Екотоксикологічна характеристика азотних добрив

Нітрати входять до складу багатьох азотних добрив, наприклад калійна селітра (нітрат калію), кальцієва селітра (нітрат кальцію), аміачна селітра (нітрат амонію) і т.д. [ 4, 10]

Природні солі мають  кристалічну острівну будову. Виникають виключно при екзогенних процесах, часто внаслідок гниття органічних решток. Можливе також утворення азотистих сполук з азоту повітря під час громових розрядів. Застосовують як добрива, протрави при фарбуванні, компоненти вибухових речовин. Нітрати амонію, лужних та лужноземельних металів називають селітрами. Ефіри – безбарвні або світло-жовті, приємні на запах рідини. Містять у молекулі одну або декілька ONO2-груп, пов’язаних з органічним радикалом. Деякі ефіри (нітрогліцерин) застосовують як вибухові речовини.

При сильному нагріванні нітрати розкладаються, не плавлячись. Виняток становлять лише нітрат натрію і нітрат калію, які спочатку плавляться, а потім уже розкладаються. При  цьому продукти розкладу нітратів залежать від активності металу, що входить до складу солі.

Всі нітрати — тверді кристалічні речовини, добре розчинні у воді, токсичні (отруйні) [7].

Характерною хімічною властивістю  нітратів є їхня здатність   розкладатися

17

при нагріванні з виділенням кисню та інших продуктів. Продукти розкладання залежать віл розташування металу солі у витискувальному ряді металів.

Нітрати натрію, калію, амонію i кальцію називають селітрами: NaN03 — натрієва ceлітра, KN03 — кальцієва селітра. NH4N03 — аміачна селітра, Ca(N03)2 — кальцієва селітра [12].

Окремі рослини характеризуються різною здатністю накопичувати нітрати. Одні акумулюють дуже мало, інші можуть містити їх до 2,5 % сухої маси. Основиними чинниками, що впливають на накопичення нітратів у рослинах є:

1. надмірна кількість азотних добрив, недодержання технології внесення їх та незбалансованість за основними макро- і мікроелементами;
2. тип ґрунтів;
3. коливання температури;
4. висока вологість ґрунтів і повітря;
5. низька освітленість;
6. біологічні особливості культур і сортів;
7. технологія виробництва ( загущеність посівів, засміченість, шкідники, хвороби тощо);
8. терміни збирання врожаю.

    Основним джерелом  надходження нітратів в організм  людини являються продукти рослинного  походження. [4, 11]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

18

              4. Наслідки використання азотних добрив

 

Азотні добрива використовують для підвищення вмісту азоту в  ґрунтах, і тим самим підвищення врожаю. Але окрім позитивного  впливу, азотні добрива чинять негативний вплив на рослини, організм тварин і  людини, зокрема через перевищення  доз їх внесення та вмісту в азотних добривах нітратів, що є токсичними [2].

Узагальнення результатів  багатьох наукових досліджень дає змогу  виділити основні негативні ефекти, що виникають при застосуванні азотних добрив:

• забруднення верхніх шарів ґрунту потенційно небезпечними важкими металами, галогенами  тощо;
• зміна кислотно-основних властивостей ґрунту при застосуванні мінеральних добрив; вплив на біологічну активність ґрунту;
• активізація процесів міграції токсичних і біогенних елементів у горизонтальному та вертикальному напрямах.

Зміни, що відбуваються у  ґрунті, спричиняють певні порушення  у суміжних компонентах агроекосистеми. Через ґрунт азотні добрива опосередковано впливають на фізіологічні процеси у рослинах, що стає причиною погіршення їхньої гігієнічної якості. Вони також активізують процеси міграції, що призводить до погіршення якості ґрунтових вод, а також вод наземних водоймищ із впливом на екотоксикологічний стан водних екосистем [8].

Загальна характеристика токсичної дії азотних добрив полягає у негативному впливі, пов'язаному, насамперед, з наявністю нітратного азоту.

Вважають, що одним з  небезпечних видів забруднення  водних джерел є забруднення сполуками  азоту. Нітратний азот здатний вимиватися з інфільтраційними водами на значну глибину. Дослідженнями, проведеними

 

19

на чорноземі опідзоленому при тривалому застосуванні добрив (35 років) було встановлено вимивання  нітратів на глибину близько 10 м  з максимумом нагромадження на глибині 2-4 м [7,8].

