X
Код презентации скопируйте его
Круговорот азота в природе
Скачать эту презентацию
Презентация на тему Круговорот азота в природе
Скачать эту презентациюCлайд 1
Круговорот азота
Cлайд 2
Пулы азота: В почве и воде: органический N, NH4+ (NH3), NO2-, NO3- В атмосфере: N2 NH3 N2О NO NO2 NO3-
Cлайд 3
Энергетические характеристики основных реакций круговорота азота Реакции Выход энергии, ккал ДЕНИТРИФИКАЦИЯ 1. C6H12O6+6KNO3 6CO2+3H2O+6KOH+3N20 545 (на 1моль глюкозы) 2. 5C6H12O6+24KNO3 30CO2+18H2O+24KOH+12N2 570 (на 1моль глюкозы) 3. 5S+6KNO3+2CaCO3 3K2SO4+2CaSO4+ 2CO2+3N2 132 (на 1моль серы) ДЫХАНИЕ 4. C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O 686 АММОНИФИКАЦИЯ 5. CH2NH2COOH+1½O2 2CO2+H2O+NH3 глицин 176 НИТРИФИКАЦИЯ 6. NH3+1½O2 HNO2+H2O 66 7. KNO2+1½O2 KNO3 17,5 ФИКСАЦИЯ АЗОТА 8. N2 2N «активация азота» -160 9. 2N+3H2 2NH3 12,8
Cлайд 4
Распределение азота в различных резервуарах Земли (Tamm, 1991) Резервуары Млн. т РАСТИТЕЛЬНАЯ БИОМАССА (наземная) 1,1-1,4х104 ЖИВОТНАЯ БИОМАССА (наземная) 2х102 ОПАД (наземный) 1,9-3,3х103 ПОЧВА -органическое вещество 3,0х105 -нерастворимый неорганический 1,6 х104 -микроорганизмы 5,0х102 ПОРОДЫ 1,9х1011 (1) ОСАДКИ 4,0х108 (3) УГОЛЬНЫЕ ОТЛОЖЕНИЯ 1,2х105 ОКЕАН растительная биомасса 3,0х102 животная биомасса 1,7х102 мертвое органическое вещество 5,3х105 N2 (растворенный) 2,2х107 (4) NO3- 5,7х105 NH4+ 7,0х103 АТМОСФЕРА N2 3,9х109 (2) N2O 1,3х103 NH3, NOх, NO3-, органический N 3-4
Cлайд 5
96% Наземные экосистемы Океан
Cлайд 6
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
Cлайд 7
http://yandex.ru/images/search?img_url=http%3A%2F%2F900igr.net%2Fdatas%2Fgeografija%2FPrirodnye-resursy%2F0010-010-Zemelnye-resursy-mira.jpg&uinfo Изменение площади пахотных земель в Мире за последние 50 лет (млн. га)
Cлайд 8
http://yandex.ru/images/search?img_url=http%3A%2F%2F900igr.net%2Fdatas%2Fgeografija%2FPrirodnye-resursy%2F0010-010-Zemelnye-resursy-mira.jpg&uinfo Динамика площади пашни в Мире в расчёте на 1 чел. 0.15 прогноз 0.40 0.30 0.20 0.10 га/человека
Cлайд 9
Без минеральных удобрений в Нечерноземье можно прокормить только 1 чел./га пашни Население и удельная площадь пашни на 1 человека Регионы, страны Население, млн. чел. Пашня, млн. га Удельная площадь, га/чел. США 315 186 0.6 Западная Европа 380 95 0.25 Россия 140 85 0.6 Весь мир 7000 1400 0.2
Cлайд 10
1992-2002 2003-2012 Канада В мире ФРГ РФ США Китай Урожайность зерновых в некоторых странах и мире Ячмень Пшеница
Cлайд 11
Компенсация выноса питательных веществ с урожаями внесением минеральных удобрений на территории России (%) %
Cлайд 12
Ведущие потребители минеральных удобрений в мире (2010 г.) N P2O5 K2O Страна Млн.т. Страна Млн.т. Страна Млн.т. 1. Китай 2. Индия 3. США 4. Франция 5. Пакистан 6. Индонезия …………….. 17. Россия 26.1 10.9 10.5 2.32 2.26 1.96 …… 0.96 1. Китай 2. Индия 3. США 4. Бразилия 5. Австралия 6. Франция …………….. 19. Россия 8.60 4.21 3.86 2.34 1.10 0.80 …… 0.28 1. США 2. Китай 3. Бразилия 4. Индия 5. Франция 6. Малайзия …………….. 21. Россия 4.47 3.47 2.56 1.57 1.03 0.64 ….. 0.18
Cлайд 13
Производство зерновых и зернобобовых на душу населения в некоторых странах http://yandex.ru/images/search?img_url=http%3A%2F%2F900igr.net%2Fdatas%2Fgeografija%2FPrirodnye-resursy%2F0010-010-Zemelnye-resursy-mira.jpg&uinfo т/душу населения
Cлайд 14
Мировые экспортёры и импортёры зерна
Cлайд 15
Международная торговля сельскохозяйственной продукцией
Cлайд 16
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)
Cлайд 17
Средние дозы минеральных удобрений (N,P,K) на посевах с/х культур в РФ 1 – азот, 2 – фосфор, 3 – калий
Cлайд 18
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
Cлайд 19
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
Cлайд 20
Глобальное производство азотных удобрений - удобрения - бобовые - топливо 2020
Cлайд 21
Фиксация N при производстве удобрений, сжигании ископаемого топлива, выращивании бобовых и культуры риса, 1961-2020, Tg N/год (Galloway et al., 1999)
Cлайд 22
Глобальный баланс азота Приход (Tg N) Расход (Tg N) Фиксация в атмосфере (электрические разряды) 1-30 Денитрификация 80-720 Биологическая фиксация 45-330 Речной сток 10-40 Техногенная фиксация 110-130 Сжигание ископаемого топлива 15-45 ВСЕГО: 171-535 ВСЕГО: 90-760
Cлайд 23
Оборачиваемость азота (Tg/год) (Tamm, 1991) В наземных экосистемах 2000 В океаническом планктоне 4000
Cлайд 24
Экологические последствия интенсивного вовлечения техногенного азота в круговорот
Cлайд 25
Потоки азота при сжигании ископаемого топлива Выбросы: NOx, NH3 Последствия: Фотохимический смог Кислотные атмосферные осадки Разрушение озонового слоя Парниковый эффект
Cлайд 26
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
Cлайд 27
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.
