Азотные удобрения: польза и вред
Для нормального функционирования любому живому существу требуется кислород, углерод, водород и азот. Последний химический элемент необходим как для жизни человека, так и для растений. Чтобы восполнить его содержание применяют специальные азотные удобрения, о которых пойдет речь далее.
Прикормка содержащая нитрат
Что нужно о них знать? Главным источником азота для растений является почва. В зависимости от ее типа и степени изношенности определяется количество удобрения. Обычно, культуры ощущают недостаток азота в супесчаных и песчаных грунтах. Именно такие почвы всегда требуют дополнительного обогащения различными удобрениями. В этом случае растения будут чувствовать себя нормально.
Как правильно осуществляется применение азотных удобрений? Исследования показали, что большая их часть содержится в гумусе. Чем толще будет его слой, тем больше количество азота. Таким образом растения в такой почве чувствуют себя намного лучше.
Гумус представляет собой стойкое медленно разлагающееся вещество. Это означает, что и выделение минеральных веществ из него тоже осуществляется постепенно. Таким образом, что при наличии толстого слоя гумуса, растениям требуется меньше дополнительных подкормок.
Для чего подкормка нужна растениям?
Опытные цветоводы рекомендуют использовать для выращивания различных культур азотные минеральные удобрения. Но для чего они нужны? Как известно, азот есть далеко не во всех органических соединениях. Он не содержится в клетчатке, крахмале, сахарах и маслах.
Азот присутствует в белке и аминокислотах. Более того, это важная составляющая нуклеиновой кислоты, которая содержится во всех клетках, ответственных за дупликацию наследственной информации и синтез белка.
Азот присутствует и в хлорофилле. Как известно, это вещество способствует поглощению солнечной энергии растениями. Также удобрение встречается и в различных компонентах органических сред, таких как липоиды, алкалоиды и подобные вещества.
Надземная часть растений содержит азот. Больше всего данного элемента в молодых листовых пластинах. Когда процесс цветения завершается, азот переходит к репродуктивным органам растения и накапливается там. В период формирования семян нитроген в максимальном количестве изымается из вегетативных органов. В результате они оказываются сильно истощены. Однако, если в почве будет содержаться чрезмерное количество селитры, она распределиться ко всем органам растения. В результате будет наблюдаться бурный рост надземной массы, задержка в созревании плодов и снижение урожайности.
Чтобы гарантировать хороший урожай, необходимо применять азотные удобрения в разумных количествах. Если растения будут потреблять рассматриваемый элемент в достаточных количествах, они смогут полноценно развиваться и образовывать листья. При недостатке азота наблюдается низкая урожайность и быстрое увядание.
Разновидности
Азотным удобрением является вещество, в составе которого присутствуют нитратные соединения.
Ниже представлены основные группы удобрения данного типа:
- нитратные (натриевая и кальциевая селитра);
- аммонийные (сульфат аммония, хлорид аммония);
- аммиачно-нитратные удобрения (аммиачная селитра);
- жидкие азотные вещества (безводный аммониак, аммиачная вода);
- амидные удобрения (мочевина).
Производство азотных удобрений обычно осуществляется на крупных предприятиях. Разберем более подробно каждый из перечисленных видов.
Нитратные удобрения
К питательным веществам данного типа относится кальциевая селитра. Выглядит она как белые гранулы, в которых содержится 18% азота. Такое удобрение подойдет для почвы с высоким уровнем кислотности. Чтобы улучшить качества грунта, необходимо ежегодно планомерно вносить в него кальциевую селитру. Она прекрасно растворяется в воде. Хранят удобрение в герметичных мешках или пакетах.
Нельзя смешивать кальциевую селитру с фосфорными удобрениями.
Натриевая смесь характеризуется 17% содержанием азота. Удобрение хорошо растворяется в воде и прекрасно впитывается корнями растений. Оно подходит для различных культур. Натриевую селитру не рекомендуется использовать в осенний период.
Аммонийные удобрения
К этой группе относится сульфат аммония. По внешнему виду он напоминает белый порошок с содержанием азота 20%. Может использовать как в качестве основной, так и в роли дополнительной подкормки. Специалисты рекомендуют вносить это удобрение осенью, поскольку азот в нем не смывается грунтовыми водами и закрепляется в почве. Если каждый год вносить в грунт сульфат аммония, то постепенно будет происходить его закисление. Поэтому удобрение необходимо смешивать с мелом или известью в пропорции 1:2.
