Факультет

Студентам

Посетителям

Газообразные потери азота удобрений и почвы в атмосферу

Тема: Агрохимия  

Основными источниками загрязнения атмосферы являются промышленность и транспорт.

От применения минеральных и органических удобрений загрязнение атмосферы незначительное, особенно с переходом на использование гранулированных и жидких удобрений, тем не менее оно бывает. В результате неправильного применения удобрений в атмосфере обнаруживаются соединения, содержащие преимущественно азот, фосфор и серу.

Особенно существенное, в большинстве случаев местное, влияние на атмосферу оказывает неправильное хранение и использование бесподстилочного навоза. При хранении его в открытых емкостях выделяются и попадают в атмосферу аммиак, молекулярный азот и другие его соединения. Происходит также разложение органических удобрений и ухудшение окружающей среды вследствие неправильного длительного их хранения. Образуются газообразные продукты распада, обусловливающие неприятный запах. Это относится прежде всего к бесподстилочному навозу, который довольно часто на крупных животноводческих комплексах накапливается в больших количествах.

Большие возможности для изучения процессов превращения азотных удобрений в почве появились с внедрением изотопного метода с использованием 15N. Если в прежние годы процессам денитрификации в почве не придавалось практического значения, то с помощью этого метода установлено, что газообразные потери азотных удобрений за счет денитрификации составляют в среднем 24% и находятся в пределах от 9 до 50%.

Исследованиями, выполненными в ВИУА, показано, что применение ингибиторов нитрификации способствует сохранению азота удобрений в аммиачной форме и снижению их потерь на 10—12% по сравнению с внесением азотных удобрений без ингибиторов. Независимо от дозы ингибитора и способа внесения азотного удобрения (вразброс или лентой) нитрапирин способствовал снижению газообразных потерь, что связано со значительным торможением размножения нитрифицирующих бактерий.

Источником загрязнения атмосферного воздуха могут быть животноводческие комплексы. По данным Сибирского научно-исследовательского института сельхозстроя свинокомплекс мощностью 108 тыс. голов выбрасывает в атмосферу каждый час 1,5 млрд, микробных тел, 159 кг аммиака, 14,5 кг сероводорода, 25,9 кг пыли от кормов. Районам размещения крупных ферм, кроме неприятного запаха, свойственны повышенные концентрации аммиака в воздухе и бактерий.

Поэтому весьма важно правильно размещать животноводческие комплексы, иметь достаточную площадь для использования навоза, соблюдать научно обоснованные нагрузки поголовья скота на 1 га, правильно использовать стоки с поливной водой при дождевании, применять зеленые насаждения. Большое значение имеет соблюдение санитарно-защитных зон. В настоящее время для птицеводческих комплексов на 400—500 тыс. кур в год рекомендуется санитарно-защитная зона 2,5 км, для комплексов крупного рогатого скота на 10 тыс. голов — 3 км, для свиноводческих комплексов на 108 тыс. голов — до 5 км, при укрупнении комплексов до 216 и 432 тыс. голов — 10—15 км и более.

Бактериологические и химические анализы воздуха, почвы, стоков, навоза показали, что на расстоянии 100 м от свинарников воздух значительно загрязнен микроорганизмами (в среднем 8263 микроба в 1 м3), на расстоянии 400 м этот показатель уменьшился почти в 2 раза. В пробах воздуха на расстоянии 100 м от свинарников концентрация аммиака доходила до 3— 4 мг/м3 (ПДК 0,2 мг/м3), сероводорода — до 0,112мг/м3 (Г1ДК 0,008 мг/м3). Почва, взятая на глубине 15—25 см, на территории свиносовхоза по всем санитарно-бактериологическим показателям была сильно загрязненной.

В последние годы в отечественной и зарубежной печати появились предположения о возможном загрязнении атмосферы газообразными соединениями азота, которые образуются в результате денитрификации, аммонификации и нитрификации, происходящих в почве. Известно, что эти процессы приводят к образованию и выделению из почвы в атмосферу молекулярного азота, аммиака, закиси, окиси и двуокиси азота. Некоторые исследователи считают, что увеличение норм азотных удобрений, а следовательно, и потерь азота в атмосферу ускорит разрушение озоносферы. Основная масса озона находится в слое атмосферы на 10—50 км с максимумом в слое 20—25 км. Известно, что озоновый слой имеет большое значение для жизни живых организмов на земле, так как он поглощает значительное количество ультрафиолетовой радиации, которая в больших дозах вредна для всех живых организмов. Ученые США подсчитали, что потери азота в атмосферу достигают 10—50% от его поступлений в сельское хозяйство. Окислы азота разрушают озоновый экран земли. Увеличение их содержания на 20% уменьшит общее количество озона на 4%.

