Реферат по «Экологической химии» тема «Последствия избытка мине

РЕФЕРАТ

по «Экологической химии»

тема:

«Последствия избытка минеральных

удобрений в почве»

2006 год

Оглавление

Введение……………………………………………………………3

Минеральные удобрения…………………………………6

Азотные……………………………………………….7

Фосфорные……………………………………………8

Калийные……………………………………………..9

Комплексные удобрения…………………………………10

Сложные………………………………………………10

Сложно – смешанные………………………………..10

Известковые………………………………………….10

Загрязнение почв………………………………………….12

Химическое загрязнение…………………………….12

Минеральные удобрения и окружающая среда……13

Вывод………………………………………………………………18

Введение

Ситуация, сложившаяся сейчас на земном шаре, достаточно сложна: с одной стороны, для производства пищевых продуктов используется не более 15% всей поверхности нашей планеты, но, с другой стороны, увеличить посевные площади в мире не хватает возможностей. Но население Земли неуклонно растет, и ему требуется все большее количество животной и растительной пищи. Единственный вариант выхода из этой ситуации – быстрое и значительное повышение урожайности, для которого, собственно, и используется весь «ассортимент» удобрений, в основном, химических.

В вопросах выбора удобрений растения гораздо менее щепетильны, чем люди при выборе продуктов питания. Растениям абсолютно все равно, является ли их «еда» неорганическим соединением (т.е. химическим удобрением) или же органикой (столь любезным сердцу борцов за экологию навозом, растительными останками или компостом). Главное тут как раз в другом: насколько правильно и точно организовано соотношение основных элементов, которые требуются растения для полноценного роста и жизни.

Негативное отношение к технологиям, основывающимся на использовании химических удобрений, вызвано (по крайней мере, у нас в России), пристрастием многих аграриев к т.н. «социалистическому способу» повышения урожайности сельхозкультур – их перенасыщению азотными удобрениями. Более того, довольно долго наши хозяйственники, получая химические удобрения практически даром, не могли придумать ничего лучше, как разбрасывать эти удобрения по полям, не соблюдая никаких мер дозировки. Естественно, выросшие на таких «перекормленных» полях овощи буквально напичканы пестицидами и нитратами. Кроме того, они очень плохо хранятся и, в лучшем случае, не содержат радиоактивных веществ.

Однако прежде, чем детально рассматривать пользу либо вред, ожидаемые от применения химических удобрений, необходимо определить, что они из себя представляют.

Наверняка большинству вспоминается самое простое определение из школьного курса химии: химическое удобрение – это удобрение, искусственно производимое на химических заводах. Таким образом, химизация сельского хозяйства подразумевает под собой «комплекс мероприятий, опирающийся на результаты агрохимической науки и химической промышленности и заключающийся в широком и планомерном использовании химических средств и методов:

— для увеличения урожая растений;

— для улучшения свойств почвы и качества сельскохозяйственной продукции;

— для повышения продуктивности животноводства;

— для защиты с помощью пестицидов полезных организмов от вредителей и болезней, а также от неблагоприятных условий среды».

Мировая промышленность выпускает удобрения, которые представляют собой соединения азота, фосфора и калия. При этом большинство традиционных химических удобрений представляют собой механическую смесь поликристаллов, поскольку использовать природные минералы в непереработанном виде в качестве удобрений не представляется возможным, как правило, по двум причинам: они либо совершенно не усваиваются растениями, либо при их усвоении растения впитывают вредные для себя элементы. Именно по этой причине производителям композиционных образцов приходится не просто выпускать привычные химические удобрения в их улучшенном варианте, но еще и думать о том, как оптимально ввести необходимые микроэлементы в кристаллическую структуру минеральных удобрений и как заодно в наибольшей степени учесть климатические условия, типы почв и характеры сельскохозяйственных структур.

Важнейшим компонентом земельных ресурсов является почва. Она служит связующим звеном между всеми сферами Земли и с главной из них – биосферой. Почва – основной источник получения продуктов питания для человека, среда произрастания растений и обитания животных, база социально-экономического развития любого государства, его национальное достояние и стратегический природный ресурс. Она заслуживает бережного использования и тщательной охраны.

Минеральные удобрения

Почва – рыхлый поверхностный слой земной коры, образовавшийся в результате длительного воздействия на литосферу атмосферы, воды, животных и растений.

Самое большое значение почвы в том, что люди получают из нее почти все необходимое для своей жизни. В настоящее время обрабатываемые земли дают 88% энергии, получаемой человечеством с пищей, около 10% ее люди получают от естественных лугов, пастбищ, лесов и 2% — от ресурсов Мирового океана.

Почва и ее плодородие – главное богатство, от которого зависит жизнь людей. Почва – место для населения людей, предмет и средство труда. Поэтому всегда необходимо заботиться о почве, чтобы выполнить свой долг – сохранить и улучшить ее для последующих поколений.

Обрабатываемые земли – результат сложных естественных процессов и многовекового труда людей, поэтому качество почв во многом зависит от длительности возделывания земли и культуры земледелия. Вместе с урожаем человек изымает из почвы значительное количество минеральных и органических веществ, тем самым обедняя ее.

Почвенный слой является буферной зоной между атмосферой и недрами. По сути, он принимает на себя основную долю нагрузки от всех видов хозяйственной деятельности человека.

Ежегодно с урожаем из почвы удаляется некоторая часть химических элементов. Следовательно, для нормального развития растений урожая необходимо пополнение химических элементов. Оно осуществляется посредством внесения в почву минеральных удобрений. С помощью минеральных удобрений можно регулировать процессы обмена веществ в растениях, способствовать накоплению в урожае основных ингредиентов – составных частей пищи человека и животных: белков, жиров, углеводов, витаминов.

Применение минеральных удобрений – Один из важнейших приемов повышения плодородия почвы.

Удобрение – вещество или агент, создающее при внесении в почву или водоем условия для ускоренного роста и развития растений и микроорганизмов.

Удобрение минеральное – добытое из недр или промышленно полученное химическое соединение, содержащее в большом количестве один или несколько основных элементов питания растений (азот, фосфор, калий), важные для жизни растения микроэлементы (медь, бор, марганец) или естественные продукты типа извести, гипса, золы; способные улучшить химические или структурные характеристики почвы.

Минеральные удобрения представляют собой неорганические вещества, содержащие необходимые для растений элементы питания.

В зависимости от назначения минеральные удобрения принято подразделять на прямые и косвенные. К прямым относятся удобрения, содержащие элементы непосредственного питания растений – N, P, K, Mg, B, Cu, Mn. К косвенные – удобрения, способствующие улучшению агрономических и физико-химических свойств почвы и мобилизации ее питательных веществ.

Азотные удобрения

Азот исключительно важен в жизни растений. Он входит в состав белков, хлорофилла, аминокислот, витаминов, участвующих в обмене веществ. Азотные удобрения увеличивают содержание белка в зерне, пшеницы, кукурузы и других зерновых культур. Они оказывают благоприятное влияние на содержание клейковины, стекловидность зерна, выход муки, ее хлебопекарные качества.

Азотные удобрения делятся:

а) аммиачные – в которых весь азот или подавляющая его часть находится в виде свободного аммиака;

б) аммонийные, где азот представлен ионом аммония, связанным с какой-либо кислотой (сульфат аммония);

в) нитратные, где азот содержится в окисленной форме в виде азотной кислоты (натриевая селитра);

г) аммонийно – нитратные, содержащие азот как в аммонийной, так и нитратной форме (аммиачная селитра):

д) амидные, в которых азот содержится в амидной форме (мочевина).

В зависимости от способа производства азотные удобрения подразделяются на жидкие и твердые. Их токсичность (ядовитость) для человека и животных определяется химическим составом и агрессивностью отдельных компонентов. Основным сырьем для получения азотных удобрений являются аммиак и азотная кислота.

1.2. Фосфорные удобрения

Соединения фосфора участвуют в синтезе аминокислот, белков, жиров, крахмала и других продуктов обмена непосредственно из неорганических веществ, поступающих из почвы и воздуха. Фосфорные удобрения оказывают активное влияние на объем урожая. При их недостатке в почве нарушается развитие зерновых культур, ухудшается качество зерна, уменьшаются содержания белков, входящих в клейковину. Фосфорные удобрения повышают сахаристость свеклы, способствуют увеличению урожая и качества подсолнечника, картофеля. При их применении на лугах и пастбищах увеличивается питательная ценность сена.

По степени растворимости фосфорные удобрения подразделяются на 3 группы:

а) водорастворимые (суперфосфат из аппатитного концентрата, суперфосфат из фосфоритов, суперфосфат двойной гранулированный)

б) нерастворимые в воде, но цитратно- и лимоннорастворимые и труднорастворимые (преципитат, обесфторенный фосфат, метофосфат)

в) труднорастворимые фосфаты (фосфоритная мука).

Степень опасности для живых организмов определяется их химическим составом, а также возможностью выделения при хранении газообразных веществ.

Калийные удобрения

Калий в отличие от азота и фосфора не входит в органические соединения растений, но имеет важное значение в их углеводном и белковом обмене. Он усиливает фотосинтез и отток сахаров из листьев в другие органы, способствует поддержанию тургора клеток и, следовательно, прочности стеблей и злаков, увеличивает накопление сахаров в клеточном соке. Применение калийных удобрений повышает качество корней сахарной свеклы, корнеплодов.

Калийные удобрения делятся на 3 группы:

а) концентрированные – продукты заводской переработки сырых солей (калий хлористый, сульфат калия)

б) смешанные, получаемые при смешении сырых солей с концентрированными

в) сырые соли (сильвинит).

Как калиевые удобрения используют также отходы промышленности (калиевая цементная пыль).

Комплексные удобрения

Они содержат 2 или 3 основных питательных элемента для растений (азот, фосфор, калий). В их состав могут входить также магний, микроэлементы: бор, медь, марганец, цинк.

По количеству основных питательных веществ комплексные удобрения подразделяют на двойные (фосфорно-калийные), и тройные (азотно-фосфорно-калийные).

По способу получения выделяют:

а) сложные (аммофос гранулированный из фосфоритов)

б) сложно-смешанные (нитрофоска)

в) смешанные комплексные удобрения.

2.1. Сложные

Аммофос получают путем взаимодействия фосфорной кислоты с аммиаком. В зависимости от степени нейтрализации образуется моноаммонийфосфат NH EMBED Equation.3 H EMBED Equation.3 PO EMBED Equation.3 или диаммонийфосфат (NH EMBED Equation.3 ) EMBED Equation.3 HPO EMBED Equation.3 .

2.2. Сложно — смешанные

Нитрофоска – тройное удобрение, содержащее азот, фосфор и калий. Получают нитрофоску сплавлением гидрофосфата аммония (NH EMBED Equation.3 ) EMBED Equation.3 HPO EMBED Equation.3 , нитрата аммония NH EMBED Equation.3 NO EMBED Equation.3 и хлорида (или сульфата) калия.

2.3. Известковые удобрения

Это разнообразные известковые материалы, предназначенные для известкования кислых почв. Они подразделяются на природные карбонатные твердые породы, требующие разлома (известняки доломиты), и многочисленные отходы промышленности, содержащие известь. К числу известковых удобрений относится мука известковая, гашеная известь. Все они представляют собой высокодисперсную пыль.

Известно более 25 известковых удобрений:

твердые — известняк доломит, мел (перед внесением их разламывают или обжигают);

мягкие – известковый туф, озерная известь (гажа) мергель, природная доломитовая мука (не требуют разлома);

— известняк молотый (известняковая мука класса А стандартная, пылевидная. Основное известковое удобрение под различные культуры);

— доломит молотый (на сильнооподзоленных почвах под бобовые, картофель, лен);

— мергель (под все культуры)

— негашеная известь (быстродействующее удобрение);

— гашеная известь (пушонка);

— известковый пуф (под все культуры);

— торфяная зола (сравнительно малоэффективно, применяется на близко расположенных полях);

— сланцевая зола (под все культуры);

— цементная пыль (быстродействующее удобрение);

— белитовая мука.

