<<
>>

Изменениям окружающей среде пои нарушении нормального азотного цикла в результате деятельности человека

  Эугрофикация водоемов. Эугрофикация - процесс при котором проио- ходиг увеличение роста микроорганизмов и растений в водоемах. Эутрофика- ция вызывается в результате увеличения прихода питательных веществ в воду.
Однако без питательных веществ источник воды 'умирает*, водные растения и планктон не могут расти, а рыба в свою очередь не находит корма.

Без эугрофикации в прошлые века водные и болотные растения, плактон и бентос не могли бы расти и это не привело бы к накоплению газа, нефти, угля, которыми мы сейчас пользуемся. В некоторых случаях прибегают к искусственной эугрофикации водоемов в целях рыборазведения.

В настоящее время во многих промышленно развитых странах эугрофикация приобретает все более нежелательные последствия. Усиливается 'цветение' воды, в стоячих водоемах вода протухает, начинает издавать неприятный запах и становится практически не пригодный для питья. Такая вода трудно подвергается очистке.

Причины, вызывающие эугрофикацию, известны лишь в общих чертах.

Роль азота, в частности нитратов, в этом процессе остается до сих пор дискуссионной. C.W. Cooke (197 1)считает, что 'цветнив* воды не связано с концентрацией нитратного азота в воде. Скорее, наличие фосфора и других элементов питания (в том числе растворимых углеродистых соединений) вызывает усиленный рост диатомовых водорослей. Сине-зеленые водоросли могут сами фиксировать молекулярный азот при наличии в воде других питательных веществ.

Наиболее нежелательным последствием присутствия нитратов в воде является попадание их в питьевую воду. Дети не могут переносить больших концентраций нитратов (свыше 40 мг/л). В Европе и США известны случаи заболевания детей меггемоглобинемией (синюшносгь) от присутствия больших концентраций нитратов в воде. Некоторые медики считают, что и для взроо* лых людей также вреден избыток нитратов в питьевой воде.

Во многих странах Европы и США считают, что предельно допустимая концентрация азота нитратов в питьевой воде не дгэлжна превышать 10 мг/л.

Применение азотных уд об р ен и й. Типичными азотными удобрениями промышленного произврдства являются: мочевина, аммиак, аммиачные и нитратные соли. Ограниченное распространение имеют прогеиносодержащие удобрения, такие как: отходы шерсти, мяса и костей, сушеная кровь. На животноводческих фермах накапливается в значительных количествах навоз.

В нормальных хозяйственных условиях, когда удобрения вносятся в хорошо дренируемую и прогретую почву, все растворимые азотистые соединения обычно быстро окисляются до нитратов, которые не сорбируются гумусовым горизонтом почвы. Таким образом, создаются условия для вымывания нитратов в нижележащие горизонты почвы.

Некоторые азотные удобрения могут теряться сразу после их внесения за счет улетучивания аммиака с поверхности почвы. Это может быть в том случае, когда вносится мочевина на поверхность почвы с. pH выше 6—7.

Нитраты- из почвы могут быть удалены несколькими путями: усвоение растениями и почвенными микроорганизмами, вымывание из почвы, потери вследствие денитрификации в виде закиси и молекулярного азота.

Имеются определенные методические трудности в изучении судеб внесенных азотных удобрений в полевых условиях. Более надежные данные можно получить с использованием изотопной метки. Но в полевых условиях, чтобы проследить миграцию нитратов удобрений в ландшафте необходимо вносить большие количества меченных азотных удобрений, что при существующей высокой стоимости не всегда оказывается возможным. Без метки же трудно установить - появляются ли нитраты в грунтовых водах вследствие внесения удобрений и фильтрации сточных вод или вследствие естественных процессов, протекающих в почве, усиленной фиксации атмосферного азота бобовыми при интенсивном выращивании, или от притока азотосодержащих индустриальных аэрозолей и газов.

Однако на основании регулярных наблюдений за содержанием нитратов в речных и грунтовых водах о течение 10-20 лег в районах, где заметно увеличивалось применение азотных удобрений, можно заключить о влиянии азотных удобрений на повышение уровня нитратов в грунтовых водах (Ryers, Brans on gt;              197 3; Russel, 1972).

Так, исследования в Англии на 18 реках,

показали, что коэффициент корреляции между повышением содержания нитратов в реках и уровнем применения азотных удобрений на водосборной территории рек был положительным и выше 0,7 только для 4-х рек. Для одной, из исследуемых рек был получен отрицательный коэффициент корреляции - 0,9, т.е. увеличение применения азотных удобрений привело к снижению уровня нитратов в реке (Russel, 1972). Действительно, влияние применения азотных удобрений может приводить и к увеличению содержания нитратов в грунтовых водах, и, наоборот, даже к снижению (Miller, 1970)*- Эго зависит от способов применения удобрений, свойств почв (химических и физических), уровня залегания грунтовых вод, количества осадков и режима орошения.

Высокие дозы азотных удобрений, внесенные в один прием и заблаговременно, действительно могут привести к значительным потерям за счет вымывания нитратов (Olsen, 1970 Nightingale, 1972). На легких хорошо дренируемых почвах угроза вымывания еще больше возрастет. Но также извес^ но, что умелое распределение нормы азотного удобрения на ряд подкормок во время вегетации обеспечивает не только экономное расходование дорогостоящего вида удобрения, но и способствует предотвращению загрязнения нитратами грунтовых вод, а в конечном счете рек, озер и прудов t(Alberda, 1972).

Объяснением того факта, что азотные удобрения вообще способствуют уменьшению вымывания растворимых азотистых соединений из почвы могут служить такие факты. Азотные удобрения при условии достаточного количества других питательных веществ в большинстве случаев способствуют интенсивному вегетативному росту растений. Это в свою .очередь усиливает развитие корневой системы, которая может проникать на гораздо большую глубину и захватывать азотную пищу (нитраты) из большого объема почвы. Значительно увеличивается листовой аппарат и в связи с этим возрастает гранейирационный коэффициент, повышается расход воды растениями, понижается влажность почвы. Все эго вместе уменьшает возможность промывания нитратов в нижние горизонты почвенного профиля и оттуда в грунтовые воды.

На пастбищах сильно развитая дернина замедляет поверхностный сток, а с ним и вымывание азотистых соединений.^ г

Исследования с тяжелым изотопом азота luN в лизиметрах показали, что за пределы корнеобигаемого слоя промывается незначительное количество нитратов удобрений. Например в СССР для зоны достаточного увлажнения (дерново-подзолистые и серые лесные почвы суглинистого механического состава) вымывание нитратного азота удобрений за пределы метрового почвенного профиля составляет от 0,1% (Замятина и др., 1973) до 1% (Боб- рицкая и др., 1972) от внесенного количества. Для супесчаных и песчаных почв в подобных условиях отмечаются гораздо большие потери азота, до 25 кг/га (Захарченко, 1974).Westerman a.Kurtz /1972/ показали, что при выращивании гибрида сорго-суданка с применением меченных мочевины и оксамида в дозах до 168 кг N на га с учетом последействия удобрений в течение 2-х лег вообще не было обнаружено потерь азота удобрений.

Некоторыми исследователями отмечаются сезонные колебания концентрации нитратов в стоках рек. Например, для некоторых рек в Англии (Rassel,

1972) было отмечено, что конценирация нитратов в воде зимой была выше, чем летом, хотя зимой сток наблюдается значительно выше (следовательно и разбавление), чем летом. Азотные же удобрения, как правило, вносят весной, перед посевом. Причиной подобных являний может служить го, что в летний период времени, когда интенсивно идут процессы нитрификации, происходит и усиленный рост полевых культур, которые поглощают значительное количество азота из удобрений и почвы. Осенью и ранней зимой растения не вегетируют, а в почве продолжают сохраняться условия, еще благоприятные для протекания процессов нитрификации. Зимние потери нитратов могут быть меньше, если проводить пожнивные посевы культур.

Не надо забывать, что азотные удобрения, кроме поглощения растениями и вымывания, подвергаются еще и улетучиванию вследствие денитрификации. Хотя еще очень мало известно о денитрификации в нормально окуль- гуренных почвах, но опыты в лизиметрах с применением изотопных методов показывают, что неучтенные потери азота удобрений достигают до 1/3 от внесенного количества.

Таким образом вполне допустимо, что азот удобрений в определенных условиях может быть легко вымываемым из почвы. Но до сих пор еще нет надежных доказательств, показывающих что именно прямое действие азотных удобрений увеличивает концентрацию нитратов в реках и грунтовых водах.

Сточные воды. Основным и преобладающим источником усиливающегося загрязнения азотистыми соединениями грунтовых вод, рек и озер являются, как считают отходы животноводства и промышленности, канализационные городские воды и в гораздо меньшей степени применяемые азотные удобре— ния(МШег, 1970).

Сточные воды с бетонных поверхностей скотских помещений могут содержать до 300 мг N-NH3 на 1 л (Owens, 1973). Если такие воды попадают в водоемы, го реки и пруды могут загрязняться аммиаком. Деионизированный аммиак в воде является очень токсичным даже в малых концентрациях. Рыба уже не может переносить концентрацию аммиака более 0,025 мг/л Содержание неонизированного аммиака в водах зависит от pH и температуры воды. Например, такая концентрация (0,025 мг/л) не ионизированного аммиака может появиться в воде при температуре 5 С и pH = 7,0, если общее содержание аммония увеличится до 19,6 мг/л; при повышении температуры до 20°С и pH до 8,5 упомянутое количество неионизированного аммиака появляется уже при обшем содержании аммония всего лишь 0,2 мг/л (Owens, 1973).

Следует также упомянуть, что сублегальная концентрация аммиака усиливается другими ядами (остатками пестицидов), присутствующими в воде. Аммонийный азот при любой концентрации мешает хлорированию воды, но становится особенно грудной помехой если концентрация его превышает 1 мг/л.

Аммонийный азот в реках и открытых водоемах окисляется до нитратов, на что расходуется большее количество кислорода, а эго в свою очередь, приводит к обеднению воды растворенным кислородом, гибели рыбы и протуханию воды.

Большие количества азота -несут сточные воды из городов, которые попадают на поля фильтрации, а оттуда в грунтовые воды.

По данным М. Jaog (1972) экскрементами человека выделяется в день до 13 г азота и 1,4 г фосфора из которых 88% N и 58% Р находится в расворимой форме. Применение детергентов также дает заметный вклад азота и, особенно фосфора, в сточные воды. В бытовые сточные воды также попадает большое количество азотистых соединений в результате поверхностных стоков с улиц, площадей, асфальтированных дорог. Согласно данным американских исследователей, с поверхностным стоком в городах выносится азота в 4 раза больше, чем с естественных ландшафтов (Jaag, 1972).

Выбросы в атмосферу. Промышленными предприятиями и транспортом в воздух выбрасываются громадные количества связанного азота в виде окислов (наибольшая часть) и аммиака. Зги соединения хорошо растворимы в воде и могут попадать на поверхность почвы с осадками и в виде аэрозолей сульфата аммония.

В атмосферу поступает связанный азот также и за счет естественных процессов. В наибольшем количестве в атмосфере присутствует закись азота (N2O) Главным источником ее являются процессы денитрификации, протекающие в почве. За счет бактериального разложения органического вещества в атмосферу поступает также большое количество аммиака и высших окислов азота (N0 и NO2).

В таблице 4 приведены приблизительные количества поступления в атмосферу азотистых соединений.

Выделяемые количества газообразных продуктов азота велики, но поскольку в воздухе атмосферы присутствует постоянные концентрации этих соединений, го можно говорить о динамическом равновесии между поступлением и уходом из атмосферы азотных продуктов.

Таблица 4

Поступление в атмосферу земли газообразных продуктов азота (по Попову В.А. 1973)

Источники поступления

Соединения

Количество в год, млн. г.

Поступления из почвы биоло

^ NH3

1160

гическим путем

n2o

1000 000

N0

501

Промышленные выбросы связанного азота, хотя и малы по сравнению с общими поступлениями в атмосферу, но имеют большое значение в нарушении нормального азотного цикла. Это связано прежде всего с гем, что промышленные выбросы, попадают на ограниченную поверхность почвы и воды, Как видно из табл. 3 выбросы связанного азота в атмосферу промышленными предприятиями составляет половину от количества производимых исскусгвенных азотных удобрений. Если применение азота удобрений тщательно контролируется, го поступление связанного азота из атмосферы не подвергается регулированию.

» * я

Благодаря росту народонаселения, а отсюда и росту производства продуктов питания человек все сильнее вмешивается в круговорот азота на Земле. Если до недавнего времени производство связанного азота возможно уравновешивалось естественными процессами денитрификации, го в настоящее время и еще более вероятно в будущем, благодаря интенсивному росту производства азотных удобрений, расширению посевов азотфиксируюших бобовых культур, выбросов в атмосферу за счет сжигания топлива приход связанного азота в биосферу значительно превысит его высвобождение в молекулярной форме. Хотя еще обсуждается вопрос о роли тех или иных источников накопления связанного азота в окружающей среде, настоящие и будущие исследования должны быть направлены на более глубокое изучение круговорота азота в окружающей среде (в первую очередь в воде).

В связи с этим представляются наиболее актуальными следующие направления исследований: Исследования круговорота и баланса азота в биосфере. Наиболее удовлетворительные результаты могут быть получены в результате широкого применения изотопного метода. Получение и применение медленнодействующих азотных удобрений.