Найбільший вміст нітрогену  є в аміачній селітрі, але це добриво при зберіганні може розкладатись і є вогненебезпечним. Слід зазначити, що всі азотні добрива добре розчинні у воді і це зумовлює їх міграцію в природному середовищі. Необхідні форми нітрогену, в яких він перебуває в мінеральних добривах, визначаються кислотністю ґрунтів, де вони застосовуються. Так, на кислих ґрунтах нітроген краще засвоюється рослинами у вигляді нітрат-іонів, на нейтральних ґрунтах - в амідній формі, а на лужних ґрунтах - в амонійній формі. Тому, на кислих ґрунтах недоцільно використовувати, наприклад, амідні добрива, адже для засвоєння рослинами нітрогену, необхідно його окислити до нітрату [4,6].

За результатами досліджень при застосуванні 100 кг фізичної маси аміачної селітри у ґрунт надійде 84 мг/га нікелю, 20-25 мг/га кадмію, цинку та купруму. Дана кількість домішок безпечна для екологічного стану ґрунту, але при внесенні доз добрив, розрахованих під запланований урожай (тобто більших за 35 кг/га д. р) зросте концентрація важких металів, що є потенційно небезпечним.

Щодо забруднення поверхневих вод найбільшу небезпеку представляють домішки кадмію (третій клас якості води).

Сульфат амонію містить  більшу кількість домішок, ніж аміачна  селітра у 2,5-10,0 разів. Внесення такої  ж кількості сульфату амонію (100 кг за фізичною масою) зумовлює забруднення водних об’єктів кадмієм та свинцем (третій клас якості води) [5,8].

Під впливом азотних  добрив може розвинутися хлороз дерев  або посилитися ступінь поразки  їм, якщо він вужа з'явився. У молодих дерев затягується ріст пагонів, вони погано визрівають; для теплолюбних культур

(персик, мигдаль, черешня)  це загрожує зимовими ушкодженнями [1].

20

Азотні добрива, внаслідок  їх високої рухливості в природному середовищі здатні промивати в ґрунтові води і далі в природні водойми. Потрапляння  азотних добрив у водойми викликає «цвітіння» води.

Поряд з процесами  забруднення водоймищ токсичними елементами і сполуками, важливе значення має  вплив мінеральних азотних добрив на процеси евтрофікації. Поверхневий стік біогенних елементів мінеральних добрив активізує процеси евтрофікації. Найрозповсюдженішим проявом евтрофікування водоймищ є цвітіння води. Воно властиве всім гіпертрофним водоймам і зумовлено масовим розвитком синьо-зелених ціанобактерій, які продукують токсини. Токсини синьо-зелених ціанобактерій належать до високотоксичних природних сполук, які діють на центральну нервову систему, а також порушують вуглеводневий та білковий обмін [7,8].

Негативний вплив на природне середовище відбувається внаслідок  фізико-хімічних властивостей мінеральних  добрив, які в ґрунті проявляють себе як хімічно, фізіологічно, біологічно кислі (лужні) і певним чином впливають на стан ґрунтового комплексу. До таких добрив, передусім, належать азотні, які здебільшого є фізіологічно кислими або лужними. При цьому змінюється реакція ґрунтового розчину, направленість процесів синтезу та розпаду гумусових сполук, активність біохімічних, мікробіологічних та інших процесів. Тим самим, зазначені добрива змінюють рухомість біогенів та токсикантів і можуть активізувати процеси міграції останніх у системах "добриво-ґрунт-рослина", "добриво-ґрунт-природні води".

Азотні добрива рекомендуються вносити пізно восени або ранньою  весною, так як талі води змивають половину добрив. Важливо дотримуватися норм і строки внесення. Надмірне вживання азотних добрив не тільки веде до акумуляції нітратів у рослинах, а й призводить до забруднення навколишнього середовища. Одна з ознак забруднення водойми, цвітіння води, викликане буйним розмноженням водоростей.

Токсична дія вод  евтрофікованого водоймища може бути зумовлена також

21

нагромадженням нітратів і нітритів. У період активної життєдіяльності  та після відмирання водорості поповнюють водоймище значною кількістю  азотвмісних речовин, у тому числі  й біологічно активними амінами. Останні, при взаємодії з нітратами і нітритами утворюють висококанцерогенні нітрозаміни. З усіх типів добрив азотні найбільш схильні до впливу з боку ґрунтових мікроорганізмів. У перший тиждень після внесення до 70% маси добрива споживається бактеріями і грибами (иммобилизуют), лише після їх загибелі входить в їх склад азот може використовуватися рослинами. Великі втрати азоту добрив відбуваються через винесення легкорозчинних нітратів і солей амонію з грунтового профілю, а також в ході денітрифікації (газоподібні втрати) і через нітрифікації (освіта нітратів і їх винос). У підсумку коефіцієнт використання добрив рослинами рідко досягає 50%, їх застосування може викликати евтрофікацію прилеглих водойм. Що утворюється в ході денітрифікації N₂O є сильним парниковим газом [1,12 ].

