Взаимодействие человека и природной среды

Вследствие высокой растворимости солей азотной кислоты и аммония, азота в почвах мало и почти всегда недостаточно для питания растений. Общее содержание азота в почвах тем выше, чем они богаче запасами гумуса. Лишь в особых условиях ряда пустынь азот может накапливаться в больших количествах в форме залежей нитратов — селитры.

Антропогенные нарушения в балансе биогеохимического кругооборота

азота на планете и особенно на суше весьма велики и локально уже вызывают отрицательные и даже смертельные для человека последствия — болезнь метгемоглобанемия. Установлено, что разовые заболевания возникают, если содержание нитратов в воде достигает 40—50 мг/л, и встречаются часто, если концентрация нитратов превышает 95 мг/л. Предел, рекомендованный Всемирной организацией здравоохранения, составляет 45 мг/л. Рост численности населения, рост потребностей в питании, и особенно белковом, потребовали развития животноводства и растениеводства, в частности внедрения культур, дающих ценную белковую продукцию (пшеницу, рис, сою). Все это стало возможным в последние десятилетия только при условии очень быстрого увеличения урожаев на основе высоких норм минеральных азотных удобрений. В мире ежегодно производится и вносится в почвы более 30 млн. тонн азота в виде минеральных удобрений. В странах Западной Европы средние нормы вносимого с удобрениями азота достигли 100—150 кг/га. Азотные удобрения уже составляют около 30% общих поступлений связанного азота в почву и океан.

Установлены многочисленные факты того, что избыточные нормы удобрений и особенно их небрежное внесение на поля приводят к эвтрофикации среды и тяжелым заболеваниям людей и животных. Нитратный азот не сорбируется почвами, легко вымывается почвенными водами, восстанавливается в газообразные формы и поэтому в больших количествах (до 40%) теряется для питания растений. Потребление азотных удобрений в земледелии и лесоводстве в будущем будет расти параллельно росту численности и потребностей населения планеты. При этом, несмотря на новые формы и технику применения азотных удобрений, антропогенные поступления азота в кругооборот веществ на суше, как показывают прогнозы, будут удваиваться каждые 10—15 лет.

В настоящее время преобладает тенденция уменьшения роли биогенной фиксации азота в общем кругообороте его на планете, что вызвано уничтожением лесов, заменой бобовых злаками, разрушением гумусовых горизонтов почв, богатых микрофлорой, сокращением свободной поверхности под покровом городов, дорог, сооружений, свалок. Еще более существенным фактором нарушения баланса, уровня концентраций и форм соединений азота в атмосфере, и особенно в гидросфере и почвах, являются промышленные загрязнения. Выделение оксидов азота и аммиака при сжигании угля, нефти, мазута, бензина, торфа, сланцев и т. д. достигает десятков миллионов тонн и приводит к образованию разбавленной азотной кислоты и отчасти аммонийных солей, выпадающих с осадками на сушу и поверхность океана. Возможно, что эти поступления соединений азота являются виновниками известных случаев опасного загрязнения окружающей среды нитратами и аммиаком. Выпадение подкисленных атмосферных вод и постепенное увеличение их кислотности наблюдается во многих районах планеты. Подкисление среды усиливает выветривание минералов, способствует вымыванию из почвы кальция, магния и других элементов питания и в конечном итоге снижает урожайность сельскохозяйственных культур.

Другим существенным фактором нарушения кругооборота азота в природе являются отходы промышленного животноводства и птицеводства, а также бытовые отходы и стоки крупных городов. Эти отходы и стоки часто создают локальные загрязнения соединениями азота до токсического уровня почвы и водоемов. Ежегодный избыток азота в биосфере по приближенным подсчетам достигает десятков миллионов тонн. Искусственное усиление процессов денитрификации является нелегкой задачей и в конечном итоге стало бы расхищением ценностей, созданных природой и человеком. Растущая потребность человечества в азотных удобрениях неизбежна и должна быть удовлетворена по возможности быстрее. При этом необходимо коренное улучшение культуры и практики применения удобрений, создание менее растворимых и более стойких форм. Дисциплина и научно-техническая тщательность внесения удобрений особенно должны быть повышены для того, чтобы исключить случаи отравления почв, воды, продукции избытками нитратов и нитритов. Одновременно необходимо максимально сократить поступление соединений азота в биосферу с промышленными и другими отходами.

1.2.5. КРУГООБОРОТ ФОСФОРА В ПРИРОДЕ

Из всех элементов, присутствующих в живых организмах, фосфор, очевидно, имеет наибольшее экологическое значение, так как отношение его количества к количеству других элементов в организмах обычно гораздо выше, чем соответствующее отношение в тех источниках, откуда организмы черпают необходимые им элементы. Недостаток фосфора в большей степени ограничивает производительность в том или ином районе, чем недостаток любого вещества, за исключением воды. Соединения фосфора входят в состав тканей мозга, скелета, панцирей. Особенно важна роль фосфора в накоплении внутриклеточной энергии — образование фосфатиллепидов и в синтезе нуклеиновых кислот. При недостатке фосфора нарушается энергетика клетки и синтез белка. Биогеохимический кругооборот фосфора в природе во многом отличен от рассмотренных ранее кругооборотов воды, углерода и азота. Для последних газообразные формы соединений являются обязательным и важнейшим звеном. Газовые же формы соединений фосфора, например фосфин, практически в его биогеохимическом кругообороте не представлены. Кругооборот фосфора по структуре несколько проще кругооборота азота. В отличие от азота резервуаром фосфора служит не атмосфера, а горные породы или другие отложения, образовавшиеся в прошлые геологические эпохи. Породы эти постепенно подвергаются эрозии и высвобождают фосфаты, которые используются растениями для синтеза протоплазмы. Растительная протоплазма служит основой для синтеза животной протоплазмы. Фосфор протоплазмы вновь переводится из органической в неорганическую форму в результате деятельности фосфатредуцирующих бактерий. Много фосфатов с речным стоком попадает в море, где часть их отлагается в мелководных осадках, а часть теряется в глубоководных. Морские рыбы и птицы играют важную роль в возвращении фосфора в кругооборот из моря на сушу. В прошлом этот процесс был значительно более интенсивным, о чем говорит образование, например, знаменитых залежей гуано на побережье Перу.

Как уже отмечалось, фосфор является основным фактором, лимитирующим рост автотрофных организмов, как в водной среде, так и на суше. Таким образом, этот элемент контролирует основную часть первичной продукции биосферы. Имеются серьезные доказательства того, что фосфор — главный регулятор всех других биогеохимических кругооборотов. Количество нитратов в воде или кислорода в атмосфере зависит от состояния кругооборота фосфора. Без фосфорных удобрений невозможно получать необходимые урожаи сельскохозяйственной продукции. Известные ныне мировые запасы фосфорных руд оцениваются величиной порядка 29*109 т, из которых только 10% имеют промышленное значение. Мировая добыча фосфатов и производство фосфорных удобрений соответствует 18—20*106 т фосфора в год. Таким образом, известные ныне мировые промышленные запасы фосфорных руд весьма ограничены и могут истощиться в ближайшие 100 лет. Поэтому не лишено основания утверждение, что фосфор является наиболее слабым звеном в жизненной цепи, которая обеспечивает существование человека.

 Скачать реферат