Экологические аспекты применения минеральных удобрений

ФГБОУ ФПО СТАВРОПОЛЬСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

77-я студенческая научно - практическая конференция

«Молодые аграрии Ставрополья»

Секция «Молодёжь, наука, творчество»  факультет защиты растений

Экологические аспекты

применения  минеральных удобрений

Творческая работа Ларкина Никиты

ученика 8а класса МКОУ СОШ №14

пос. Пятигорский Предгорного района
Ставропольского края

Руководитель: Балацкая Татьяна Алексеевна

учитель химии и биологии

2012 - 2013 учебный год

С детства мы знаем много сказок, в которых упоминается скатерть-самобранка. Фантазия это или реальность? В современном представлении скатерть-самобранка – это ухоженная, плодородная земля, благодаря которой наш стол полон яств. А как этого добиться?

     Много веков занимает людей этот вопрос. Мы живем уже в XXI веке, нас на Земле больше 6 млрд человек. С ростом населения растут и потребности. Возможно, ли воплотить в реальность сказочную мечту о скатерти-самобранке?

     В настоящее время из средств массовой информации мы узнаем, что ситуация печальная. На больших территориях нашу «больную» почву разрушает эрозия, безудержно применяются удобрения и пестициды, часто нарушается технология орошения. Чтобы повысить урожайность почвы, в нее вносят все больше и больше удобрений. Обыкновенный кочан капусты, попав на наш стол, может оказаться «миной замедленного действия»: вызвать расстройство желудка, отравить организм, подавить его жизненно важные функции, ухудшить способность крови обеспечивать клетки кислородом, дать толчок к возникновению онкологических заболеваний. Виновники – нитраты.

     Каким же образом можно перевести сельское хозяйство из разряда загрязненных в разряд экологически чистых?

     В естественных условиях осуществляется непрерывный круговорот химических элементов. После того как растение погибает, элементы, взятые им из почвы, вновь возвращаются в нее в результате деятельности микроорганизмов. Но человек, собирая урожай, забирает все химические элементы, использованные растением: N, Р, K, Са, Мn и др. Это длится в течение многих лет и приводит к истощению почвы. Если пользоваться простейшими минеральными удобрениями (селитра, мочевина, суперфосфаты) и умеренно их вносить, то почва обогащается полезными для растений веществами.

Но на сегодняшний день технология производства удобрений такова, что в их составе имеется целый букет тяжелых металлов, включая ртуть. Дозы вносимых удобрений до сих пор составлены без учета потребностей в питательных веществах выращиваемых культур.

       В середине XIX в. химик Ю.Либих писал: «Продавая урожай со своего поля, крестьянин продает само поле». Он доказывал, что химия может и должна помочь крестьянину вернуть поле. Как показывают примерные расчеты, с урожаем ежегодно уносится с каждого гектара около 22,2 кг азота, 8,7 кг P2O5, 2,5 кг K2О. Урожайность зависит, прежде всего, от наличия в почве таких питательных элементов, как азот, фосфор и калий. Следовательно, в почву надо вносить эти элементы, чтобы восполнить их убыль. Нужно принять во внимание, что из всего количества внесенных минеральных удобрений сельскохозяйственные растения используют лишь 40–50%, остальное вымывается из почвы в водоемы и улетучивается в атмосферу. Химикатов накопилось в земле так много, что потребуется несколько десятилетий, чтобы они разложились. Согласно закону растущей урожайности, совершенствование агротехнических приемов ведет к увеличению урожая, но не беспредельно. Есть одно важное обстоятельство – плодородие почвы бесконечно увеличивать невозможно.

        Вещества, содержащие три питательных элемента – азот, фосфор, калий – и способные в почвенном растворе диссоциировать на ионы, называются минеральными удобрениями. Минеральные удобрения принято классифицировать по двум признакам:

1) по питательному элементу;

2) по числу питательных элементов.

По первому признаку выделяют азотные, фосфорные, калийные удобрения, по второму – простые, содержащие один питательный элемент, и комплексные, содержащие два или три питательных элемента. Комплексные удобрения делят на сложные и смешанные.

Сложные удобрения – это комплексные удобрения, в которых атомы питательных элементов образуют химические связи. Сложное удобрение – это одно вещество, его состав выражен одной химической формулой.

Смешанные удобрения – это комплексные удобрения, которые представляют собой смеси нескольких (двух-трех) различных веществ.