Найбільшою активністю серед традиційних мінеральних  добрив, які можуть активно впливати на кислотно-основні властивості  ґрунту характеризуються азотні, серед  яких ті, що зміщують рівновагу ґрунтового розчину в бік: підкислення –  аміачна селітра, аміак рідкий, аміак водний, сульфат амонію , сульфат амонію-натрію, хлористий амоній, сечовина (карбамід); підлуження – натрієва селітра кальцієва селітра [5].

 

                        Вплив нітратів на живі організми

 

Нітратний азот не може безпосередньо  використовуватися рослинами для синтезу амінокислот. Нітрати в рослинах піддаються спочатку ступінчастому - через нітрит, гіпонітріт і гідроксиламін - ферментативному відновленню до аміаку.

Відновлення нітратів відбувається за участю ферментів, що містять мікроелементи - молібден, мідь, залізо і марганець, - і вимагає витрат енергії,

22

що акумулюється в  рослинах при фотосинтезі і окисленні  вуглеводів. Відновлення нітратів у рослинах здійснюється по мірі використання виробленого аміаку на синтез органічних азотистих сполучень. Нітрати нешкідливі для рослин і можуть накопичуватися в їх тканинах в значних кількостях. Однак вміст нітратів у сільськогосподарській продукції (кормах і овочах) вище певної межі може надавати токсичну дію на організм тварин і людини [10,12].

Нітрати характеризуються досить широким спектром токсичної  дії. Токсична дія нітратів полягає  у тому, що в травному тракті вони частково відновлюються до в солі азотистої кислоти утворюючи нітрити (більш токсичні), і останні при надходженні в кров можуть викликати метгемоглобінемію – в результаті взаємодії нітриту з гемоглобіном крові. В результаті окиснення двовалентного заліза до трьовалентного утворюється метгемоглобін, який на відміну від гемоглобіну не здатний зв’язувати і переносити кисень. У результаті може розвитися кисневе голодування тканин і організму в цілому. Одночасно в крові зростає вміст молочної кислоти, холестерину і лейкоцитів, знижується кількість білків. Особливо шкідливі нітрати для дітей і вагітних жінок. Смертельна доза – 300-2500 мг. Також нітрити можуть викликати пригнічення активності ферментних систем, що беруть участь у процесах тканинного дихання. Крім того, встановлено, що з нітритів у присутності амінів можуть утворюватись N-нітрозаміни, які виявляють канцерогенну активність. При вживанні високих доз нітратів з питною водою, чи продуктами харчування через 4-6 годин проявляються характерні симптоми нітратного отруєння: нудота, задуха, посиніння шкірних покривів і слизових оболонок, діарея. Це часто супроводжується загальною слабкістю, головокружінням, запамороченням, болями у потиличній частині, тахікардією [10,11].

Нітрати є токсичними для всіх теплокровних тварин та риб, тому вода з підвищеним вмістом нітратів являє певну небезпеку. Допустима добова  доза

23

нітратів для дорослої людини становить 325 мг. ДСТУ питної води визначає гранично допустиму концентрацію нітратів до 45 мг/дм³. Рекомендоване ВООЗ споживання продуктів харчування, де використовується питна вода (чай, кава, сік, перші страви тощо) у помірному кліматі становить приблизно 1-1,5 л, максимум 2 л/добу. Таким чином, з водою доросла людина може спожити близько 68 мг нітратів. Відповідно, на харчові продукти залишається 257 мг нітратів. Дослідження виявили, що токсичний вплив нітратів у харчових продуктах проявляється слабше, аніж нітратів, що розчинені у питній воді, приблизно у 1,25 раз. Отже, безпечна добова доза нітратів, яку можна спожити разом з харчовими продуктами становить 320 мг. Нітрати негативно впливають на організм вагітної жінки та її плід, погіршуючи показники його біофізичного профілю [2,10].

За певних умов нітрити  можуть з’єднуватися із вторинними і  третинними амінами, отворюючи нітрозаміни, які є канцерогенами. Нітрити  послабляють захисні системи  організму. У результаті людина частіше  піддається простудним захворюванням, які довго не проходять. При надлишку в ґрунті нітратів рослини здатні поглинати їх у великих кількостях.