С хранением сульфата аммония особых проблем не возникает, поскольку он не гигроскопичен. Достаточно лишь помнить, что вместе с ним нельзя использовать щелочные вещества. Заводы азотных удобрений сегодня производят готовые смеси, которые достаточно просто внести в почву.
Хлористый аммоний по внешнему виду представляет собой желто-белый порошок с содержанием нитрата 26%. При внесении данного порошка в почву не наблюдается вымывания. Хранить его достаточно легко. В течение долгого времени порошок не слеживается и не требует измельчения.
Главный недостаток этого удобрения – хлор. При внесении в почву 10 кг азота, его в грунт попадает в два раза больше. Этот элемент для большинства растений является ядом. Вносить хлористый аммоний нужно только осенью. Так вы сможете деактивировать входящий в его состав хлор.
Аммиачно-нитратные удобрения
Итак, что необходимо знать о данных элементах? Когда речь идет про азотные удобрения растений, многим сразу на ум приходит аммиачная селитра. По виду данное удобрение похоже на беловатый гранулированный порошок. Содержание азота в нем составляет 36 %. Аммиачная селитра может использоваться как в качестве основного удобрения, так и в роли дополнительной подкормки.
Состав относится к безбалластным веществам. В основном его применяют в регионах с дефицитом жидкости. В почвах с избытком влаги применение азотных удобрений данного типа будет бессмысленно, поскольку главное действующее вещество смоется в грунтовые воды.
Поскольку аммиачная селитра отличается высокой гигроскопичностью, ее нельзя хранить в сырых помещениях. Там она быстро слеживается и твердеет. Это вовсе не означает, что состав придет в негодность. Просто перед внесением в почву, ее нужно будет измельчить, что порой бывает сделать довольно проблематично.
Если вы хотите самостоятельно приготовить азотно-фосфорное удобрение путем внесения в аммиачную селитру суперфосфата, то вам нужно будет добавить любой нейтрализующий компонент. Можно использовать для этой цели мел, доломитовую муку или известь.
Амидные элементы
Одним из самых эффективных удобрений этой группы является мочевина или карбамид. Выглядят они как белые гранулы. Характерной особенностью данного удобрения является способность к закислению почвы. Использовать мочевину можно только в комбинации с нейтрализующими веществами. Она редко применяется в качестве основного удобрения. В основном мочевина играет роль внекорневой подкормки. Она не обжигает листья и при этом прекрасно усваивается растениями.
Жидкие азотные удобрения
Аммиачная вода или гидроксид аммония по факту представляет собой растворенный в воде аммиак. Для распределения данного удобрения используется специальная техника, которая позволяет помещать его в грунт на глубину 14-16 см. Главным преимуществом жидких азотных удобрений является низкая стоимость и легкая усвояемость. Однако хранить и транспортировать их довольно сложно. При попадании удобрения на поверхность листа велика вероятность возникновения ожогов.
Органические азотные компоненты
В чем их особенность? Азот, как известно, присутствует в органических соединениях, но его там не много. Больше всего нитрата содержится в компосте, состоящем из листового опада, озерного ила, низинного торфа и сорняков. Однако использовать такое удобрение в качестве основного не рекомендуется. Это может быть чревато азотным голоданием растений. Плюс ко всему такие удобрения сильно закисляют почву.
Для каких культур важен рассматриваемый элемент?
Азотные удобрения требуются любым плодовым растениям. Однако дозы внесения для различных культур могут различаться.
Можно условно поделить все растения по необходимости внесения азота на несколько категорий:
- Растения, которым необходима нитратная подкормка для активации роста и развития перед посадкой в грунт. К ним относится капуста, картофель, баклажаны, кабачки, ревень, тыква, слива, вишня и ягоды. На квадратный метр почвы необходимо распределить примерно 26-28 г азота.
- Культуры, которым питательный элемент необходим в меньших количествах. Это огурец, морковь, петрушка, чеснок, свекла. В пересчете на квадратных метр площади этим овощам для нормального роста будет достаточно всего 18-19 грамм азота.