Однако, по заключению авторитетных международных организаций, эти опасения чрезмерно преувеличены и не имеют существенного практического значения. По заключению Всемирной метеорологической организации, поступление К2О в атмосферу, связанное, помимо всего прочего, с использованием удобрений, не вызовет отрицательного действия; удвоение содержания N2O в атмосфере может привести к сокращению количества озона лишь на 2% (Бюллетень Программы ООН по окружающей среде, 1979, № 1).

Несмотря на мнения и доводы международных органов о слабом воздействии на озоновый слой высоких темпов роста применения удобрений в сельском хозяйстве с точки зрения долговременных последствий, эти вопросы несомненно заслуживают внимания и требуют дальнейших глубоких исследований, тем более что существуют весьма противоречивые мнения. Недавние исследования, проведенные в штате США Калифорния, показали, что азотные удобрения потенциально благоприятствуют увеличению озонового слоя. Разложение азотных удобрений и осадка сточных вод с выделением свободных окислов азота повышают общее содержание озона.

Необоснованность суждения о том, что окислы азота, выделяемые при разложении азотных удобрений, разрушают озон, подтверждается также исследованиями Б. Н. Макарова и Л. Б. Геращенко (1978). На дерново-подзолистых среднесуглинистых почвах при разных дозах и формах азотных удобрений и под разные культуры определяли интенсивность выделения NO2 и NH3 из почвы в течение вегетационного периода. Наибольшее увеличение концентрации NO2 в приземном слое воздуха (от 2∙10-5 до 3∙10-4 об.%) наблюдалось над парующей почвой. Над посевами клевера и озимой пшеницы выделение N02 из почвы было значительно меньше, чем в пару. Концентрация NO2 в приземном слое воздуха над посевами колебалась от 4∙10-5 до 8∙10-6 об.%. Газообразные потери аммиака наблюдались в первые три недели после внесения аммиачных форм удобрений. Концентрация NH3 в приземном слое воздуха в отдельные дни повышалась до 14∙10-4 об.%.

За 20 дней после внесения удобрений (N120) выделилось следующее количество аммиака (в кг/га): при внесении Na — 0,28, извести + Na — 1,7, Nм — 1,1, извести + Nм — 1,4. Такое количество аммиака может повысить концентрацию NH3 в приземном слое воздуха на 0,003—0,02 об.%. За 2 месяца в атмосферу выделилось NO2 (в кг/га): на варианте без удобрений — 0,32, при внесении Na — 0,60; извести + Na — 1,48; Nм — 1,13; извести + Nм — 1,68. Это могло вызвать повышение концентрации NO2 в приземном слое воздуха (1 м) на 0,0015—0,0078 об.%. По существующим стандартам концентрация NO2 в воздухе не должна превышать 41∙10-5 об.%, NH4 26∙10-4 об.%. Следовательно, выделение аммиака и двуокиси азота из почвы не создает таких концентраций этих соединений в приземном слое воздуха.

Газообразные потери азота из почвы при внесении различных доз и форм азотных удобрений на дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, рассчитанные по выделению NO2, за три месяца составили (в кг/га): на контроле — 16,4, N60 — 32,7, N90 — 37,7 и N180 — 47,7. Из удобрений было потеряно: при N60 — 27% азота от внесенного количества, N30 — 23,6, N180 — 17,4%. При использовании нитратной формы азота отмечены более высокие газообразные потери азота удобрений, чем при внесении аммиачной и амидной форм.

В среднем газообразные потери азота удобрений в год внесения составили под растениями 19—27%, в пару 58—80%, на второй год соответственно 8—12% и 11—28%.

По данным 37 полевых опытов, проведенных с изотопом 15N на различных почвенных типах и под различными культурами, газообразные потери азота удобрений составили 27% от внесенного количества азота. При дозе азотных удобрений 90 кг/га потери азота в газообразной форме составили около 24 кг/га. Газообразные потери азота происходят в основном в форме молекулярного азота и закиси азота и лишь 1% от общих потерь в форме аммиака и двуокиси азота.

