Соединения азота и фосфора в почвенном слое, их трансформация

(Скурлатов, 2004, Кудымов – перевдная 2006, Тигер –монография Важным фактором антропогенного воздействия на почвенные экосистемы является применение минеральных удобрений. Около ⅔ урожая сельскохозяйственных растений человек использует для своих нужд и в итоге в почву возвращается меньше биогенных элементов, чем было накоплено биомассой растений. В идеале, если исходить из требования сохранности почвенных экосистем при изымании урожая, на поля необходимо вносить эквивалентное количество биогенных элементов. Если при этом исходить из нормы по 9 кг N, Р2O5 и К в год на человека, то при норме применения удобрений 100 кг/га следует вносить на поля планеты ежегодно по 150 млн.т N,Р и К. В действительности не все вводимые в почву удобрения достигают растений, многое теряется, выносится в водные объекты.

Особенно остро стоит проблема применения азотных удобрений. Дело в том, что почвенная экосистема истощается по запасам питательных веществ, если связанные формы азота и органические вещества в виде пищевых продуктов изымаются из круговорота веществ со скоростью, превышающей скорость восстановления гумуса. Истощение почвы приводит к сокращению ее плодородия и снижению устойчивости против эрозии. При недостатке азота тормозится синтез белков, ферментов, хлорофилла, а значит, и углеводородов. Особенно необходим азот для образования новых клеток.

Избыточное содержание азотных удобрений в почве приводит к отрицательному воздействию на растения. Так, при дозе 150 кг/га наблюдалось полегание посевов озимой пшеницы, понижалась урожайность. При дозах порядка 200 кг/га снижается процент прорастания семян.

Избыточный азот в почве накапливается обычно в форме нитрата. Поскольку в этой форме азот почвой не сорбируется, он легко вымывается почвенными водами, причем от 20 до 40% его поступает в грунтовые воды и близлежащее водоемы.

Неконтролируемым источником поступления соединений азота в почвенные экосистемы является промышленность по производству азотных удобрений. Промышленные выбросы достигают 50% продукции. С осадками в почву поступает в год в среднем около 10 кг N/га, тогда как локально вблизи от предприятий это количество может быть гораздо выше. Пересыщение почвы соединениями азота происходит и за счет биологических источников — при многократных посевах сои и других бобовых культур (вместо удобрений).

Повышение содержания нитратов в почве и соответственно в сельскохозяйственных растениях и питьевой воде приводит сразу к нескольким отрицательным последствиям.

При попадании цитратов в организм человека происходит их восстановление до нитрит-ионов, которые переводят гемоглобин в метге-моглобин. Возникает болезнь под названием метгемоглобинемия. Отравление 20% гемоглобина приводит к сердечной недостаточности, а 80% — к смерти.

В кислой среде нитриты реагируют со вторичными аминами, образуя нитрозоамины, многие из которых канцерогенны для органов пищеварения и выделения. Опухолевое действие нитрозоаминов обнаружено в 1956 г. Сейчас ежегодно публикуется около 1500 сообщений по раковым заболеваниям, индуцированным нитрозоаминами. Считается, что не менее 5% злокачественных опухолей возникает из-за повышенного содержания нитратов в пище. Кроме того, азотные удобрения стимулируют образование в продукции сельского хозяйства микотоксинов, которые также могут приводить к раковым заболеваниям. Суточное потребление азота с пищей в виде нитратов не должно превышать в рационе человека 200 мг, а нитритов — 10 мг. В питьевой воде не должно содержаться более 20 мг NO3- в 1 л.

При накоплении нитратов качество сельскохозяйственной продукции резко ухудшается. Теряется устойчивость овощей и фруктов к длительному хранению, снижаются питательная ценность продуктов и их потребительские качества как промышленного сырья. Например, уменьшается содержание сахара в сахарной свекле.