- Растения, которым нитрат требуется в умеренных количествах. На квадратный метр площади им будет достаточно всего 10-12 грамм азота. К этой категории принадлежат цветочные культуры: примулы, маргаритки, камнеломки.
Как правильно использовать удобрения?
Давайте на этом вопросе остановимся более подробно. Чтобы правильно рассчитать необходимое количество азота, стоит учитывать такие факторы, как тип почвы, сезон, климатические условия и вид растения. Если вы планируете обрабатывать почвы с повышенной кислотностью, то можно использовать азотно-калийные удобрения. Они начнут лучше усваиваться, а почва будет обладать оптимальным уровнем кислотности.
Если вы проживаете в степных районах, характеризующихся сухой почвой, то важно периодически вносить удобрения. Не стоит делать резких перерывов. Если своевременно вносить в почву азотно фосфорно калийное удобрение, можно получить отличный урожай.
Лучше всего их вносить спустя 11-12 дней после того, как сойдет снег. Для проведения первой подкормки подойдет мочевина. Когда растения войдут в активную стадию вегетации, можно использовать аммиачную селитру.
Вред и польза
В некоторых случаях применение азотных удобрений наносит вред растениям. Обычно это происходит из-за излишка нитрата. Зеленая масса культур начинает расти чересчур активно. В результате побеги и листовые пластинки становятся толще и больше. При этом цветение бывает слишком коротким и слабым, либо вовсе не наступает. Это означает, что завязи и плоды не образуются.
При обработке надземной части растений азотными удобрениями могут появиться ожоги. В тяжелых случаях листва полностью отмирает. Именно по этой причине необходимо строго придерживаться дозировок, указанных в инструкциях по применению.
Заключение
В данном обзоре мы подробно рассмотрели, что собой представляют азотные удобрения. Как правильно определять их дозировки и вносить в почву. Руководствуясь представленными рекомендациями, вы легко сможете получить хороший урожай на своем участке.
Источник
Влияние удобрений на окружающую среду и безопасность пищевых продуктов
Для урожайности зерновых злаков крайне важно поступление питательных веществ. Необходимо также избегать выноса питательных веществ и деградации земель. Однако при избыточном или плохо контролируемом внесении удобрений возможно возникновение экологических проблем.
Синтия Грант (Cynthia Grant), Министерство сельского хозяйства и продовольствия Канады, Исследовательский центр Университета Брендона (г. Брендон, провинция Манитоба, Канада). Brandon Research Centre, Box 1000A, R. R.#3, Brandon, MB, Canada R7A 5Y3
Необходимость в продовольствии
Численность населения Земли, согласно прогнозам, к 2050 г. превысит 9,1 млрд. Для обеспечения продовольствием растущего населения Земли весьма важно дальнейшее повышение продуктивности.
Большая часть земель, пригодных для сельского хозяйства, уже обрабатывается почти во всех регионах мира. Это значит, что в будущем укрепление продовольственной безопасности будет связано в основном с интенсификацией земледелия на уже обрабатываемых почвах, что подразумевает продолжение практики внесения удобрений для сохранения высоких урожаев.
Если сегодняшние тенденции сохранятся, то к 2050 г., согласно прогнозам, мировое потребление азота вырастет по сравнению с сегодняшним в 2,7 раза, а фосфора – в 2,4 раза; по другим оценкам, рост применения удобрений будет меньшим и составит приблизительно 1% в год.
Увеличение применения удобрений усиливает стресс окружающей среды.
Согласно исследованиям, возделываемым культурам попадает лишь 50% удобрений. Оставшиеся 50% участвуют в химических процессах в почве или попадают в воздух и воду.
Даже те нутриенты, которые поглощаются культурами, могут в конечном итоге создавать косвенный риск для окружающей среды, поскольку они попадают в отходы жизнедеятельности человека и домашнего скота и зачастую перерабатываются неэффективно, что опять же создает риск попадания их в воздух и воду.
Следовательно, несбалансированное и неэффективное использование удобрений может привести к экологическим проблемам. Кроме того, примеси, присутствующие в удобрениях, могут накапливаться в почве и поглощаться выращиваемыми культурами, теоретически ставя под угрозу безопасность пищевых продуктов.