По данным Б. Н. Макарова и Л. Б. Геращенко (1978), выделение NO2 и NH3 из почвы незначительно влияет на концентрацию их в воздухе, поскольку выделяющиеся газы диффундируют и перемещаются конвекционными токами в верхние слои. По их мнению, газообразные потери азота почвы и удобрений в форме аммиака и двуокиси азота не представляют опасности для окружающей атмосферы.

Газообразные потери азота из почвы связаны с химическими превращениями минеральных удобрений в почве и в значительной мере являются следствием процесса денитрификации в почве. Основную долю потерь при денитрификации составляют N2 и N2O, в меньшей степени NO и NO3

Интенсивность процесса денитрификации зависит от свойств почвы, наличия энергетического материала, состава микрофлоры, питательного режима, гидротермических условий, вида применяемых азотных удобрений и т. д. Так, в Болгарии при поверхностном внесении мочевины в дозе N200 при температуре 20 °С улетучивалось 6,9—37,9% внесенного азота. На слабовыщелоченном черноземе его терялось 16%, на типичном — 21,7, на карбонатном — 30,9—37,9, на оподзоленном черноземе и серой лесной почве — 7—10%. В результате смены возделываемых культур газообразные потери менялись от 27—29 до 48—50% от внесенной дозы. Д. Динчев (1969) показал, что из нитратных удобрений выделялось больше азота, чем из аммонийных; потери его на карбонатном черноземе составили соответственно 32 и 27%, на выщелоченном — 34 и 25%, на серой лесной почве — 34 и 25%.

В опытах, выполненных в США, при pH почвы 4,6; 5,5 и 6,6 улетучивалось соответственно 11, 38 и 78% азота. С увеличением влажности почвы возрастало и улетучивание азота. Из необработанной незасеянной почвы при влажности 28—36% терялось 70% внесенного азота, при 20—28% — 46%, при 16—24% — 0,7%, а при 8—16% — лишь 0,5%. В тех же условиях на почвах, покрытых растительностью, потери составили соответственно 80%, 81, 17 и 1%. Рыхление участка способствовало снижению потерь азота до 19%, 16, 3 и 0,3%, а после его обработки и засева они свелись к минимуму: 2,7%, 7,1, 7,7 и 1% от внесенной дозы азота. При повышении температуры с 3 до 20 °С улетучивание азота возрастало с 0,8 до 33%. Подобное влияние температуры на этот процесс отмечено и болгарскими учеными: при 10 °С — 14,4%, при 20 °С — 18,6, при 35 °С — 32,2% внесенного азота. В опытах, проведенных в Австралии, при 10 °С потерь азота не наблюдалось, а с увеличением температуры до 15°С ежедневно улетучивалось 0—1,4 кг/га азота, до 25 °С — 3 кг/га независимо от формы азотного удобрения.

Совместными исследованиями агрохимиков стран — членов СЭВ показано, что улетучивание азота из почвы зависит от многих факторов: формы азотного удобрения, наличия растительного покрова, сроков внесения и способов заделки удобрений, норм азота, совместного внесения азотных удобрений и соломы и др. Например, в зависимости от формы азотного удобрения потери азота были следующие: от аммиака 14,7%, сульфата аммония 20,1, мочевины 24,5, нитрата калия — кальция 32,1%. Нитратная форма азота легче подвергается процессам денитрификации.

Исследования показывают, что потери азота существенно снижает растительный покров. Так, в опытах Бобрицкой и Москаленко под ячменем потери составили 16,6%, а без растительного покрова — 31,5%. В опытах Макарова и Патрикеева (1974) потери азота сульфата аммония под ячменем составляли 26%, а без растений — 40%. В среднем улетучивание азота из одной и той же почвы под разными культурами составило: под ячменем 20,9%, яровой пшеницей 23,8%, овсом 19,4%, льном 31,7% и картофелем — 35,2%. Опыты показали, что с увеличением норм удобрений возрастают и потери азота. Так, при внесении N90 терялось 40,5% азота, N200 — 23,9, N300 — 35%, N450 — 65%.

