Выщелачивание (сельское хозяйство)
| сельское хозяйство |
|---|
 |
 Сельскохозяйственный портал |
В сельском хозяйстве выщелачивание — это потеря водорастворимых питательных веществ для растений из почвы из-за дождей и орошения . Структура почвы , посадка сельскохозяйственных культур, тип и нормы внесения удобрений и другие факторы принимаются во внимание, чтобы избежать чрезмерной потери питательных веществ. Выщелачивание может также относиться к практике применения небольшого количества избыточного орошения там, где вода имеет высокое содержание солей, чтобы избежать накопления солей в почве ( контроль за солености ). Там, где это практикуется, обычно также необходимо использовать дренаж для отвода лишней воды.
Выщелачивание является естественной проблемой для окружающей среды, поскольку оно способствует грунтовых вод загрязнению . Когда вода от дождя, наводнения или других источников просачивается в землю, она может растворять химические вещества и переносить их в подземные источники воды. Особую озабоченность вызывают опасных отходов свалки и свалки , а в сельском хозяйстве избыток удобрений , неправильно хранящийся навоз и биоциды (например, пестициды , фунгициды , инсектициды и гербициды ).
азота Выщелачивание
Азот – распространенный элемент в природе и необходимое питательное вещество для растений. Примерно 78% атмосферы Земли состоит из азота (N 2 ). Прочная связь между атомами N 2 делает этот газ достаточно инертным и непригодным для непосредственного использования растениями и животными. Поскольку азот естественным образом циркулирует в воздухе, воде и почве, он подвергается различным химическим и биологическим преобразованиям. Азот способствует росту растений. Затем домашний скот поедает урожай, производя навоз, который возвращается в почву, добавляя органические и минеральные формы азота. Цикл завершается, когда следующая культура использует измененную почву. [1] Чтобы увеличить производство продуктов питания, удобрения, такие как нитрат (NO 3 – ) и аммоний (NH 4 + ), которые легко усваиваются растениями, вносятся в корневую зону растений. Однако почвы не поглощают избыток NO 3 – ионы, которые затем свободно движутся вниз с дренажными водами и вымываются в грунтовые воды, ручьи и океаны. [2] На степень выщелачивания влияют:
- тип и структура почвы. Например, песчаная почва удерживает мало воды, а глинистая почва имеет высокий уровень удержания воды;
- количество воды, используемой растениями/культурами;
- сколько нитратов уже присутствует в почве. [3]
Уровень закиси азота (N 2 O) в атмосфере Земли увеличивается со скоростью от 0,2 до 0,3% ежегодно. Антропогенные источники азота на 50% больше, чем природные источники, такие как почвы и океаны. Выщелоченные сельскохозяйственные ресурсы, т.е. удобрения и навоз, составляют 75% антропогенного источника азота. [4] Объединенных По оценкам Продовольственной и сельскохозяйственной организации Наций ( ФАО), мировой спрос на азотные удобрения будет увеличиваться на 1,7% ежегодно в период с 2011 по 2015 год. Увеличение составит 7,5 миллионов тонн. Ожидается, что региональный рост использования азотных удобрений составит 67% в Азии, 18% в Америке, 10% в Европе, 3% в Африке и 1% в Океании. [5]
Выщелачивание фосфора [ править ]
Фосфор (P) является ключевым питательным веществом, способствующим эвтрофикации поверхностных вод, и было доказано, что он ограничивает рост водорослей в озерной среде. Потеря фосфора с сельскохозяйственных полей уже давно признана одной из основных угроз качеству поверхностных вод. [6] Выщелачивание является важным путем переноса потерь фосфора с сельскохозяйственных полей на преимущественно равнинных территориях с песчаными почвами или почвами, склонными к преимущественному стоку. [7] В отличие от азота фосфор взаимодействует с частицами почвы посредством адсорбции и десорбции . Важными потенциальными местами адсорбции фосфора в почвах являются поверхности оксидов или гидроксидов железа и алюминия, таких как гиббсит или ферригидрит . Следовательно, почвы, особенно те, которые богаты такими минералами, имеют потенциал для хранения фосфора, добавленного с удобрениями или навозом. Адсорбированный фосфор находится в сложном равновесии с фосфором в почвенном растворе, которое контролируется множеством различных факторов, таких как:
- наличие мест адсорбции;
- концентрация фосфора и других анионов в водном растворе почвы;
- pH почвы;
- почвы окислительно-восстановительный потенциал . [7] [8]
