Презентация "Круговорот азота в природе" по биологии – проект, доклад

Круговорот азота

Пулы азота: В почве и воде: органический N, NH4+ (NH3), NO2-, NO3- В атмосфере: N2 NH3 N2О NO NO2 NO3-

Энергетические характеристики основных реакций круговорота азота

Распределение азота в различных резервуарах Земли

(Tamm, 1991)

96%

Наземные экосистемы

Океан

https://ru.wikipedia.org/wiki/%CD%E0%F1%E5%EB%E5%ED%E8%E5_%C7%E5%EC%EB%E8

Динамика численности населения Мира за последние 50 лет и прогноз до 2100 г.

10 млрд

http://yandex.ru/images/search?img_url=http%3A%2F%2F%2Fdatas%2Fgeografija%2FPrirodnye-resursy%2F0010-010-Zemelnye-resursy-mira.jpg&uinfo

Изменение площади пахотных земель в Мире за последние 50 лет (млн. га)

Динамика площади пашни в Мире в расчёте на 1 чел.

0.15 прогноз 0.40 0.30 0.20 0.10 га/человека

Без минеральных удобрений в Нечерноземье можно прокормить только 1 чел./га пашни

Население и удельная площадь пашни на 1 человека

1992-2002 2003-2012 Канада В мире ФРГ РФ США Китай

Урожайность зерновых в некоторых странах и мире

Ячмень Пшеница

Компенсация выноса питательных веществ с урожаями внесением минеральных удобрений на территории России (%)

Ведущие потребители минеральных удобрений в мире (2010 г.)

Производство зерновых и зернобобовых на душу населения в некоторых странах

т/душу населения

Мировые экспортёры и импортёры зерна

Международная торговля сельскохозяйственной продукцией

Применение минеральных удобрений в земледелии некоторых стран и в мире (в действующем веществе, кг/душу населения)

Россия

1 – азот (N), 2 – фосфор (Р2О5), 3 – калий (К2О)

Средние дозы минеральных удобрений (N,P,K) на посевах с/х культур в РФ

1 – азот, 2 – фосфор, 3 – калий

Потребность в Nуд. рассчитывается исходя из равного количества потребляемого протеина (животного и растительного) 50% и 15% - коэффициенты усвоения, соответственно.

Потребность населения в протеине 60-70 г/чел./день или 4 кг N/чел./год

Nуд. – потребность = 17 кг N/чел./год Для населения 140 млн. человек – 2,4 млн.т N уд. Каждый гектар пашни России должен получать не менее 60 кг N/год

Потребность в азоте

7 млрд. человек содержат  8 Tg N Для поддержания этого резервуара N ежегодно фиксируется в 20-25 раз больше N 160-200 Tg N США Производство: 1 кг говядины требует 14 кг зерна кукурузы (эквивалент), содержащей ≈ 250 г N 1 кг курятины (бройлер) требует 2,5 кг зерна кукурузы (эквивалент) или ≈ 50 г N

Глобальное производство азотных удобрений

- удобрения бобовые топливо

Фиксация N при производстве удобрений, сжигании ископаемого топлива, выращивании бобовых и культуры риса, 1961-2020, Tg N/год (Galloway et al., 1999)

Глобальный баланс азота

Оборачиваемость азота (Tg/год) (Tamm, 1991)

Экологические последствия интенсивного вовлечения техногенного азота в круговорот

Потоки азота при сжигании ископаемого топлива Выбросы: NOx, NH3 Последствия: Фотохимический смог Кислотные атмосферные осадки Разрушение озонового слоя Парниковый эффект

Выбросы NOx Мобильные источники: легковые автомобили  6-7 млн.т/год тяжелые автомобили и авиация  2-3 млн.т/год Химическая промышленность (без удобрений) и производство цемента  2-3 млн.т./год Сжигание древесины и растительных остатков  5 млн.т/год

Нитраты (NO3-) Нитраты (NO3-) - не токсичны! Нитриты (NO2-) консерванты против ботулизма NO3- - используется для лечения мочекаменной болезни, болезней сердца Растворяет почечные камни фосфатной природы. Дозировка до 9г NaNO3 или NH4NO3 в сутки - без каких-либо осложнений.

Физика и химия утечки нитратов NO3- - практически не сорбируется в почве Почвы бореального пояса с рН=4,0-7,5 не сорбируют NO3- и другие анионы (Cl-, SO42-), их коллоидные частицы заряжены отрицательно Некоторые тропические сильно выщелоченные почвы с очень кислой реакцией (рН3,5) могут поглощать анионы. В этих условиях коллоидные частицы несут положительный заряд NH4+ в противовес NO3- хорошо поглощается в почвах и слабо вымывается из них

Корень нитратной проблемы:

Нитратная проблема – «несвоевременные» нитраты «Несвоевременные» нитраты так или иначе становятся нитратами «загрязняющими» Подвижность нитратов зависит от физического поведения воды в почве

Метгемоглобинемия или синдром «синего ребенка» У детей младше 1 года в желудке NO3- NO2- Оксигемоглобин, содержит (Fe+++) в окисной форме переходит в метгемоглобин (Fe++) в закисной форме В результате снижается способность переносить О2

Случаи метгемоглобинемии в связи с концентрацией NO3- в воде (Addiscott et al., 1994)

*) Фатальный исход (Р) Вода имела бактериальное загрязнение Все случаи связаны с использованием воды из частных колодцев

Атмосферная концентрация N2O за последние 2000 лет

Динамика закиси азота в атмосфере

MHD – Mace-Head Northern Hemisphere CGO – Cape Grim Station

Динамика содержание в атмосфере N2O и прогноз ее содержания

среднее за год (1990-2010 гг.)

Площади почвенного покрова и эмиссия закиси азота

Нитрификация Nitrosomonas Nitrobacter NH4+ NH2OH NO2- NO3-

Химическое разложение

N2O, NO

Денитрификация NO3-NO2- N2ON2

В стратосфере N2O N2+О (90% фотодиссоциация) N2O+O 2 NO и/или N2+О2 (∑=10%)

Разрушение озона

NO каталитически разрушает озон: NO+О3 NO2+O2 N2O+О NO+O2 Нетто: O+О32O2

Имеются ли в будущем альтернативы применению удобрений?

ЗАПАСЫ ОБЩЕГО АЗОТА В ПОЧВАХ РОССИИ

НАКОПЛЕНИЕ АЗОТА В РАСТИТЕЛЬНОЙ БИОМАССЕ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИИ

Применение минеральных удобрений в мире

Примечание: Над чертой - млн. тонн; Под чертой - кг/га пашни.

Основные потоки глобального биогеохимического цикла азота

Атмосферная концентрация N2O за последние 120 лет

Изменение радиационного воздействия долгоживущих парниковых газов в атмосфере (1990 год принят за единицу)

(цитировано по WMO, 2008)

СО2 СН4 N2O 2006:1990=1.227

Радиационное воздействие W/м2