Если мы заинтересованы в долгосрочной устойчивости глобальных сельскохозяйственных систем, то должны понимать потенциал негативного воздействия удобрений на окружающую среду и вести сельское хозяйство таким образом, чтобы оптимизировать урожайность, одновременно сводя к минимуму риски для окружающей среды и здоровья человека.
Азот (N) и фосфор (P) – два вида удобрений, чаще всего применяемых в растениеводстве и вносимых в значительных количествах в большинстве практик возделывания почвы. Оба эти нутриента, хотя и играют важную роль в достижении оптимальной урожайности, способны оказывать негативное воздействие на качество окружающей среды и делать выращиваемые культуры небезопасными для здоровья человека.
Азот – необходимость и азот – разрушитель
Потери азота в системе почва – растение вызывают озабоченность с точки зрения экономики из-за высокой стоимости применяемых удобрений и воздействия на урожай злаковых культур, однако и их влияние на окружающую среду может быть значительным, даже если объем потерь сравнительно низок.
Выделение активного азота в атмосферу может нанести ущерб экосистеме и здоровью человека, поскольку ведет к повышению кислотности почвы, изменениям климата, эвтрофикации, образованию приземного озона и взвесей твердых частиц, а также к утрате биологического разнообразия.
Выделение углекислого газа из больших объемов ископаемого топлива, применяемого при производстве и транспортировке азотных удобрений, также вносит свой вклад в изменение климата.
Основные экологические проблемы, связанные с азотными удобрениями, – это выброс в атмосферу аммиака (NH 3 ), оксида диазота (N 2 O) и попадание нитратов (NO 3 – ) в подземные и поверхностные воды (рис. 1).
Оксид азота (NO) также вызывает беспокойство с точки зрения экологической безопасности, поскольку он может преобразовываться в атмосфере в азотную кислоту, вызывая кислотные дожди и приводя к повышению кислотности воды в озерах и ручьях.
И оксид (NO), и диоксид азота (NO 2 ) участвуют в разрушении озонового слоя. Азотные удобрения способны привести к подкислению почвы. Примерно половина всех вносимых азотных удобрений в глобальной агроэкосистеме попадают в пищу и корма, а оставшаяся часть переходит либо в атмосферу в виде аммиака (NH 3 ), оксида азота (NO), оксида диазота (N 2 O) или азота (N 2 ), либо в воду как нитраты (NO 3 – ).
Воздействие азотных удобрений на атмосферу. Азотные удобрения попадают в воздух главным образом в виде аммиака (NH 3 ) в процессе испарения и в виде оксидов азота (NO x ) и оксида диазота (N 2 O) соответственно при нитрификации и денитрификации.
Выделение в атмосферу может быть непосредственным, между начальным применением азотного удобрения и его поглощения растением, и косвенным, возникающим из-за переработки азота, инкорпорированного в ткань растений или микробную биомассу и выделяющегося в виде органических продуктов разложения азота. Большая часть аммиака (NH 3 ) и оксидов азота (NО x ), попадающих в атмосферу, возвращаются на поверхность земли в течение нескольких дней. Однако оксиды азота (NО x ), соединяясь с летучими составляющими органического углерода, могут повысить уровень озона в атмосфере или преобразоваться в азотную кислоту (HNO 3 ), которая задерживается в воздухе в виде взвеси, или осаждаться на почве либо воде.
Аммиак обычно осаждается на поверхность почвы или воды либо преобразуется в аммонийные взвеси, которые входят в состав взвесей мелких твердых частиц и смога. Таким образом, выделение азота в окружающую среду вызывает три типа экологических проблем – парниковый эффект, накопление озона и образование взвесей твердых частиц. Атмосферный азот также может воздействовать на окружающую среду, когда осаждается на землю и воду.
Оксид диазота – газ, в значительной мере влияющий на создание парникового эффекта и оказывающий согревающий эффект на молекулярном уровне; его мощность в 250 раз превышает мощность углекислого газа (CO 2 ). Сельское хозяйство – основной источник оксида диазота (N 2 O), главным образом из-за внесения азота и его последующего участия в земледелии.
Внесение азотных удобрений увеличивает потенциал производства закиси азота как напрямую, когда удобрение вносится в почву, так и косвенно, когда пожнивные остатки, навоз и другие биопродукты, обогащенные азотным удобрением, возвращаются в почву.
Озон (O 3 ) косвенным образом связан с выделением в атмосферу газообразных оксидов азота (NO x ). Приземный озон может привести к воспалительным заболеваниям дыхательной системы, обострению заболеваний сердца и легких, также может повысить чувствительность астматиков к аллергенам.
Выбросы оксидов азота (NO x ) в ходе серий химических реакций с летучими органическими соединениями приводят к образованию озона; в результате этих реакций диоксид азота (NO 2 ) окончательно разлагается под воздействием солнечного света, выделяя атомарный кислород, который, соединяясь с кислородом (O 2 ), образует озон. Озон – сильный окислитель и также оказывает негативное влияние на здоровье человека; кроме того, он вреден для листвы, поскольку снижает фотосинтез и производство биомассы.
Выделение в воздух аммиака может привести к прямому отравлению растительности, деградации лесов, кислотным дождям, подкислению почвы и эвтрофикации водных источников.
Аммиак является предшественником образования таких взвесей как нитрат и сульфат аммония, которые участвуют в образовании взвесей мелких твердых частиц (ТЧ 2,5). Взвесь или смог, образованные такими частицами, представляют проблему как в городской, так и в сельской местности. Эти взвеси могут вызывать бронхит и хронический кашель, астму, пневмонию и хронические обструктивные заболевания легких.
Воздействие азотных удобрений на воду. Нитраты поступают напрямую из азотных удобрений или в результате разложения пожнивных остатков и навоза, что в конечном счете высвобождает нитраты в почвенные воды, откуда они могут быть вымыты или перенесены поверхностным стоком в поверхностные или подземные воды.
Также азот переносится с частицами почвы в поверхностные воды вследствие эрозии почвы или при выделении в атмосферу осаждается на поверхность воды.
Азот с сельхозугодий – главная причина увеличивающейся концентрации азота в почве и в поверхностных водах в самых разных частях света.
Продукты выщелачивания из сельскохозяйственных химических соединений – главный источник нитратов, накапливающихся в грунтовых водах. Согласно оценкам, 2% населения США и 2,7% населения Европы употребляет питьевую воду с содержанием нитратов выше рекомендованной нормы (50 мг/л -1 ), что теоретически может вызвать целый букет заболеваний.
Это метгемоглобинемия (повышенное содержание метгемоглобина в эритроцитах периферической крови; дети рождаются «синюшными»), повышенный риск онкологических заболеваний, дефекты нервной трубки и прочие врожденные пороки.
В Канаде в 60% источников в отдельных регионах концентрация нитратов выше предельного значения в 10 мг/л -1 , которое считается допустимым для питьевой воды в этой стране. Особенно чувствительны к загрязнению нитратами неглубокие водоносные пласты в песках и пористых почвах.
Аммиак и нитраты при высоких концентрациях могут оказывать прямое токсическое воздействие на водные организмы, а также приводить к подкислению и эвтрофикации.
Экосистемы пресноводных водоемов, таких как реки, озера, ручьи и болота, получают большую часть азота из воды, попадающей в них из близлежащих водоразделов, атмосферных осадков и как результат биологическая фиксация азота внутри самой системы. Заболоченные территории – болота, трясины, топи, поймы и воронки – помогают уменьшать попадание азота в прилегающие водоемы, способствуя денитрификации.
В качестве средства контроля часто применяются искусственные болота – они позволяют удалять активный азот из воды, поступающей в реки и озера.
Внесение азота способствует росту растений и производству биомассы на болотах, с одной стороны, но с другой – ведет к снижению биологического разнообразия этой биомассы. При очень высоком содержании питательных веществ рост растений сдерживается из-за конкуренции между ними за свет и пространство, и в системе может наступить доминирование агрессивных азотолюбивых растений.
Главная экологическая проблема – подкисление открытых водоемов. Моноксид (NO) и ди-, три-, тетраоксиды (NO x ) азота преобразуются в атмосфере, производя азотную кислоту, которая либо участвует в формировании кислотных дождей, либо осаждается непосредственно в виде кислого газа или пыли с подкисляющим эффектом.
Кислотные осадки, попадая в озера, могут приводить к уничтожению планктона, ракообразных, насекомых и рыбы, которые являются важными составляющими пищевой цепочки. Подкисление открытых водоемов также увеличивает подвижность и токсичность таких микроэлементов, как кадмий (Cd) и алюминий (Al).
Избыток азота может также способствовать эвтрофикации (избыточному росту растений, животных и микроорганизмов в водных экосистемах), которая способствует дефициту кислорода в воде.
Это приводит к развитию организмов-анаэробов и подавляет аэробные организмы, что служит причиной утраты биоразнообразия. В пресноводных системах катализатором эвтрофикации является скорее фосфор, нежели азот; в большинстве умеренных прибрежных экосистемах азот выступает в роли главного ограничителя развития и роста водорослей.
Повышенный уровень азота может привести к цветению воды, изменению биоразнообразия и видового состава, к увеличению осаждения органического материала и снижению содержания кислорода – гипоксии. Цветение ухудшает качество воды, потому что увеличивает количество болезнетворных бактерий, делает воду непригодной для купания и снижает рекреационный потенциал водоемов.
Цветение воды также ведет к высвобождению токсинов, ядовитых для человека, домашнего скота и рыбы. В тропиках ограничивающим фактором в прибрежных биоценозах является фосфор, а не азот, но в условиях высокой фосфорной нагрузки азот может стать главным фактором эвтрофикации.
В исследовании, оценивающем поступление азота из рек, впадающих в северную часть Атлантического океана, соотношение азота и фосфора в поступающих питательных веществах (нутриентах) указывает, что эстуарии (дельты) большинства регионов ограничены либо по азоту, либо по фосфору.
В большинстве регионов северной части Атлантического океана самым значимым источником азота являются удобрения.
Рост количества азота, попадающего в прибрежные воды в основном из удобрений, приводит и к росту объемов воды либо бескислородной, т. е. лишенной O 2 , либо гипоксической, в которой концентрация O 2 ниже 2- 3 мг на литр.
Такие «мертвые зоны» существуют в разных частях мира, включая Чесапикский и Мексиканский заливы, а также Балтийское и Адриатическое моря; совсем недавно появились сообщения о возникновении мертвых зон и в Южном полушарии.
Гипоксия ведет к сокращению ареалов некоторых океанических видов, которым необходимы более глубокие и холодные насыщенные кислородом воды; распространение гипоксии приводит к снижению количества таких вод, и это плохо сказывается на нересте, поскольку одновременно уменьшается и количество областей, подходящих для выживания икринок.
С цветением воды связана еще одна проблема: составляющий цветение специфический фитопланктон вырабатывает токсины. Употребление в пищу водорослей или ракообразных (моллюсков), накапливающих эти токсины, может отрицательным образом сказаться на здоровье других организмов, находящихся выше в пищевой цепочке, включая и человека.
Моллюски (ракообразные) не слишком подвержены воздействию этих токсинов, но способны накапливать токсины в таком количестве, что одного моллюска хватить, чтобы убить человека.
Естественные наземные экосистемы
Азот обычно является главным ограничивающим фактором роста растений в экосистемах естественных лесов и лугов. Если в лесной экосистеме наблюдается сильный дефицит азота, его осаждение в виде атмосферных осадков поначалу увеличивает продуктивность системы.
Лиственные леса, в частности, могут отреагировать на первоначальные поступления азота усиленным ростом, а вот вечнозеленые леса часто демонстрируют замедление роста и повышенный процент гибели даже при сравнительно низком осаждении азота. Когда норма осаждения высока и поступление азота превышает потребность растения, избыток азота приводит к чистой нитрификации, накоплению нитратов (NO 3 – ) в почве, подкислению почвы, усиленному выщелачиванию катионов из почвы, развитию у растений дисбаланса питательных веществ, сокращению лесов, повышению чувствительности к морозам и вредителям, изменению видового состава.
Повышенная нитрификация и денитрификация могут стать причиной повышенного выделения оксида азота (NO) и оксида диазота (N 2 O). Кислотные осадки повреждают листву и иглы деревьев, что снижает их сопротивляемость вредителям и холоду.
На дикорастущих лугах атмосферные осадки являются главным источником доступного для растений азота. Природные луга обычно ассоциируются с низкой нормой осадков, так что выщелачивание азота или поверхностный сток зачастую минимальны. Большая часть азота, попадающего на луга, может инкорпорироваться в биомассу и остаться в почвенном органическом веществе, что теоретически может привести к секвестрации углекислого газа (CO 2 ). Травяные палы высвобождают азот в атмосферу, в первую очередь в форме N 2 , завершая азотный цикл.
Поступление азота на луга благоприятно сказывается на видах с высокой потребностью в азоте и с хорошей реакцией на его внесение, и менее благоприятно для видов, которые хуже реагируют на азот или фиксируют его; из-за этого возможно изменение биологического состава и снижение биологического разнообразия.
Азотное удобрение может также привести к подкислению почвы как напрямую, т. е. на полях, где применяется удобрение, так и косвенным образом, когда азот, попадающий в воздух, переносится и осаждается в естественных экосистемах. Попадание в кислотные осадки азотной кислоты, аммиака или аммония ускоряет подкисление. Катионы нутриентов могут выщелачиваться из почвы, что ведет к снижению количества питательных веществ.
Фосфор и эвтрофикация
Фосфор – второе по силе (после азота) вещество, ограничивающее урожайность культур и часто употребляемое в качестве удобрения.
В отличие от азота, он не поступает в систему естественным образом, несмотря на биологическую фиксацию, поэтому фосфор, выносимый из почвы, необходимо заменять во избежание долговременного истощения. В почве присутствуют как органический, так и неорганический фосфор (рис. 2).
Растения поглощают фосфор из почвенного раствора, главным образом в виде ионов неорганического ортофосфата, хотя возможно поглощение и растворимых органических фосфатов. Как и у азота, минерализация органического вещества высвобождает неорганический фосфор, а иммобилизация преобразует неорганический фосфор в органический. Фосфор из почвенного раствора в процессе адсорбции и осаждения реагирует с поверхностными и вторичными почвенными минералами и с другими соединениями, благодаря чему концентрация неорганического фосфора в почвенном растворе снижается.
Фосфор выносится из почвенной системы главным образом при уборке урожая.
С агрономической точки зрения главный фактор, ведущий к снижению эффективности использования фосфора, – это фиксация фосфора кальцием (Ca) и магнием (Mg), в результате чего на почвах с высокой кислотностью образуются фосфаты кальция и магния, и с оксидами железа (Fe) и алюминия (Al) на почвах с низкой pH дающие фосфаты железа и алюминия.
Продукты реакции, образующиеся со временем, менее растворимы, чем вносимые продукты удобрений, из-за чего доступность вносимого фосфора для растений снижается.
Фосфор, связываемый почвенными частицами, может потеряться из системы за счет эрозии, тогда как фосфор в почвенном растворе может быть смыт поверхностным стоком. Чем ближе фосфор к поверхности почвы, тем выше вероятность его потерь именно этими двумя путями. Может происходить также выщелачивание фосфора, особенно в сильно унавоженных системах, в регионах, где производится интенсивное внесение фосфора, и в областях с большим количеством осадков.
Самая значительная экологическая проблема, связанная с фосфором, – это эвтрофикация пресноводных водоемов из-за нагрузки нутриентами. Процесс и последствия эвтрофикации озер, рек, болот и прибрежных зон обсуждались достаточно подробно в разделе, посвященном азоту.
Однако в пресноводных водоемах развитие водорослей обычно ограничено по фосфору, так что добавление фосфора усиливает рост растительности и способно привести к эвтрофикации. Концентрация фосфора в воде озера и, следовательно, рост водорослей в ограниченной по фосфору системе зависит от количества, сроков и биоаккумулирования нутриентов, от нормы внесения богатых водой питательных веществ относительно нормы протока и глубины водоема.
Даже если озеро отличается низкой общей концентрацией фосфора, могут быть проблемы вблизи береговой линии, где реки вносят нутриенты и разбавление ограничено.
Многие виды сине-зеленых водорослей способны фиксировать N 2 , поэтому в воде с низкой концентрацией азота при повышении уровня фосфора сине-зеленые водоросли часто подавляют другие водоросли.
При определенных условиях многие сине-зеленые водоросли выделяют токсины, воздействие которых на человека, а именно на нервную систему и печень, может привести к психическим расстройствам, нарушению походки, тремору, болям в животе и даже к смерти почти любого млекопитающего, птицы или рыбы.
