Вплив азотних добрив на накопичення нітратів та якість продукції

Поведінка нітратів у ґрунті та фактори їх накопичення в урожаї

Азотні добрива відіграють ключову роль у формуванні урожайності сільськогосподарських культур. При грамотному їх застосуванні активізується ріст не тільки надземної біомаси, а й кореневої системи. Кореневі рештки збагачують ґрунт органічною речовиною, суттєво розпушують його та покращують водно-фізичні властивості. Однак незбалансоване внесення азоту призводить до деградації агроекосистеми та зниження якості продукції.

Будь-які форми азотних добрив у ґрунті неминуче трансформуються в нітрати. Це найбільш рухлива форма азоту, що не зв’язується ґрунтово-поглинальним комплексом. Нітратний азот вільно переміщується ґрунтовим профілем разом із капілярною та гравітаційною водою, створюючи ризики вимивання та забруднення довкілля.

Накопичення нітратів у тканинах рослин відбувається через гальмування біосинтезу складних органічних сполук (насамперед білків). На швидкість цього процесу прямим чином впливають зовнішні умови та рівень агротехніки. До факторів, що стимулюють накопичення нітратів, належать:

• недостатня освітленість та скорочення довжини світлового дня;
• дисбаланс елементів мінерального живлення;
• кліматичні стреси — заморозки, посуха або сильне притінення посівів;
• завищені норми внесення азотних добрив у несприятливі роки.

Частка азотних добрив серед усіх факторів, що визначають накопичення нітратів у рослинній продукції, становить 50 %. Решта обсягу ризиків припадає на строки внесення, час сівби та погодні умови вегетаційного періоду.

• Допустима доза нітратів для людини — 5 мг/кг маси тіла
• Порогова доза нітрит-іона — 0,05 мг/кг маси тіла
• Максимальне добове споживання нітратів (ВООЗ) — 200 мг/день
• Максимальне добове споживання нітритів (ВООЗ) — 10 мг/день
• ГДК нітратів у воді (помірні широти) — 22 мг/л
• ГДК нітратів у воді (тропіки) — 10 мг/л

Ризики для здоров’я людини, норми ГДК та втрати азоту від вимивання

При потраплянні з їжею або питною водою в організм людини і тварин нітрати відновлюються до нітритів, нітрозоамінів та нітрозоамідів. Ці сполуки окислюють двовалентне залізо гемоглобіну в тривалентне з утворенням метгемоглобіну, не здатного переносити кисень. Розвивається гіпоксія: людина відчуває задуху і млявість, шкірні покриви набувають блакитного відтінку, частішають дихання і пульс.

Для запобігання отруєнням та контролю якості продукції встановлено жорсткі нормативи гранично допустимої концентрації (ГДК) нітратів у сільгоспкультурах. Рівень накопичення суттєво різниться залежно від біологічних особливостей культури та умов вирощування.

Втрати азоту з орних ґрунтів у результаті вимивання переважають у зонах із надмірним зволоженням і проявляються слабше на ґрунтах із періодично промивним режимом. При внесенні надлишкових доз туків не тільки втрачається діюча речовина, а й різко зростає екологічне навантаження на вододжерела.

Внесення добрив посилює інтенсивність денітрифікаційних процесів і призводить до випаровування азоту. Втрати азоту добрив у вигляді полуоксиду азоту можуть сягати 50 %.

Полуоксид азоту, що утворюється в результаті денітрифікації, здатний руйнувати озоновий шар атмосфери, який захищає поверхню Землі від прямого потрапляння згубних для всього живого ультрафіолетових променів. Окислюючись озоном, полуоксид азоту приєднує молекулу води й утворює азотну та азотисту кислоти, які випадають з атмосферними опадами на сушу та поверхню Світового океану.

При внесенні підвищених норм азотних добрив, особливо фізіологічно кислих, посилюється міграція за профілем ґрунту гумінових та фульвокислот, катіонів кальцію і магнію, порушується живлення рослин калієм. Втрати Са і Мg, їх міграція також збільшуються при внесенні добрив, що містять нітрати і хлориди. Ці аніони не утримуються ґрунтовим поглинальним комплексом, їх вимивання супроводжується виносом з орного шару ґрунту еквівалентної кількості катіонів кальцію, магнію та інших елементів, необхідних рослинам.

Високі норми азотних добрив знижують використання азоту ґрунту, пригнічуючи азотфіксацію вільноживучими ґрунтовими мікроорганізмами та бульбочковими бактеріями. При внесенні високих норм азотних добрив значно посилюється мінералізація природних запасів органічних азотистих сполук, в результаті якої можуть виявитися невикористаними надлишкові кількості мінерального азоту, утвореного в результаті мінералізації органічної речовини.

Встановлено, що з ґрунту може втрачатися у газоподібній формі до 75 % азоту, внесеного з добривами. Посіви сільськогосподарських культур, що мають незбалансований рівень азотного живлення, як правило, схильні до вилягання, сильніше уражаються хворобами та шкідниками. Крім того, необхідно зазначити, що з азотними добривами в ґрунт надходить певна кількість баластних речовин, у т. ч. важкі метали, такі як свинець, кадмій, мідь і цинк. Таким чином, одностороннє застосування азотних добрив становить велику небезпеку для навколишнього середовища.

Комплексна оцінка процесів нітратонакопичення в рослинах, здійснена В.М. Назарюком (2004), показала, що їх інтенсивність зумовлена взаємодією ряду природних та антропогенних факторів, які можна представити у вигляді блок-схеми.

«Показники, що характеризують процеси інтенсивної акумуляції нітратів у продукції, – пише В.М. Назарюк (2004), – взаємопов'язані та взаємозумовлені.

• Природний вплив пов'язаний з гідротермічними умовами та рівнем родючості ґрунту.
• Антропогенний вплив, що викликає надлишок нітратів у рослинах, зумовлений:
  • відхиленнями у дотриманні вимог до агротехнічних заходів;
  • недостатньо правильним підбором генотипу сорту для конкретних ґрунтово-кліматичних умов;
  • неврахуванням біологічних особливостей культури;
  • порушеннями у живленні азотом та зольними елементами.

  Показники нітратонакопичення належним чином відображають як інтенсивність впливу окремого фактора, так і внесок головних блоків (ґрунт, добриво, фізіологічно активні речовини та сорбенти, генотип рослини) у регуляцію процесів нітратонакоп-

  Важкі метали – 1) група хімічних елементів, що мають густину понад 5 г/cм3;

  2) метали з відносною атомною масою понад 40.

  Рис. 117. Фактори, що впливають на акумуляцію нітратів у рослинах. У дужках подано зміни у вмісті нітратів накопичення в рослинах. Практично всі представлені на схемі антропогенні фактори, пов'язані з надлишковим накопиченням нітратів у продукції, можна значною мірою використовувати для регуляції азотного живлення і, як наслідок, для управління азотним обміном у рослинах, щоб не допускати погіршення якості врожаю. Найсильніший вплив на акумуляцію нітратів у продукції мають надлишкові дози азотних добрив, генотип сорту та біологічні особливості культури. При цьому, якщо культуру і сорт можна підбирати тільки перед сівбою, то азотне живлення піддається регуляції протягом усього вегетаційного періоду. Це дозволяє оперативно втручатися в хід продукційного процесу рослин і регулювати тим самим акумуляцію нітратів у продукції".