Предельно допустимые концентрации в воздухе рабочей зоны для доломита 6 мг/м EMBED Equation.3 , цемента

6 мг/м EMBED Equation.3 , известняка 6 мг/м EMBED Equation.3 .

Получение высоких урожаев при применении минеральных удобрений зависит от величины вносимых их доз, типа почв, выращиваемых культур и других факторов.

Применение минеральных удобрений во всем мире прогрессивно увеличивается. За последнее двадцатилетие их производство возросло более чем в 3,5 раза и достигло 79 млн. т.

По данным ООН, мировая потребность в минеральных удобрениях составляет 135-145 млн. т; в 1980 г. и 300 млн. т; в 2000 г., в том числе 170 млн. т. азота, 70 млн. т. P2O5 и 60 млн. т. К EMBED Equation.3 О.

Загрязнение почв

3.1. Химическое загрязнение почв

Большой ущерб почвам наносит их загрязнение чужеродными химическими веществами. Для борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений и сорняками широко применяют разнообразные ядохимикаты: пестициды, инсектициды, гербициды, дефолианты. Установлено, что устойчивые пестициды, широко применяемые для защиты растений от вредителей, болезней и сорняков и сохраняющие до 1/3 урожая, отрицательно влияют на численность и активность почвенной фауны и микроорганизмов. Пестициды и продукты их естественных превращений вредны для личинок полезных животных: насекомых – опылителей и энтомофагов, насекомоядных, хищных, промысловых птиц и млекопитающих.

Остатки пестицидов вместе с собранным урожаем и водой могут попадать в пищу и причинять вред здоровью человека. Решение проблемы применения пестицидов в сельском хозяйстве заключается в строгой дозировке и умелом их использовании. Важно создавать препараты с малым периодом жизни, которые сравнительно быстро разрушаются; продукты их естественной переработки должны быть неядовитыми. В последние годы для борьбы с сельскохозяйственными вредителями стали применять новые быстро разлагающиеся препараты, однако проблема получения безопасных для полезных животных и человека ядохимикатов требует дальнейших разработок.

Другая проблема – правильное использование химических удобрений. Неудачный подбор минеральных удобрений может вызывать избыточное подщелачивание или подкисление почвы. Для лесных кислых почв необходимы подщелачивающие удобрения (натриевая и аммонийная селитры), известкование почвы. На карбонатных почвах и в аридных районах нужны подкисляющие удобрения: суперфосфат, сульфат аммония. Особенно осторожно следует применять минеральные удобрения на почвах, испытывающих засоление.

Загрязнения охватывают огромные территории и проявляются даже в отдаленных районах земного шара. В наиболее населенных и промышленно развитых районах поступление многих химических элементов в почву превышает их естественное содержание в гумусовом слое в десятки тысяч раз. Попадают они в почву с золой и доменным дымом. Избыточное количество марганца, хрома, меди, кобальта, никеля, свинца и других элементов, содержащееся в почвах, окружающих заводы, снижает урожайность зерновых на 20-30%, бобовых – на 40, картофеля – на 47, кормовой и сахарной свеклы – на 35%. Загрязнение гумусового слоя пылью тяжелых металлов, их солей при попадании в почву соединений серной кислоты действует угнетающе на развитие растений, вызывает гибель их корневой системы, снижает урожай.

При загрязнении почвы промышленными радиоактивными отбросами, радиоактивными изотопами, поступающими из других источников, возможно значительное повышение радиоактивного фона. В этом случае радиоактивное загрязнение почвы передается, как указывалось выше, далее по так называемой пищевой цепочке через различные звенья биосферы и пищевые продукты – человеку. Наибольшую опасность представляют строниций и цезий, которые, попадая в организм коров, выделяются затем с молоком.

3.2. Минеральные удобрения и окружающая среда

В связи с ростом объема производства минеральных удобрений во всем мире все чаще ставится вопрос, не причиняют ли они ущерба плодородию почвы, окружающей природе. Как показывают многочисленные опыты, очень длительное применение минеральных удобрений не только не снижает плодородия почвы, но способствует накоплению остатков фосфора и калия, а также интенсивности микробиологической деятельности его росту. Физиологически кислые муки при длительном применении могут значительно повышать кислотность почв. Длительное использование минеральных удобрений приводит также к нежелательному накоплению в почве анионных (хлор, фтор, серная кислота) и катионных остатков.

Ущерб окружающей природе минеральные удобрения наносят только при несоблюдении научно обоснованных принципов и приемов работы с ними (производство, транспортировка, хранение и применение). В таких случаях происходит разложение химикатов, выделение нежелательных продуктов в атмосферу, вымывание их из почвы, минерализация подземных и поверхностных вод. Попадая в реки и озера, минеральные удобрения резко нарушают условия развития водных организмов.

При нерациональном применении удобрений окружающая среда загрязняется азотом, фосфором и калием.

При многолетнем применении больших доз фосфорных удобрений в почве могут накапливаться содержащиеся в них в небольших количествах тяжелые металлы: уран, торий и их дочерние продукты радиоактивного распада. Во избежание возможности вовлечения в биологический круговорот токсических и радиоактивных элементов применение фосфорных удобрений должно находиться под постоянным контролем агрохимиков.

После снятия урожая почва нуждается в восстановлении плодородия. Но чрезмерное использование удобрений приносит вред. Оказалось, что при увеличении дозы удобрений урожайность сначала быстро растет, но затем прирост становится всем меньше и наступает момент, когда дальнейшее увеличение дозы удобрений не дает никакого прироста урожайности, а в избыточной дозе минеральные вещества могут оказаться для растений токсичными. Этот так называемый закон предельной урожайности, как считает французский эколог Ф. Рамад, неизвестен большинству людей, занимающихся сельским хозяйством, а производители удобрений о нем умышленно умалчивают. Лишними оказываются питательные вещества не только сверх этой предельной дозы, но и значительная часть тех, которые вносятся сверх некоторой оптимальной дозы. Ведь тот факт, что прирост урожайности резко уменьшается, говорит о том, что растения не усваивают излишков питательных веществ. Приносит вред и несоблюдение правильного соотношения между азотными, фосфорными и калийными удобрениями. Например, оптимальная доза азотных удобрений не достигнет желаемого эффекта, и большое количество внесенного азота окажется лишним, если будет внесено фосфорных удобрений меньше, чем требуется.

Избыток удобрений выщелачивается и смывается с полей талыми и дождевыми водами (и оказывается в водоемах суши и в море). Излишние азотные удобрения, а они по массе преобладают по сравнению с калийными и фосфорными, в почве распадаются, и газообразный азот выделяется в атмосферу, а органическое вещество гумуса, составляющего основу плодородия почвы, разлагается на углекислый газ и воду. Поскольку органическое вещество не возвращается в почву, гумус истощается и почвы деградируют. Особенно сильно страдают крупные зерновые хозяйства, не имеющие отходов животноводства (например, на бывшей целине Казахстана, Предуралья и Западной Сибири).

Кроме нарушения структуры и обеднения почв, избыток нитратов и фосфатов приводит к серьезному ухудшению качества продуктов питания людей. Часть нитратов и фосфатов, особенно когда имеется их избыток, включается в ткани растений в виде свободных ионов нитратов и фосфатов. Некоторые растения (например, шпинат, салат) способны накапливать нитраты в больших количествах. Съев 250 граммов салата, выращенного на переудобренной грядке, можно получить дозу нитратов, эквивалентную 0,7 грамма аммиачной селитры. В кишечном тракте нитраты превращаются в ядовитые нитриты, которые в дальнейшем могут образовать нитрозамины – вещества, обладающие сильными канцерогенными свойствами. Кроме того, в крови нитриты окисляют гемоглобин и лишают его способности связывать кислород, необходимый для живой ткани. В результате возникает особый вид малокровия – метгемоглобинемия.

