15) (Figuur 1a-h). Ammoniumsulfaat wat op ’n droë alkaliese sandgrond uitgestrooi is en nie ingewerk is nie, vervlugtig tot soveel as een derde in drie dae (Figuur 1g). Ureum, onder dieselfde omstandighede, vervlugtig tot soveel as ’n kwart van wat toegedien is (Figuur 1g). KAN daarenteen blyk die mees effektiewe misstof te wees met net minder as 10%-verliese in vergelyking met die ander twee misstowwe (Figuur 1f en g). Waar kunsmis met die grond vermeng is, was verliese die hoogste vir die alkaliese gronde, maar die van die swaarder Arcadia-grond was twee keer dié van die Bainsvlei I-grond (Figuur 1h).

Uit die voorafgaande is dit duidelik dat ammoniakvervlugtiging ’n funksie is van grond-pH, klei-inhoud/KAV (katioonadsorpsievermoë), oppervlakgrondwaterinhoud en instandhouding daarvan voor en tydens die inwerk van die kunsmis, die soort kunsmis sowel as die metode van inwerking. Alhoewel die inkubasieproef onder beheerde toestande uitgevoer is, kan die resultate van die praktykgesimuleerde behandelings help met die keuse van die verskillende vorms van stik­stofkunsmis vir verskillende gronde en toedieningspraktyke.

Samevatting
In kort, indien AS en ureum op klam sanderige gronde met ’n neutrale tot alkaliese pH uitgestrooi en toegelaat word om uit te droog voordat dit ingewerk word, kan stikstofverliese van tot 50% voorkom. Ureum behoort slegs op suurgronde toegedien te word. Dit moet ver­kieslik ook nie op suurgronde met minder as 15%-klei op die oppervlak vir langer as ’n dag gelaat of in ’n gekonsentreerde band vlakker as 150 mm toegedien word nie.