По данным П. М. Смирнова и др. (1972), при разделении нормы азота, аммиачной селитры и сульфата аммония на две равные дозы, вносимые весной и осенью, потери его составляли 47,8%, при разделении на три дозы — 34,7% от внесенного количества. В другом опыте при предпосевном внесении сульфата аммония потери азота составили 28,1%, при внесении в фазу колошения или цветения пшеницы и овса соответственно 45,8 и 44,7%. Внесение соломы в сочетании с азотными удобрениями существенно снижало потери азота — с 32,2 до 18%.

Значительные потери аммиачного азота возможны в результате химического взаимодействия аммонийных солей с карбонатами и другими щелочными соединениями почвы. Это подтверждается многочисленными отечественными и зарубежными опытами. Исследования З. Р. Мовсумова (1978) показали, что потери аммиачного азота возрастают на карбонатных и щелочных почвах. Кроме того, потери зависят от формы азотного удобрения. Так, через месяц после внесения удобрений потери азота при внесении аммиачной селитры составили 11,5%, сульфата аммония—14,7%, мочевины — 20,1% от внесенного количества, через 2 месяца соответственно 14,3%, 16,1 и 26,1%. Следовательно, основная часть азота теряется в первый месяц после внесения, затем выделение аммиака значительно снижается, поскольку большая часть азота переходит в нитратную форму. Заделка удобрений в почву существенно снижает потери азота. Так, при поверхностном внесении сульфата аммония через 2 месяца терялось 14,3% азота, при внесении на глубину 5 см — 6,7%, мочевины — соответственно 26,1 и 15,5%.

Потери азота возрастают с повышением температуры и карбонатности почвы. С повышением температуры с 20 до 40 °С потери азота увеличивались в 4—5 раз (с 1,12—1,63% до 4,49—7,50%). Из каштановой почвы, содержащей 3,5% СO2, выделялось 4,8% азота, а из горно-лесной с содержанием 7,1% СO2 — 9,6%.

В ФРГ проведены обстоятельные исследования условий потерь аммиака при разных способах внесения азотных удобрений в почву. Опыты проводили на семи почвах с pH 5,5—7,6 и содержанием CaCO3 0,1—29,6%. При pH>6 отмечены высокие потери NH3 —N на поверхности почвы. По мере увеличения глубины внесения азотного удобрения они резко сокращались. Определяющим фактором была нитрификационная способность почвы. При ее высоких показателях потери резко снижались. В подпочве потери NH3 — N определялись наличием и активностью уреазы, а также деятельностью бактерий-нитрификаторов. При недостаточной активности уреазы внесенная мочевина разлагалась медленнее, соответственно меньше выделялось и терялось азота аммиака. В почве под культурой концентрации аммония снижались вследствие поглощения азота растениями, улетучивание же аммиака в этом случае было меньшим. Газообразные потери аммиака снижались при внесении компоста из соломы и сырых листьев сахарной свеклы. Газообразные потери аммиака в известной мере снижались под действием суперфосфата. Они были значительно меньшими также при внесении мочевины с серой и сульфата аммония.

Улетучивание аммиака зависит и от способа орошения. При дождевании мочевина перемещается по профилю почвы, что снижает газообразные потери азота. При подземном же орошении потери аммиачного азота вдвое больше и достигают 34,2% от внесенного количества. На потери азота оказывает влияние и нитрификационная способность почвы. Даже на почвах с высоким содержанием кальция (почва Туниса, содержащая 29,6% CaCO3) потери аммиачного азота были низкими вследствие высокой тарификационной способности этой почвы.

Таким образом, на основании данных многочисленных исследований мероприятиями, способствующими предотвращению потерь азота в окружающую среду, являются следующие: оптимальные дозы азотных удобрений под каждую культуру севооборота, правильные сроки их внесения, заделка удобрений в почву при вспашке, культивации или дисковании, выбор форм азотных удобрений с учетом их свойств, требований культуры, а также почвенно-климатических условий. Особое внимание подбору форм удобрений должно быть уделено при их внесении в условиях орошения, где важно также сочетание оптимального режима орошения и удобрения. Необходимо соблюдать правильную технологию применения бесподстилочного навоза с учетом агрономических и санитарно-гигиенических требований. Следует учитывать, что газообразные потери азота значительно снижают растительный покров.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.



Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: