Выщелачивание (сельское хозяйство) - Leaching (agriculture)

Для использования в других целях см. Выщелачивание.
сельское хозяйство
Maler der Grabkammer des Sennudem 001.jpg
Veranotrigo.jpg Портал сельского хозяйства

В сельское хозяйство, выщелачивание потеря водорастворимого растения питательные вещества от почва, из-за дождь и орошение. Структура почвы, посев, вид и нормы внесения удобрения, и другие факторы принимаются во внимание, чтобы избежать чрезмерной потери питательных веществ. Выщелачивание также может относиться к практике внесения небольшого количества излишка орошение в воде с высоким содержанием соли, чтобы избежать соли от накопления в почве (контроль солености ). Где это практикуется, дренаж также обычно должны использоваться для отвода лишней воды.

Выщелачивание - это окружающая среда беспокойство, когда это способствует грунтовые воды загрязнение. Как вода от дождя, наводнение, или другие источники просачиваются в землю, он может растворять химические вещества и переносить их в подземный водопровод. Особую озабоченность вызывают опасные отходы свалки и свалки, а в сельском хозяйстве избыток удобрений, неправильно хранящийся навоз, и биоциды (например. пестициды, фунгициды, инсектициды и гербициды ).

Выщелачивание азота

Формы и пути азота в системе сельскохозяйственного производства

Азот является обычным элементом в природе и важным питательным веществом для растений. Примерно 78% атмосферы Земли состоит из азот (N2). Сильная связь между атомами N2 делает этот газ достаточно инертным и не может напрямую использоваться растениями и животными. Поскольку азот естественным образом циркулирует в воздухе, воде и почве, он претерпевает различные химические и биологические преобразования. Азот способствует росту растений. Затем домашний скот поедает урожай, производящий навоз, который возвращается в почву, добавляя органические и минеральные формы азота. Цикл завершается, когда следующая культура использует измененную почву.[1] Для увеличения производства продуктов питания удобрения, такие как нитрат (НЕТ3) и аммоний (NH4), которые легко усваиваются растениями, вносятся в корневую зону растений. Однако почвы не поглощают избыток NO.3 ионы, которые затем свободно перемещаются вниз вместе со сточными водами и выщелачиваются в грунтовые воды, ручьи и океаны.[2] На степень выщелачивания влияют:

  • тип и структура почвы. Например, песчаная почва содержит мало воды, в то время как глинистые почвы обладают высокой степенью удержания воды;
  • количество воды, используемой растениями / культурами;
  • сколько нитратов уже присутствует в почве.[3]

Уровень оксид азота (N2O) в Атмосфера Земли увеличивается со скоростью от 0,2 до 0,3% ежегодно. Антропогенный источников азота на 50% больше, чем из природных источников, таких как почвы и океаны. Выщелоченные сельскохозяйственные ресурсы, то есть удобрения и навоз, составляют 75% антропогенного источника азота.[4] В Продовольственная и сельскохозяйственная организация из Организация Объединенных Наций По оценкам ФАО, мировой спрос на азотные удобрения будет увеличиваться на 1,7% ежегодно в период с 2011 по 2015 год. Увеличение на 7,5 миллионов тонн. Региональный рост азотные удобрения ожидается, что их использование составит 67% в Азии, 18% в Америке, 10% в Европе, 3% в Африке и 1% в Океании.[5]

Выщелачивание фосфора

Фосфор (P) является ключевым питательным веществом для эвтрофикация поверхностных вод и, как было показано, ограничивает рост водорослей в озерной среде. Потеря фосфора с сельскохозяйственных полей давно признана одной из основных угроз качеству поверхностных вод.[6] Выщелачивание - важный путь переноса потерь фосфора с сельскохозяйственных полей на преимущественно равнинных участках с песчаными почвами или почвами, склонными к преимущественному стоку.[7] В отличие от азота, фосфор взаимодействует с частицами почвы через адсорбция и десорбция. Важными потенциальными центрами адсорбции P в почвах являются поверхности оксидов или гидроксидов железа и алюминия, таких как гиббсит или ферригидрит. Таким образом, почвы, особенно богатые такими минералами, могут накапливать P, добавленный с удобрениями или навозом. Адсорбированный P находится в сложном равновесии с P в почвенном растворе, которое контролируется множеством различных факторов, таких как:

Фосфор выщелачивается, когда это равновесие смещается так, что либо ранее адсорбированный P высвобождается в почвенный раствор, либо дополнительный P больше не может адсорбироваться. Многие возделываемые почвы получали удобрения или навоз P в количествах, часто превышающих потребности сельскохозяйственных культур, и это часто длилось десятилетия. Фосфор, добавленный к таким почвам, выщелачивает просто потому, что большинство потенциальных мест адсорбции заняты P, поступившим из прошлого, так называемым «унаследованным фосфором».[9][10] Выщелачивание фосфора также может быть вызвано изменением химических условий в почве. Уменьшение почв окислительно-восстановительный потенциал из-за длительного водонасыщения может привести к восстановительному растворению железо минералы железа, которые являются важными участками сорбции фосфора. Фосфор, адсорбированный этими минералами, впоследствии также попадает в почвенный раствор и может вымываться. Этот процесс имеет особое значение при восстановлении естественного водно-болотные угодья которые ранее были осушены для сельскохозяйственного производства[11][12]