Почему растениям необходимы питательные элементы N, Р, K и как они их получают. Азот необходим растениям для строительства белка. Поэтому почву с давних времен удобряют навозом или вносят минеральные удобрения, содержащие азот. Азотные удобрения – это соли азотной кислоты, соли аммония и мочевина. К ним относятся: натриевая селитра NaNO3, аммиачная селитра NН4NO3, кальциевая селитра Са(NO3)2, карбамид СО(NH2)2. Формула карбамида не похожа ни на одну другую. Часть слова «карб» взята из латинского названия углерода «карбонеум», а группу NН2 называют «амид», отсюда название удобрения – карбамид.

Азотные удобрения представляют собой белые или желтоватые кристаллические порошки (кроме жидких удобрений), которые хорошо растворимы в воде, не поглощаются или слабо поглощаются почвой. Большинство из них обладает высокой гигроскопичностью и требует особой упаковки и хранения.

Если мы видим, что растения отстают в росте, их листья приобретают грязно-зеленый цвет с фиолетовым оттенком, то мы делаем вывод о нехватке в почве фосфора.

Фосфор является жизненно важным элементом для всех живых организмов, включая человека. Судите сами: твердость скелету придает ортофосфат кальция Сa3(РО4)2, содержится фосфор также в составе мышечной, нервной и мозговой тканей. Источником фосфора для людей и животных является растительная пища. А растения могут расти в том случае, если в почве есть фосфаты. Следовательно, в почву необходимо вносить фосфорные удобрения. Фосфорные удобрения – это соли фосфорной кислоты, которая образует три вида солей: фосфаты, гидрофосфаты и дигидрофосфаты.

Самое дешевое удобрение – фосфоритная мука, состав которой выражается формулой Са3(РО4)2. Тонко измельченный природный фосфорит нерастворим в воде, поэтому применяется он на кислых, подзолистых, торфяных, серых и лесных почвах, т. е. почвах, которые могут растворить этот фосфат. К растворимым фосфорным удобрениям относятся простой и двойной суперфосфаты, основу которых составляет Са(Н2РО4)2. Состав простого суперфосфата – Са(Н2PO4)2 + 2СаSO4 (содержит балласт – СаSO4). В двойном суперфосфате сульфата кальция нет. Растворимые в воде, доступные растениям простой и двойной суперфосфаты подкисляют почву. Поэтому для снижения кислотности почвы ее известкуют.

Удобрение, содержащее гидрофосфат кальция СаНРО4•2Н2О, называют преципитатом. Это кристаллогидрат, содержащий в 1 моль удобрения 2 моль воды. Применяют его только на кислых почвах, т.к. он малорастворим в воде.

Калийные удобрения также необходимы для питания растений. Недостаток калия в почве заметно уменьшает урожай и устойчивость к неблагоприятным условиям. Важнейшими калийными удобрениями являются:

сырые соли, представляющие собой размолотые природные соли, преимущественно минералы сильвинит NaCl•KСl и каинит KCl•МgSO4•3H2О;

древесная и торфяная зола, содержащие поташ K2СО3;

концентрированные удобрения, получаемые в результате переработки природных калийных солей: KСl и K2SO4.

Хлорид калия – белый мелкокристаллический продукт. его недостаток – слеживаемость, но ее можно предотвратить глубокой сушкой (содержание влаги 0,1–0,2%), а также грануляцией. Сульфат калия совершенно не гигроскопичен и не слеживается.

Избыток в почве нитратов ухудшает качество выращиваемых овощей, фруктов, зерновых культур и др. При потреблении в повышенных количествах нитраты в пищеварительном тракте частично восстанавливаются до нитритов (более токсичных соединений), последние при поступлении в кровь могут вызвать метгемоглобинемию. Кроме того, из нитритов в присутствии аминов могут образовываться N-нитрозамины, обладающие канцерогенной активностью (способствуют образованию раковых опухолей).

Из всего сказанного можно сделать вывод о последствиях употребления некачественных продуктов:

• развитие онкологических заболеваний;

• появление заболевания, при котором кровь не способна удерживать кислород, – метгемоглобинемии (кислородного голодания);

• нарушение деятельности щитовидной железы и др.

Корневые системы всех без исключения растений хорошо усваивают нитраты. В результате участия ферментов и углеводов происходит восстановление нитратов до аммиака через нитриты:

Образующийся аммиак взаимодействует с органическими кислотами, в результате получаются аминокислоты – строительный материал для белков:

NH3 + органическая кислота  аминокислота.

Содержание белков в продукции определяет ее пищевую ценность. Значит, земледелец должен добиваться наиболее полного перехода минерального азота, поступившего в растение, в состав органических веществ.