В действии химических удобрений хватает минусов. По большей части они возникают в силу поликристаллического характера многих минеральных удобрений, их ускоренного растворения и избирательного выщелачивания грунтовыми водами.

Начнет, пожалуй, с самого простого – огромной нагрузки, которая приходится на долю растений в момент внесения удобрений и отрицательно воздействует на корневую систему. Следующий пункт в отрицательном списке – загрязнение водоемов, которое возникает как следствие перекачивания части внесенных минеральных удобрений через грунтовые воды (а избежать этого при нынешний технологиях практически невозможно). Третий минус химудобрений в том, что в период вегетации растений используется лишь небольшая часть полезных компонентов этих пищевых добавок, из-за чего ежегодно приходится повышать вносимую в почву дозу, создавая избыток удобрений.

При этом нельзя забывать еще и о том, что технология производства практически любой разновидности минеральных удобрений связана с определенными проблемами, которые иногда решаются довольно сложно. В качестве примера приведем те трудности, с которыми приходится сталкиваться «средним» производителям фосфатов. Наиболее известны аммофоз, суперфосфат и некоторые другие разновидности удобрений, получаемые в результате переработки природных фосфатов. В качестве сырья для получения этих минеральных удобрений используются апатиты и фосфориты. И те, и другие имеют очень высокую температуру плавления — 1700° С и обладают высокой химической устойчивостью. В результате перед производителями в полный рост встает «высокотемпературная» проблема: все сложности химической переработки по высокотемпературным технологиям, связанным с многоступенчатым получением сначала элементарного фосфора, затем его оксидов, фосфорной кислоты и, наконец, солей метафосфатов, которые являются быстрорастворимыми.

Ущерб, причиняемый окружающей среде, чаще всего связан с неумелым использованием минеральных удобрений и поэтому не может служить причиной запрещения или хотя бы ограничения их применения. А вот поставить перед собой сложную, но вполне достижимую при определенном старании задачу – добиться получения идеальной пищевой добавки для сельхозкультур – российским производителям минеральных удобрений стоит прямо сейчас. И экологи перестанут ратовать за «органические» проекты, и почве станет легче дышать, и урожайность наконец-то реально повысится…

Вывод

Научно-техническая революция и связанный с нею интенсивный рост химического производства вызвали различные негативные изменения в окружающей среде: отравление и загрязнение пресных вод, загрязнение Мирового океана, загрязнение земной атмосферы, нарушение земного покрова Земли, опустошение недр, уничтожение плодородного слоя Земли, называемого почвой, истребление животных и птиц вплоть до полного исчезновения многих биологических видов.

Способность окружающей среды к самоочищению находится на пределе из-за больших количеств поступающих в среду отходов человеческой деятельности. Значительная часть этих отходов чужда природной среде. Они либо ядовиты для микроорганизмов, разрушающих сложные органические вещества и превращающих их в простые неорганические соединения, либо вообще не разрушаются и поэтому накапливаются в различных частях окружающей среды. Даже те вещества, которые привычны для окружающей среды, поступая в нее в слишком больших количествах, могут изменять ее качества и воздействовать на экологические системы.

В последние годы мы часто слышим и употребляем слово «экология», но вряд ли можно считать, что все понимают под ним одно и то же. О том, какой смысл следует вкладывать в это понятие, спорят даже специалисты.

А пока они спорят, неспециалисты уже поняли, что такое экологический минимум: это значит – дышать чистым воздухом, пить чистую воду, есть пищу без нитратов и не светиться в темноте.

Список литературы:

Никитин Д.П., Новиков Ю.В.. Окружающая среда и человек. 1980 г.

Дрёф. Экология. 1976 г.

Одум Ю. Экология, в 2-х томах. 1986 г.

Борисов. Химизация сельского хозяйства. 1979 г.

Шариков А.П. Охрана окружающей среды. Справочник. 1978 г.

Собова Е.В., Хабаров А.В. Почвы. 1983 г.

Малофеев. Удобрения. 1988 г.

Третьяков Ю.Д., Олейников Н.Н. Химия. Справочный материал.

1989 г.

PAGE

PAGE 4