Воздействие на здоровье

Высокий уровень NO3 в воде может отрицательно повлиять на уровень кислорода как для человека, так и для водных систем. Проблемы со здоровьем человека включают: метгемоглобинемия и аноксия, обычно называемый синдром голубого ребенка. В результате этих токсических эффектов регулирующие органы ограничивают количество NO3 допустима в питьевой воде до 45–50 мг1-1. Эвтрофикация, снижение содержания кислорода в воде или водных системах может привести к гибели рыб и других морских видов. Наконец, выщелачивание NO3 из кислых источников может увеличить потерю кальций и другие питательные вещества почвы, тем самым снижая экосистема продуктивность.[2]

Смотрите также

использованная литература

  1. ^ Министерство сельского хозяйства, продовольствия и сельских районов Онтарио. Воздействие на окружающую среду использования азота в сельском хозяйстве
  2. ^ а б Lin, BL; Сакода, А; Шибасаки, Р. Сузуки, М. (2001). «Подход к моделированию глобального выщелачивания нитратов, вызванного антропогенными удобрениями». Водные исследования. 35 (8): 1961–8. Дои:10.1016 / с0043-1354 (00) 00484-х. PMID  11337842.
  3. ^ "WQ262 Азот в окружающей среде: выщелачивание | Расширение Университета Миссури". Extension.missouri.edu. Получено 2013-03-08.
  4. ^ Mosier, A.R .; Duxbury, J.M .; Freney, J. R .; Heinemeyer, O .; Минами, К. (1996). «Выбросы закиси азота с сельскохозяйственных полей: оценка, измерение и смягчение» (PDF). Растение и почва. 181: 95–108. Дои:10.1007 / BF00011296. S2CID  1137539.[постоянная мертвая ссылка ]
  5. ^ ФАО, Текущие мировые тенденции в области производства удобрений и перспективы до 2015 года[постоянная мертвая ссылка ]
  6. ^ 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. https://doi.org/10.1890/1051-0761(1998)008[0559:NPOSWW impression2.0.CO;2
  7. ^ а б Бёрлинг, Катарина (2003). Сорбция, накопление и выщелачивание фосфора. Дисс. Sveriges lantbruksuniv., Acta Universitatis Agriculturae Sueciae. Agraria, 1401-6249; 428
  8. ^ Шуманс, О. (2015). Выщелачивание фосфора из почв: описание процесса, оценка рисков и смягчение последствий. Дисс. Университет и исследовательский центр Вагенингена.
  9. ^ Джарви, Х.П., Шарпли, А.Н., Спирс, Б., Буда, А.Р., Мэй, Л., Клейнман, П.Дж., 2013. Восстановление качества воды сталкивается с беспрецедентными проблемами из-за «Фосфор наследия». Environ. Sci. Technol. 47, 8997–8998. https://doi.org/10.1021/es403160a
  10. ^ Schmieder, F., Bergström, L., Riddle, M., Gustafsson, J.-P., Klysubun, W., Zehetner, F., Condron, L., Kirchmann, H., 2018. Видообразование фосфора в течение длительного периода времени. Профиль почвы с поправками на внесение навоза - Данные мокрой химической экстракции, 31P-ЯМР и спектроскопии XANES с P K-краем. Geoderma 322, 19–27. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2018.01.026
  11. ^ Шенкер М., Зейтельбах С., Бранд С., Хаим А., Литаор М. И., 2004. Редокс-реакции и высвобождение фосфора в повторно затопленных почвах измененного водно-болотного угодья. Европейский журнал почвоведения 56, 515–525. https://doi.org/10.1111/j.1365-2389.2004.00692.x
  12. ^ Зак, Д., Гельбрехт, Дж., 2007. Мобилизация фосфора, органического углерода и аммония на начальной стадии повторного заболачивания болот (на примере северо-восточной Германии). Биогеохимия 85, 141–151. https://doi.org/10.1007/s10533-007-9122-2

внешние ссылки

  • Международная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) Онлайн: [1]
  • Остербан Р. Дж. Водный и солевой балансы в сельскохозяйственной гидрологии. Конспект лекций, Международный курс по дренажу земель, ILRI, Вагенинген, Нидерланды. Онлайн : [2]
  • Р. Дж. Остербан, 1997 г. "SaltMod: Инструмент для переплетения ирригации и дренажа для контроля засоления ». В: У. Б. Снеллен (редактор), На пути к интеграции ирригации и управления дренажем. Специальный отчет ILRI, стр. 41–43. Он-лайн: [3]