Влияние азотных удобрений на урожайность и качество растительной продукции происходит не только за счет накопления нитратов непосредственно растениями, но и опосредованно — через ночву. Так, при использовании аммиачных форм азотных удобрений происходит потеря гумуса, возрастает его минерализация. Изменяются и микробиологические свойства почвы.

Применение азотных удобрений и их последующая трансформация вызывает повышение содержания N2О в атмосфере. Всего газообразные потере азота за счет процессов денитрификации в среднем составляют 24% от их суммарного внесения на поля.

Помимо азотных удобрений в почву необходимо вносить фосфаты. Несмотря на то что почва содержит значительные запасы фосфора, лишь 10—20% его находится в доступной для растений форме. Желательное соотношение N:Р:К в удобрениях лежит в пределах 1:1:1— 1:2:2,5. При N:Р < 1:1 в продуктах накапливаются восстановленные формы азота, что чревато образованием нитрозоаминов. Фосфор в почве необходимо постоянно восполнять в виде минеральных и органо-мннеральных удобрений, так как биологического источника, подобного азоту, для фосфора нет.

Фосфор, как и азот, потребляется растениями с разной интенсивностью разными видами и сортами в разные сроки вегетации и в разных экологических условиях, фосфаты малоподвижны в почвенной среде, поэтому вносить их необходимо непосредственно в корневую систему. Эффективность использования фосфата из минеральных удобрений меньше, чем азота.

Избыток фосфора нетоксичен для живых организмов. Однако при интенсивной использовании фосфорных удобрений происходит обогащение сельскохозяйственной продукции фтором и мышьяком. Дело в том, что в суперфосфате содержится до 1,5% фтора, являющегося ингибитором ряда ферментов. К тону же вместе с суперфосфатом на каждый гектар пашни в почву вносится 30—300 мг мышьяка.

По мере обработки почвы фосфорными удобрениями происходит так называемое "зафосфачнвание" почв. При этом фосфор находится в фиксированном, недоступном для растений состоянии и лишь малая доля его вовлекается в биохимический круговорот. Около 5% вносимого на поля фосфора выносится в водоемы.

Помимо азота и фосфора для жизни растений необходим калий, особенно на начальных стадиях их развития. В период после цветения калий вымывается назад в почву. В силу высокой растворимости солей калия вынос его в сопредельные водоемы велик. В почве калий существует в равновесии между обменной и необменной формами. Калийные удобрения (КNО3, К2SО4, КС1) вносятся, когда запас обменного калия в почве невелик (< 200 кг/га).

Для формирования урожая требуется также сера в количестве 10—30 кг/га. Потребность в сере у растений зависит от фазы их развития — максимальная в период цветения. Как правило, серы в почве достаточно. Она поступает в почву в виде SО42- с осадками или в виде SО2 из воздуха непосредственно в растения (через устьица). При сильном загрязнении воздушной среды SО2 происходит снижение фотосинтетической активности сельскохозяйственных растений.

Наряду с минеральными удобрениями расширяются масштабы применения органических удобрений (навоз, торф, компост). При этой вследствие смыва органических веществ из почвы в воду разрушается водный барьер между человеком и почвой.

В почве в условиях большого содержания органических веществ обитает большое число патогенных (болезнетворных) микроорганизмов. При смыве в водоемы они быстро погибают из-за нехватки пищи. При обогащении водной среды органическим веществом пищи может оказаться достаточно для возникновения в водной среде очага болезнетворных организмов (грибков, бактерий и др.). Так, в 1965 г. была зарегистрирована новая болезнь — менингоэнцефалит, возникающая у подростков после продолжительного купания в пруду или реке в теплые дни. Возбудителем этой болезни оказалась амеба, обитающая в почве. Питаясь бактериями, циты амебы переходят в активную форму, быстро размножаются в воде и становятся опасными. Таким образом, загрязнение почв и природных вод стирает грань между средами обитания микроорганизмов.

Дата добавления: 2013-12-14