Фосфор будет выщелачиваться, когда это равновесие смещается так, что либо ранее адсорбированный фосфор высвобождается в почвенный раствор, либо дополнительный фосфор больше не может адсорбироваться. Многие возделываемые почвы получали удобрения или фосфор из навоза в количествах, часто превышающих потребности сельскохозяйственных культур, и это часто на протяжении десятилетий. Фосфор, добавленный в такие почвы, выщелачивается просто потому, что большинство потенциальных мест адсорбции заняты фосфором, поступившим из прошлого, так называемым «унаследованным фосфором». [9] [10] Выщелачивание фосфора также может быть вызвано изменением химического состояния почвы. Снижение окислительно-восстановительного потенциала почв вследствие длительного водонасыщения может привести к восстановительному растворению минералов трехвалентного железа, являющихся важными местами сорбции фосфора. Фосфор, адсорбированный этими минералами, впоследствии также выделяется в почвенный раствор и может вымываться. Этот процесс вызывает особую озабоченность при восстановлении естественных водно-болотных угодий , которые ранее осушались для сельскохозяйственного производства. [11] [12]
Влияние на здоровье [ править ]
Высокие уровни NO 3 в воде могут отрицательно повлиять на уровень кислорода как для людей, так и для водных систем. Проблемы со здоровьем человека включают метгемоглобинемию и аноксию , обычно называемые синдромом голубого ребенка . В результате этих токсических эффектов регулирующие органы ограничивают допустимое количество NO 3 в питьевой воде до 45–50 мг на литр. Эвтрофикация , снижение содержания кислорода в воде, водных системах может привести к гибели рыб и других морских видов. Наконец, выщелачивание NO 3 из кислых источников может увеличить потерю кальция и других питательных веществ почвы, тем самым снижая . продуктивность экосистемы [2]
См. также [ править ]
- Выщелачивание (педология)
- Модель выщелачивания (почва)
- Контроль засоления почвы (требования к выщелачиванию, эффективность выщелачивания)
- SahysMod (пространственная модель агро-гидрозасоления, выщелачивания и подземных вод)
Ссылки [ править ]
- ^ Министерство сельского хозяйства, продовольствия и сельских дел Онтарио. Воздействие использования азота в сельском хозяйстве на окружающую среду
- ^ Перейти обратно: а б Лин, БЛ; Сакода, А; Сибасаки, Р; Сузуки, М (2001). «Подход к моделированию глобального выщелачивания нитратов, вызванного антропогенными удобрениями». Исследования воды . 35 (8): 1961–8. Бибкод : 2001WatRe..35.1961L . дои : 10.1016/s0043-1354(00)00484-x . ПМИД 11337842 .
- ^ «Азот WQ262 в окружающей среде: выщелачивание | Расширение Университета Миссури» . Расширение.missouri.edu . Проверено 8 марта 2013 г.
- ^ Мозье, Арканзас; Даксбери, Дж. М.; Френи-младший; Хайнемейер, О.; Минами, К. (1996). «Выбросы закиси азота с сельскохозяйственных полей: оценка, измерение и смягчение последствий» (PDF) . Растение и почва . 181 (1): 95–108. Бибкод : 1996ПлСой.181...95М . дои : 10.1007/BF00011296 . S2CID 1137539 . [ постоянная мертвая ссылка ]
- ^ ФАО, Текущие мировые тенденции в области удобрений и перспективы на 2015 год.
- ^ Карпентер С.Р., Карако Н.Ф., Коррелл Д.Л., Ховарт Р.В., Шарпли А.Н., Смит В.Х., 1998. Неточечное загрязнение поверхностных вод фосфором и азотом. Экологические приложения 8, 559–568. doi : 10.1890/1051-0761(1998)008 [0559:NPOSWW]2.0.CO;2
- ^ Jump up to: a b Börling, Katarina (2003). Phosphorus sorption, accumulation and leaching. Diss. Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis agriculturae Sueciae. Agraria, 1401-6249 ; 428
- ^ Шуманс, О. (2015). Выщелачивание фосфора из почв: описание процесса, оценка риска и смягчение последствий . Дисс. Университет и исследовательский центр Вагенингена.
- ^ Джарви, Х.П., Шарпли, А.Н., Спирс, Б., Буда, А.Р., Мэй, Л., Кляйнман, PJA, 2013. Восстановление качества воды сталкивается с беспрецедентными проблемами, связанными с «устаревшим фосфором». Окружающая среда. наук. Технол. 47, 8997–8998. два : 10.1021/es403160a
- ^ Шмидер Ф., Бергстрем Л., Риддл М., Густафссон Ж.-П., Клисубун В., Цехетнер Ф., Кондрон Л., Кирхманн Х., 2018. Видообразование фосфора в долгосрочный профиль почвы, внесенный навозом – данные влажной химической экстракции, 31P-ЯМР и P K-края XANES-спектроскопии. Геодерма 322, 19–27. doi : 10.1016/j.geoderma.2018.01.026
- ^ Шенкер М., Зейтельбах С., Бранд С., Хаим А., Литаор М.И., 2004. Окислительно-восстановительные реакции и высвобождение фосфора в повторно затопленных почвах измененных водно-болотных угодий. Европейский журнал почвоведения 56, 515–525. дои : 10.1111/j.1365-2389.2004.00692.x
- ^ Зак, Д., Гельбрехт, Дж., 2007. Мобилизация фосфора, органического углерода и аммония на начальной стадии повторного увлажнения болота (пример из северо-восточной Германии). Биогеохимия 85, 141–151. дои : 10.1007/s10533-007-9122-2
Внешние ссылки [ править ]
- Международная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) Онлайн: [1]
- Р.Дж.Оостербан, Водно-солевой баланс в сельскохозяйственной гидрологии. Конспекты лекций, Международный курс по дренажу земель, ILRI, Вагенинген, Нидерланды. На линии: [2]
- RJOosterbaan, 1997. « SaltMod : инструмент для объединения ирригации и дренажа для контроля солености». В: WBSnellen (ред.), На пути к интеграции управления ирригацией и дренажем. Специальный отчет ILRI, с. 41–43. На линии: [3]