С физиологической точки зрения, по мнению* R.Hauck, М. Koshino (1971), эти удобрения идеально могут снабжать растения азотным питанием на протяжении всей вегетации благодаря поддержанию в почвенном растворе постоянной концентрации усвояемого азота.

Степень усвоения азота удобрений растениями можно улучшить гремя путями: 1) снижением потерь за счет смыва и вымывания, 2) снижением

химической и биологической иммобилизации, 3) снижение быстрой нитрификации. Весьма перспективными представляются работы по осуществлению рециклирования азотсодержащих отходов сельскохозяйственного, бытового и промышленного происхождения путем выращивания водорослей и использования их для корма скоту.

Литература

М.А.Бобрицкая, Н.Н.Москаленко. Использование азота удобрений

урожаем и закрепление азота в темно-серых почвах разной степи смыгос- сги. Агрохимия, 1972, № 8.

К. Дельвич. Круговорот азота. В сбЛ Биосфера, 'Мир', /И., 1972.

В.Б.З амятина, Н.м. Варюшк ина, Л.И.Кирпаева , В.И. ГТоршнева , Ю.В.Семенов. Превращение и баланс азота удобрений. В сб.: Применение стабильного изотопа в исследованиях по земледелию. М., 'Колос*, 1973.

И.Г.Захарченко. О поступлении азота с атмосферными осадками и потеря его при вымывании из почвы в Полесье и лесостепи УССР. Агрохимия, 1974, N92.

В.А.Попов. Глобальный аспект загрязнения атмосферного воздуха. В сб^ Гигиена атмосферного воздуха, воды и почвы. Под ред. Г.И.С ид ор енко, М.И.Карачунской. М. 197 3.

T.Alberde. Nitrogen fertilization of Grassland and quality of Surface Water. Stikstof, 1972, N15. W.Cooke. Fertilizers and Society. Seventh Francis New Memorial Lecture Proce

eding, N 121,London, 1971.

A.D.Has ler — editor. Man in the Living Environment. Report of the Workshop on Global Ecological Problems. Sponsred by the Institute of Ecology. USA, 1972.

R.D.Hauck, M.Koshino. Slow—Release and Amended Fertilizers. Fertilizer

Technology and Use, 2nd Edition Copyright. Soil Science Society of America. 1971.

M.Jaag. Effect of Intensive Fertilizer Use on the Human Environment. Report of the Expert Consultation Convened at FAO. Soils Bulletin, Rome, 1972, N16.

F.P.Miller. Are fertilizers at fault? Crops and Soils. 1970, v.22, N 9. IJM ight ingale. Nitrates in Soil and Ground Water Beneath Irrigated and Ferti

lized Crops. S oil Sci., 1972, v.114, N 4.

R.L.01 s e n, T.F.He n s 1 e r, O.J.A 11 о 1, S.A.W' i t z e 1, L.A.Pe t e r s о n. Fertili zer Nitrogen and Crop Rotation in Relation to Movement of Nitrate Nitrogen Through Soil Profiles. Soil. Sci. Soc. Amer. Proc., 1970, v. 34, N 3.

M.M.Owens. Tesources under pressure—water. CICRA North Western European Region Symposium. Intensive Agriculture and the Environment. Dublin, 1973, 33-39.

E.W.Russe 1. Summary of Technical Discussions. Effect of Intensive Fertilizer Use on the Human Environment. Report of the Expert Consultation Convened at FAC. Soil Bulletin 16. Rome, 1972.

R.S.R ye rs, R.L.Brans on. Nitrates in the Upper Santa Ana River Basin in relation to groundwater pollution. Berkley, Calif., 1973.              ^

R.L.We s te rm an, L.T.Kurtz. Residual effects of              N—labeled fertilizers in a

field Study., Soil. Sci. Soc.Amer. Proc., 1972, v.36, N 1.

<< | >>
Источник: Ковда.В.А. БИОГЕОХИМИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ В БИОСФЕРЕ. 1976

Еще по теме Изменениям окружающей среде пои нарушении нормального азотного цикла в результате деятельности человека:

  1. ТЕРМИНЫ И ПОНЯТИЯ, УПОТРЕБЛЯЕМЫЕ В СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ЭКОЛОГИИ
  2. Некоторые изменения в биогеохимических круговоротах
  3. Нарушения в балансе и круговороте углерода и кислорода в биосфере
  4. Изменениям окружающей среде пои нарушении нормального азотного цикла в результате деятельности человека
  5. Глобальный процесс нарушения равновесного состояния географической оболочки Земли. 
  6. 2.2.3 Дефолианты
  7. 2.3 Тяжелые металлы и другие элементы