Заметим, что при недостатке азота растение медленно растет, имеет мелкие, бледные, преждевременно желтеющие листья. При избытке азота бурно развивается вегетативная часть растений, а генеративная (наряду с клубнями и корнеплодами) оказывается в угнетенном состоянии. Если в почве избыток нитратов, то они не успевают полностью превратиться в аминокислоты. Нитраты по корню поднимаются и могут осесть в любой части растения. Они превращаются в нитриты и отравляют организм. Кроме того, избыток соединений азота вымывается из верхнего слоя водой и просачивается в грунтовые воды. Далее они попадают в наш дом с обыкновенной питьевой водой.

Каковы же основные источники пищевых нитратов? Практически это исключительно растительные продукты. В животных продуктах (мясо, молоко) содержание нитратов весьма незначительно. Максимальное накопление нитратов происходит в период наибольшей активности растений при созревании плодов.

Чаще всего наибольшее содержание нитратов в растениях бывает перед началом уборки урожая. Незрелые овощи (кабачки, баклажаны, огурцы, картофель), а также овощи раннего созревания могут содержать нитратов больше, чем достигшие нормальной уборочной зрелости, когда произошло полное превращение соединений азота в белки. Удобрять растения азотными удобрениями желательно не позднее, чем за 2–3 недели до уборки урожая. Кроме того, полному превращению нитратов в белки препятствуют плохая освещенность, избыточная влажность и несбалансированность питательных элементов (недостаток фосфора и калия).

По способности накапливать нитраты растения можно разделить на пять групп – по содержанию в 1 кг продукции:

• больше 5 г (все виды салатов, петрушка, редис);

• до 5 г (шпинат, редька, кольраби, свекла, зеленый лук);

• до 4 г (белокочанная капуста, морковь, репчатый лук);

• до 3 г (лук-порей, ревень, укроп, тыква);

• менее 1 г (огурцы, арбузы, дыни, помидоры, баклажаны, картофель).

 Как распределяются нитраты в различных овощах

1) У свеклы нитраты сконцентрированы в верхней части корнеплода – до 65%;

2) у моркови: в сердцевине – 90% и в наружной части – 10%;

3) у капусты – в кочерыжке и в толстых черешках листьев;

4) у картофеля в мелких клубнях нитратов больше, чем в крупных, сосредоточены они под кожурой (поэтому необходимо чистить не экономя);

5) маленькие огурцы содержат нитратов меньше, чем большие, в огурце, сорванном утром, нитратов меньше.

Что же делать, если в продуктах присутствует избыток нитратов?

Взрослый человек нормально переносит 150–200 мг нитратов в день, а 500 мг – предельно допустимая для него доза. Для грудного ребенка токсичны уже 10 мг.

Практические советы

1. Тщательное промывание овощей и фруктов уменьшает содержание нитратов на 10%, а механическая очистка – на 15–20%.

2. Зелень (петрушку, укроп, салат и др.) необходимо поставить, как букет, в воду на прямой солнечный свет. В таких условиях нитраты в листьях в течение 2–3 ч полностью перерабатываются и потом практически не обнаруживаются. После этого зелень можно без опасения употреблять в пищу.

3. Свеклу, кабачки, капусту, тыкву и другие овощи перед приготовлением необходимо нарезать мелкими кубиками и 2–3 раза залить теплой водой, выдерживая по 5–10 мин. (Нитраты хорошо растворимы в воде (особенно теплой) и вымываются из овощей.)

4. Варка овощей снижает содержание нитратов на 50–80%.

5. Квашение, соление, консервирование и маринование способствуют снижению нитратов на 60–70%.

6. Нейтрализовать поступившие в организм нитраты могут ягоды черной и красной смородины, зеленый чай, а также аскорбиновая кислота (по 0,3–0,4 г в сутки).

Рекомендации по предотвращению отравления нитратами:

1) варка овощей;

2) очистка от кожуры;

3) удаление участков наибольшего скопления нитратов;

4) вымачивание.

Для того чтобы вы могли самостоятельно определить наличие в продуктах нитратов, предлагаю вам провести дома опыт «Нитраты в продуктах». Для этого нужен риванол, физиологический раствор (0,9%-й раствор поваренной соли) и разбавленная соляная кислота.

Опыт «Нитраты в продуктах». 2 мл разведенного продуктового сока, взятого из средней части плода, смешать с 1 мл солянокислого раствора риванола и добавить цинковый порошок. Если в растворе содержится больше 20 мг/л нитратов, то появится бледно-розовая окраска.

Итак, вы познакомились с экологическими аспектами применения минеральных удобрений, отражающими позитивные и негативные стороны их применения.

Список использованной литературы

1. Крицман В.А. Книга для чтения по неорганической химии. М.: Просвещение, 1975;
2. Чибисова Н.В., Долгань Е.К. Экологическая химия. Калининград