Влияние азотных удобрений на накопление нитратов и качество продукции
8 мин чтения
Поведение нитратов в почве и факторы их накопления в урожае
Азотные удобрения играют ключевую роль в формировании урожайности сельскохозяйственных культур. При грамотном их применении активизируется рост не только надземной биомассы, но и корневой системы. Корневые остатки обогащают почву органическим веществом, существенно разрыхляют её и улучшают водно-физические свойства. Однако несбалансированное внесение азота приводит к деградации агроэкосистемы и снижению качества продукции.
Любые формы азотных удобрений в почве неизбежно трансформируются в нитраты. Это наиболее подвижная форма азота, не связываемая почвенно-поглощающим комплексом. Нитратный азот свободно перемещается по почвенному профилю вместе с капиллярной и гравитационной водой, создавая риски вымывания и загрязнения окружающей среды.
Нитраты — естественный элемент круговорота азота в природе и обязательный компонент питания растений. Они присутствуют в почве даже при полном отказе от минеральных удобрений, поэтому задача агронома — контролировать их уровень и не допускать превышения ПДК.
Накопление нитратов в ткани растений происходит из-за торможения биосинтеза сложных органических соединений (в первую очередь белков). На скорость этого процесса прямым образом влияют внешние условия и уровень агротехники. К факторам, стимулирующим накопление нитратов, относятся:
- недостаток освещенности и сокращение длины светового дня;
- дисбаланс элементов минерального питания;
- климатические стрессы — заморозки, засуха или сильное притенение посевов;
- завышенные нормы внесения азотных удобрений в неблагоприятные годы.
Доля азотных удобрений среди всех факторов, определяющих накопление нитратов в растительной продукции, составляет 50 %. Остальной объем рисков приходится на сроки внесения, время посева и погодные условия вегетационного периода.
- Допустимая доза нитратов для человека — 5 мг/кг массы тела
- Пороговая доза нитрит-иона — 0,05 мг/кг массы тела
- Максимальное суточное потребление нитратов (ВОЗ) — 200 мг/день
- Максимальное суточное потребление нитритов (ВОЗ) — 10 мг/день
- ПДК нитратов в воде (умеренные широты) — 22 мг/л
- ПДК нитратов в воде (тропики) — 10 мг/л
Риски для здоровья человека, нормы ПДК и потери азота от вымывания
При попадании с пищей или питьевой водой в организм человека и животных нитраты восстанавливаются до нитритов, нитрозоаминов и нитрозоамидов. Эти соединения окисляют двухвалентное железо гемоглобина в трёхвалентное с образованием метгемоглобина, не способного переносить кислород. Развивается гипоксия: человек чувствует удушье и вялость, кожные покровы приобретают голубоватый оттенок, учащаются дыхание и пульс.
Замещение 20 % гемоглобина метгемоглобином приводит к анемии, а 80 % — к летальному исходу. У крупного рогатого скота при избытке нитратов в кормах или воде фиксируются аборты, резкое снижение молочной продуктивности, хромота и неподвижность.
Для предотвращения отравлений и контроля качества продукции установлены жесткие нормативы предельно допустимой концентрации (ПДК) нитратов в сельхозкультурах. Уровень накопления существенно различается в зависимости от биологических особенностей культуры и условий выращивания.
| Продукция | Открытый грунт | Защищенный грунт |
|---|---|---|
| Картофель | 250 | — |
| Капуста кочанная ранняя | 900 | — |
| Капуста кочанная поздняя | 500 | — |
| Томаты | 150 | 300 |
| Огурцы | 150 | 400 |
| Свекла столовая | 1400 | — |
| Морковь ранняя | 400 | 400 |
| Морковь поздняя | 250 | — |
| Лук репчатый | 80 | — |
| Лук на перо | 600 | 800 |
| Листовые овощи | 2000 | 3000 |
| Перец сладкий | 200 | 400 |
| Кабачки | 400 | 400 |
| Яблоки, груши | 60 | — |
| Дыни | 90 | — |
| Арбузы | 60 | — |
| Виноград | 60 | — |
Потери азота из пахотных почв в результате вымывания преобладают в зонах с избыточным увлажнением и проявляются слабее на почвах с периодически промывным режимом. При внесении избыточных доз туков не только теряется действующее вещество, но и резко возрастает экологическая нагрузка на водоисточники.
| Регион / Зона | Коэффициент увлажнения (КУ = Р/E0) | Данные по вымыванию и потерям азота |
|---|---|---|
| В среднем по территории | (2,85) | 3156 | 90 | 131267 | 0,7 |
| Зона избыточного увлажнения | (5,75) | 1270 | 73 | 30789 | 2,4 |
| Северо-Западный регион | ≥1,33 | 6 | 30 | 64 | 36 | 14,6 | 85 | 12,4 | 210 | 26 | 3501 | 7,4 |
| Центральный регион | 1,00–1,33 | 5 | 25 | 83 | 17 | 8,4 | 60 | 5,0 | 625 | 31 | 14571 | 2,1 |
| Волго-Вятский регион | — | 4,7 | 23,5 | 87 | 13 | 7,1 | 55 | 3,9 | 286 | 11 | 7571 | 1,5 |
| Центрально-Черноземный регион | (1,13) | 362 | 4,1 | 10693 | 0,4 |
| Черноземный район 1 | 0,77–1,15 | 4,3 | 21,5 | 98 | 2 | 4,6 | 45 | 2,1 | 71 | 1,5 | 1968 | 0,8 |
| Черноземный район 2 | 0,77–1,15 | 4,3 | 21,5 | 98 | 3 | 4,6 | 45 | 2,1 | 51 | 1,1 | 1647 | 0,7 |
| Черноземный район 3 | 0,77–1,15 | 4,3 | 21,5 | 98 | 2 | 4,6 | 45 | 2,1 | 69 | 1,5 | 2265 | 0,7 |
| Поволжский регион | (0,89) | 462 | 4,1 | 29439 | 0,1 |
| Поволжский район 1 | 0,77–1,15 | 4,3 | 21,5 | 97 | 3 | 4,8 | 45 | 2,2 | 60 | 1,3 | 2528 | 0,5 |
| Поволжский район 2 | 0,77–1,15 | 4,3 | 21,5 | 84 | 16 | 7,1 | 45 | 3,2 | 89 | 2,8 | 3752 | 0,8 |
| Уральский регион | (2,03) | 237 | 4,8 | 17572 | 0,3 |
| Уральский район 1 | 1,00–1,33 | 5 | 25 | 95 | 5 | 6,0 | 60 | 3,6 | 47 | 1,7 | 2061 | 0,8 |
| Уральский район 2 | 1,00–1,33 | 5 | 25 | 98 | 2 | 5,4 | 60 | 3,2 | 57 | 1,8 | 1531 | 1,2 |
| Уральский район 3 | 0,77–1,33 | 4,5 | 22,4 | 90 | 10 | 6,3 | 45 | 2,8 | 46 | 1,3 | 1555 | 0,8 |
| Западно-Сибирский регион | (0,95) | 190 | 1,8 | 19456 | 0,1 |
| Западно-Сибирский район 1 | 1,00–1,33 | 5 | 25 | 99 | 1 | 5,2 | 60 | 3,1 | 21 | 0,7 | 671 | 1,0 |
| Западно-Сибирский район 2 | 0,66–1,33 | 4,3 | 21,5 | 93 | 7 | 5,5 | 45 | 2,5 | 43 | 1,1 | 1719 | 0,6 |
| Дальневосточный регион | 1,33 | 6 | 30 | 98 | 2 | 6,5 | 85 | 5,5 | 128 | 7 | 3071 | 2,3 |
Внесение удобрений усиливает интенсивность денитрификационных процессов и приводит к улетучиванию азота. Потери азота удобрений в виде полуоксида азота могут достигать 50 %.
Полуоксид азота, образуемый в результате денитрификации, способен разрушать озоновый слой атмосферы, предохраняющий поверхность Земли от прямого попадания губительных для всего живого ультрафиолетовых лучей. Окисляясь озоном, полуоксид азота присоединяет молекулу воды и образует азотную и азотистую кислоты, которые выпадают с атмосферными осадками на сушу и поверхность Мирового океана.
При внесении повышенных норм азотных удобрений, особенно физиологически кислых, усиливается миграция по профилю почвы гуминовых и фульвокислот, катионов кальция и магния, нарушается питание растений калием. Потери Са и Мg, их миграция также увеличиваются при внесении удобрений, содержащих нитраты и хлориды. Эти анионы не удерживаются почвенным поглощающим комплексом, их вымывание сопровождается выносом из пахотного слоя почвы эквивалентного количества катионов кальция, магния и других элементов, необходимых растениям.
Высокие нормы азотных удобрений снижают использование азота почвы, подавляя азотфиксацию свободноживущими почвенными микроорганизмами и клубеньковыми бактериями. При внесении высоких норм азотных удобрений значительно усиливается минерализация природных запасов органических азотистых соединений, в результате которой могут оказаться неиспользованными избыточные количества минерального азота, образованного в результате минерализации органического вещества.
Установлено, что из почвы может теряться в газообразной форме до 75 % азота, внесенного с удобрениями. Посевы сельскохозяйственных культур, имеющие несбалансированный уровень азотного питания, как правило, подвержены полеганию, сильнее поражаются болезнями и вредителями. Кроме того, необходимо отметить, что с азотными удобрениями в почву поступает определенное количество балластных веществ, в т. ч. тяжелые металлы, такие как свинец, кадмий, медь и цинк. Таким образом, одностороннее применение азотных удобрений представляет большую опасность для окружающей среды.
Комплексная оценка процессов нитратонакопления в растениях, произведенная В.М. Назарюком (2004) показала, что их интенсивность обусловлена взаимодействием ряда природных и антропогенных факторов, которые можно представить в виде блок-схемы.
«Показатели, характеризующие процессы интенсивной аккумуляции нитратов в продукции, – пишет В.М. Назарюк (2004), – взаимосвязаны и взаимообусловлены.
- Природное воздействие связано с гидротермическими условиями и уровнем почвенного плодородия.
- Антропогенное влияние, вызывающее избыток нитратов в растениях, обусловлено:
- отклонениями в соблюдении требований к агротехническим мероприятиям;
- недостаточно правильным подбором генотипа сорта для конкретных почвенно-климатических условий;
- недоучетом биологических особенностей культуры;
- нарушениями в питании азотом и зольными элементами.
Показатели нитратонакопления в должной мере отражают как интенсивность воздействия отдельного фактора, так и вклад главных блоков (почва, удобрение, физиологически активные вещества и сорбенты, генотип растения) в регуляцию процессов нитратонакоп-
Тяжелые металлы – 1) группа химических элементов имеющих плотность более 5 г/cм3;
2) металлы с относительной атомной массой более 40.
Рис. 117. Факторы, влияющие на аккумуляцию нитратов в растениях. В скобках даны изменения в содержании нитратов копления в растениях. Практически все представленные на схеме антропогенные факторы, связанные с избыточным накоплением нитратов в продукции, можно в значительной степени использовать для регуляции азотного питания и, как следствие, для управления азотным обменом в растениях, чтобы не допускать ухудшения качества урожая. Наиболее сильное воздействие на аккумуляцию нитратов в продукции оказывают избыточные дозы азотных удобрений, генотип сорта и биологические особенности культуры. При этом, если культуру и сорт можно подбирать только перед посевом, то азотное питание поддается регуляции в течение всего вегетационного периода. Это позволяет оперативно вмешиваться в ход продукционного процесса растений и регулировать тем самым аккумуляцию нитратов в продукции".
Читайте также
Агрохимия Студенту
Классификация азотных удобрений и особенности их внесения в почву
Теплицы и укрытия Дачнику