9. Экологические Последствия Распространения Нитратов
Избыточное количество нитратов вызывает не нормальный ход функционирования природных экосистем и живых организмов, происходит снижение биологической ценности продукции и возрастает негативное воздействие на человека и животных. Образование и накопление нитратов в почве и в воде становится экологическим фактором, определяющим не только режим питания растении, обмен веществ и продуктивность, но и качество урожая, воды и воздуха. Содержание нитратов в избыточных количествах ухудшает биологическое качество растительной продукции, создает потенциальную опасность для здоровья человека и животных.
10. Нитраты и качество воды
Количество нитратов в природных водах определяется воздействием комплекса факторов (биологические, гидрохимические, геоморфологические, климатические, физико-химические свойства почв водосборной территории). Содержание нитратов в поверхностных и грунтовых водах существенно меняется в зависимости от вида деятельности человека. Большое количество нитратов содержится в коллекторных и дренажных водах, дренирующих сельскохозяйственные территории, на которых применяются азотные удобрения и навоз. Концентрация нитратов в этих водах может превышать 120 мг/л. В естественных (природных) условиях количество их не превышает 9 мг/л. Наибольшее количество (свыше 200 мг/л) нитратов находится в бытовых стоках и в стоках животноводческих комплексов. Существенному повышению количества нитратов в природных водах способствуют азотные удобрения.
Грунтовые воды содержат, как правило, меньше нитратов, чем поверхностные, поскольку почва служит своего рода “фильтром” по пути передвижения нитратного азота. Чем глубже залегают грунтовые воды, тем меньше содержится в них нитратов.
Наряду с многолетней динамикой содержания нитратов существует и годовая изменчивость их количества. При повышенном содержании нитратов в водоемах возрастает вероятность образования нитритов в количествах, токсичных для рыб. Например, смертельная доза для лососевых рыб составляет 0,2—0,4 мг/л азота нитритов.
Наиболее опасными источниками поступления нитратного азота в воду являются отходы животноводческих комплексов, а также применение их стоков и жидкого навоза в повышенных дозах в качестве удобрений.
При пользовании водой с высоким уровнем нитратов необходим комплекс мер по его снижению. Особенно это важно для родильных домов, детских садов и яслей, детских больниц. Перед употреблением воду необходимо пропускать через аниониты, с тем чтобы освободиться от нитрат-ионов.
Заслуживает внимания опыт Чехословакии и Голландии, где питьевую воду для грудных детей продают в аптеках, именно таким образом ограждают наиболее чувствительную часть населения от нитратного отравления. Снижения содержания нитратов в пресных водах, поступающих на коммунально-хозяйственные нужды, можно достичь путем стимулирования биологической денитрификации, использования электродиализа, методов химической редукции, разбавления более чистой воды.
Однако наиболее рациональный путь снижения концентрации нитратов в поверхностных и грунтовых водах заключается в уменьшении размеров высвобождения N—NO из природных и антропогенных источников и ограничения их миграции в агроландшафтах. В зонах интенсивного применения азотных удобрений необходимо создание охранных зон, предотвращающих поступление подвижных соединений азота в водоемы, воду которых используют как питьевую.
Водоохранные мероприятия должны способствовать повышению культуры земледелия; предотвращению поступления дренажного и поверхностного стоков путем отвода их за пределы водного объекта в специальные буферные водохранилища, лагуны, накопительные и окислительные пруды, а также использование искусственных и естественных биологических методов очистки загрязняющих вод поверхностного стока. Для обезвреживания поверхностных вод перспективно использование биологических прудов, где очистителями являются микроводоросли и макрофильтры. Последние интенсивно усваивают азот аммонийной и нитратной форм. Использование макрофильтров для очистки сточных вод требует обязательного их изъятия из водоема после сформирования вегетативной массы с целью исключения вторичного загрязнения водоема биогенами.
Наряду с этим нормы азотных удобрений должны быть экологически безопасными, сроки и способы их внесения определяются учетом почвенно-экологических условии агроландшафта и биологических особенностей реакции растений на режим азотного питания. Например, система применения азотных удобрений при выращивании риса на основе локального внесения туков в почву, благодаря чему снижается поступление нитратов в надпочвенный слой воды и исключается необходимость проведения подкормок в течение вегетации с самолета. Последний способ внесения азотных удобрений несет наибольшую угрозу качеству поверхностных вод.
При утилизации сточных вод животноводства рекомендуется ограничить использование их в неразбавленном виде. Наиболее приемлемым и целесообразным является обязательное разбавление стоков водой в 1,5 раза при обязательном внесении в почву фосфорных и калийных удобрений в дозах, необходимых для полною обеспечения растений в фосфоре и калии н сбалансированных к количеству азота, применяемого в сточных водах.
С целью предупреждения избыточной аккумуляции нитратов в природных подах, сохранения и прогнозирования изменения качества воды необходимо наладить региональный и местный контроль за их содержанием как в природных, так и в сбросных водах, установив при этом научно обоснованные нормативы предельно допустимых концентраций во всех видах вод.
11. Нитраты как источник азотного питания растений
Природный цикл азота, имеющий глобальный характер, включает образование, транспорт и аккумуляцию нитратов в различных компонентах биосферы, среди которых одно из главных мест принадлежит растительному организму.
Основы учения об азотном питании растении были разработаны Д. Н. Прянишниковым (1945) и в дальнейшем развиты его учениками. Было показано, что аммонийная (NH +) и нитратная (NO ) формы азота равноценны, но их соотношение может быть обусловлено видовой спецификой выращиваемой культуры, а также факторами окружающей среды. Так, на фоне калия растения лучше используют нитраты, на фоне кальция — аммоний, нитраты лучше усваиваются в кислой среде, тогда как аммоний — в щелочной. Но поскольку и амидная и аммонийная формы азота в почве подвергаются нитрификации, переходя в нитратную в течение 10—15 дней, то все-таки преобладающей формой минерального азота, поступающей в растения, являются нитраты. Надо отметить, что имеется определенная специфика в поведении различных форм азотных удобрении в почве и отзывчивости на них растений.
Запасы и доступность азота в почве зависят от скорости и направленности осуществляемых микроорганизмами процессов превращения азотистых соединений. Потребность культур в азоте зависит от биологических особенностей видов и сортов растений, уровня их потенциальной продуктивности, которые, в свою очередь, сопряжены с влиянием экологических факторов. При урожайности пшеницы и ячменя в пределах 50 ц/га примерная потребность растений в азоте составляет 150 и 130 кг/га. Урожай картофеля и сахарной свеклы в 400 и 500 ц/га растения требует в течение вегетации 200 и 250 кг/га азота, а кукуруза и травы при урожае зеленой массы в 600 ц/га потребляют 200 и 300 кг/га азота. Максимальный урожай капусты белокочанной, шпината и салата формируется при потреблении 250—350, 200— 250 и 100 кг/га азота соответственно. Однако большинство почв не в состоянии обеспечить полностью потребности культур в азоте, поскольку скорость и величина образования минерального азота в почве не совпадают с режимом азотного питания растений. Поэтому получение устойчивых урожаев сельскохозяйственных культур в различных почвенно-климатических зонах обеспечивается лишь дополнительным внесением азота в виде минеральных или органических удобрений. Среднестатистическая прибавка урожая зерна от 1 кг азота минеральных удобрений составляет обычно 8—15 кг, корнеплодов сахарной свеклы — 40—60 кг, клубней картофеля — 50—60 кг, сухой массы кормовых трав — 15— 20 кг.
Размеры использования азота удобрений варьируют в широких пределах от 20 до 85% от внесенного количества, составляя в полевых условиях в среднем 30—50%. Размеры потребления азота растениями зависят от биологических особенностей вида и сорта, гидротермического режима, водно-физических и агрохимических свойств почвы, технологических операций, проводимых в ходе возделывания культур.
Исследования показали, что овощные и кормовые культуры используют от 35 до 50% азота удобрений.
При этом в общей потребности азота основное количество (60—62%) занимает азот почвы. Применение азотных удобрении в оптимальных для каждого вида растений дозах способствует дополнительному накоплению азота почвы в урожае по сравнению с безазотным фоном (экстра-азот) за счет прямого минерализующего действия азотных удобрений на азотсодержащие органические соединения почвы и стимулирующего влияния на рост и развитие растении. Этот факт требует обязательного учета при применении азотных удобрении под овощные и кормовые культуры с высокой потенциальной способностью к накоплению нитратов. Процесс усвоения азота растениями имеет экологическое значение, поскольку в ходе онтогенеза корневая система растений поглощает нитраты, которые в противном случае легко вымываются из почвы, что ведет к загрязнению природных вод. Своеобразная роль растений как биогеохимического барьера при миграции нитратов проявляется а способности к их накоплению в определенных почвенных условиях и режимах минерального питания.