Накопление в почве следовых микроэлементов
Еще одна проблема, связанная с фосфорными удобрениями, – это внесение в почву незначительного количества следовых микроэлементов в виде примесей к удобрениям.
Фосфорное удобрение содержит широкий спектр следовых элементов, включая заметные количества следовых нутриентов наподобие цинка и незначительные количества таких элементов как кадмий.
Могут присутствовать и радиоактивные следовые микроэлементы, например, уран (U) и торий (Th).
В природе эти элементы находятся в породах, из которых производят фосфорное удобрение, и сохраняются в течение всего процесса изготовления конечного продукта. Многие сельскохозяйственные угодья в Европе и Австралии насыщены следовыми микроэлементами из атмосферных осадков, осадка сточных вод и фосфорных удобрений. Степень их накопления зависит от первоначального содержания следовых элементов в удобрении и нормы внесения и уравновешивается выносом.
Накопление следовых микроэлементов может оказать влияние на почвенный биоценоз; следовые элементы могут также накапливаться в растениях, что способно привести к долговременному воздействию на здоровье при потреблении животными и человеком.
Особую озабоченность вызывает кадмий, поскольку в высоких концентрациях присутствует в некоторых фосфорных удобрениях и легко накапливается в растениях до уровней, опасных для человека, если эти растения потребляются без ограничения (или прекращения) роста растения.
Удобрения – не только вред для природы
Хотя азот и фосфор способны оказывать негативное влияние на экологию, оба они являются важными элементами жизнедеятельности и при сбалансированном применении могут оказывать на окружающую среду благоприятное воздействие.
Земля, вода и энергия – ограниченные ресурсы и в интересах долгосрочной устойчивости должны использоваться эффективно. При эффективном, сбалансированном применении удобрения играют важную роль в повышении производительности на единицу земельной площади.
Сокращение площади земель, необходимых для сельскохозяйственного производства, снижает потребность в превращении природных экосистем в обрабатываемые, таким образом поддерживая естественную среду обитания и биоразнообразие. Аналогичным образом, вода для полива поступает из рек, озер и подземных водоносных слоев, что может привести к снижению качества воды и ухудшению водной среды, необходимой для живой природы и аборигенных растений.
Сбалансированное внесение удобрений может улучшить продуктивность культур в условиях как богарного, так и поливного земледелия, повышая эффективность водопользования и снижая объем полива, необходимого для этой производственной единицы.
При эффективном удобрении почв с нехваткой питательных веществ вырастет урожайность, а неиспользованные элементы поступят в почву.
Пожнивные остатки могут стабилизироваться в почвенном органическом веществе, таким образом изолируя углерод в почве. Улучшение содержания почвенного органического вещества несет ряд дополнительных преимуществ: улучшается обработка почвы (soil tilth), удержание влаги, просачивание воды, сопротивление эрозии почвы, микробная деятельность и возможность почвы служить резервуаром питательных веществ.
В долгосрочной перспективе увеличение содержания почвенного органического вещества улучшит продуктивность почвы.
Во многих регионах мира, включая субсахарскую Африку (субсахарская Африка – 48 стран к югу от пустыни Сахары) и части Латинской Америки, серьезное недоиспользование либо несбалансированное применение удобрений привело к истощению питательных веществ и выносу из почвы азота, фосфора и калия.
Снижение количества питательных веществ не только снизило плодородие почвы, но и вызвало деградацию земель, потому что уменьшение органического вещества ведет к снижению водоудерживающей способности, снижению физической спелости и ухудшению физической структуры почвы и увеличивает подверженность эрозии. Вынос нутриентов и органического вещества вызывает цикл постепенно снижающихся урожаев, еще больше сокращая поступление органического вещества и усиливая деградацию почвы.
Особенную озабоченность это вызывает в условиях тропиков, где деградация почвы может оказаться быстрой и разрушительной. Сбалансированное применение химических удобрений в рамках эффективно интегрированной программы контроля нутриентов способно улучшить продуктивность земель в долгосрочном периоде за счет обеспечения достаточного количества нутриентов и создания подходящей для роста растений физической и химической среды.
Источник