1.3. Удобрения и биогенные элементы
Общее потребление минеральных удобрений (N + P2O5 + K2O) составляет около 100 млн т в год. Содержание в воде нитратов и нитритов варьирует от 0 до 200 мг/л.
Особую тревогу вызывает применение азотных удобрений, поскольку повышенное содержание нитратов и нитритов в питьевой воде, в овощах, зеленых кормах для человека и животных представляет токсикологическую опасность.
Растворимые соединения азота, которые присутствуют в питьевой воде, могут оказывать токсическое действие на людей. Попадая вместе с пищей в организм нитраты микробиологическим путем восстанавливаются до нитритов, в результате в крови образуются нитрозил-ионы:
NO2- +H → NO+ +OH-
Нитрозил-ионы окисляют двухвалентное железо в гемоглобине до трехвалентного, что препятствует связыванию кислорода гемоглобином в связи с образование координационной связи между железом и кислородом:
Fe2+ + NO+ → Fe3+ + NO
В результате возникают симптомы кислородной недостаточности, приводящей к цианозу (синюха).При переходе 60–80 % железа в гемоглобине в трехвалентное наступает смерть. Особенно чувствителен к нитрозил-иону младенцы в первые недели своей жизни. У них недостаточно проявляется деятельность гемоглобинредуктазы, восстанавливающей Fe3+ в Fe2+. У взрослых этот процесс идет активнее и в результате организм не так остро реагирует на присутствие нитратов и нитритов. Однако и взрослые должны избегать чрезмерного попадания в организм нитратов и нитритов, поскольку последние расширяют сосуды и образуют в желудке при низких (кислых) значениях рН азотистую кислоту, вызывающую мутагенные эффекты. Кроме того, нитриты в кислой среде образуют с органическими аминами из растительной и животной пищи нитрозоамины, также обладающие мутагенным действием:
Существуют допустимые нормы содержания нитратов в растительных продуктах питания, которые значительно отличаются. Это объясняют количеством производимой продукции, а отсюда и количеством потребляемой в пищу. Ежедневное потребление нитратов на душу населения в США оценивается примерно в 400 мг: 200 мг с овощами, 115 мг с мясными продуктами и 85 мг с водой. В Англии – 225 мг в сутки с овощами, 110 мг с мясом и 105 с водой (итого 440 мг). У нас эти дозы несколько ниже.
В водопроводной воде содержание нитратов и нитритов недолжно превышать 10 мг/л. При норме 2 л в сутки человек потребляет 20 мг.
Обычно хорошо растворимые в воде удобрения, вымываются дождями и попадают в грунтовые и поверхностные воды. Большую опасность в этом случае для природной среды представляют содержащиеся в удобрениях ионы NO3-, NH4+, H2PO4-, HPO4-, которые способствуют зарастанию водоемов растительностью, т.е. происходит эвтрофирование. Например, содержание 10 мг фосфата в 1 м3 воды приводит к заметному росту планктона. Эвтрофикации подвержены не только внутренние водоемы, но и прибрежные участки океана.
Вместе с некоторыми удобрениями в почву попадают и побочные загрязняющие элементы (например, фтор, кадмий). Растения используют часть внесенных минеральных удобрений. Остальная часть может смываться в водоемы.
Загрязнение почвы биогенами (фосфор, азот) происходит не только при внесении избыточного количества удобрений, но и другими путями (фекальные отходы животноводства, коммунально-бытовые загрязнения и т. д.). Только в США ежегодное поступление биогенов в водоемы составляет: азота – около 5 млн т, фосфора – примерно 250 тыс. т. Все это приводит к эвтрофикации внутренних водоемов, а также прибрежных участков океана.