Cлайд 28
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
Cлайд 29
Корень нитратной проблемы: Нитратная проблема – «несвоевременные» нитраты «Несвоевременные» нитраты так или иначе становятся нитратами «загрязняющими» Подвижность нитратов зависит от физического поведения воды в почве доступность = уязвимость подвижность
Cлайд 30
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
Cлайд 31
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 Источник Страна Количество случаев Концентрация NO3-, мг/л Comly (1945) USA 2 1 388, 619 283-620 Choquette (1982) USA 1 1200 Busch and Meyer (1982) USA 1 545 Johnson et al. (1987) USA 1 665 Ewing and Mayon-White (1951) UK 2 200*), 45(Р) Acheson (1985) UK 14 100 Deak (1985) Венгрия 45 1258 40-100 100 Hye-Knudsen (1985) Дания 1 200(Р)
Cлайд 32
Атмосферная концентрация N2O за последние 2000 лет
Cлайд 33
Динамика закиси азота в атмосфере MHD – Mace-Head Northern Hemisphere CGO – Cape Grim Station
Cлайд 34
Динамика содержание в атмосфере N2O и прогноз ее содержания
Cлайд 35
среднее за год (1990-2010 гг.)
Cлайд 36
Площади почвенного покрова и эмиссия закиси азота Показатели Регион Площадь N-N2O Млн. км2 % Млн. т % Мир 143.6 100 18.0 100 Россия 16.9 11.7 1.2 6.6
Cлайд 37
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%)
Cлайд 38
Разрушение озона NO каталитически разрушает озон: NO+О3 NO2+O2 N2O+О NO+O2 Нетто: O+О3 2O2
Cлайд 39
Cлайд 40
Имеются ли в будущем альтернативы применению удобрений? Увеличение использования бобовых или других N- фиксирующих растений (например Azolla в рисовниках) - Ограничено Внедрение N-фиксирующих генов в большинство культур - сложная задача, вероятно не скоро Активация N-фиксации свободноживущих азотфиксаторов - мало надежды для прогресса Усиление ассоциативной азотфиксации большинства культур - может быть определенный эффект, но значительный эффект маловероятен
Cлайд 41
ЗАПАСЫ ОБЩЕГО АЗОТА В ПОЧВАХ РОССИИ Зоны Площадь, млн. га Запасы N в слое 0-100 см т/га млн. т Полярно-Тундровая Лесотундровая-Северотаежная Среднетаежная Южнотаежная Лесостепная Степная Сухостепная Полупустынная Горные области 181 233 238 237 126 80 28 15 576 6.2 7.1 4.3 5.7 14.2 25.9 19.2 5.2 1122 1654 1023 1351 1789 2064 537 78 3000 всего 1714 12618
Cлайд 42
НАКОПЛЕНИЕ АЗОТА В РАСТИТЕЛЬНОЙ БИОМАССЕ НА ТЕРРИТОРИИ РОССИИ Зона Пло-щадь, млн. га Ежегодный прирост биомас-са, т/га N, кг/га N, аккуму-ляция, млн.т Тундра Лесотундровая-северотаежная Среднетаежная Южнотаежная Лесостепная Степная Сухостепная Полупустынная Горные области 181 233 238 237 126 80 28 15 576
Cлайд 43
Применение минеральных удобрений в мире Примечание: Над чертой - млн. тонн; Под чертой - кг/га пашни. Удобрения Год 1965 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 Всего 47,0 36.6 69,3 53.2 91,4 69.6 116,7 87.6 129,6 94.4 137,8 99.8 129,7 94.4 136,4 100.0 Азотные, N 19,1 14.9 31,8 24.4 44,4 33.8 60,8 45.6 70,4 51.3 77,2 55.8 78,4 57.0 81,6 59.8 Фосфорные, P2O5 15,8 12.3 21,1 16.2 25,6 19.5 31,7 23.8 33,5 24.4 36,1 26.1 30,7 22.3 32,6 23.9 Калийные, K2O 12,1 9.4 16,4 12.6 21,4 16.3 24,2 18.2 25,7 18.7 24,7 17.9 20,7 15.1 22,2 16.3
Cлайд 44
Основные потоки глобального биогеохимического цикла азота ПОТОКИ Интервал величин (Tg N) Фиксация в атмосфере (молнии) 1-30 Биологическая фиксация (всего) 45-330 в т.ч.: наземная 44-200 в океане 1-130 Техногенная фиксация 120 Сжигание ископаемого топлива 15-45 Сжигание биомассы 10-200 Биогенное высвобождение NOx 20-230 Денитрификация (вся) 80-720 в т.ч.: наземная 40-390 в океане 40-330 Улетучивание NH3 30-250 Атмосферные выпадения (всего) 110-360 в т.ч.: NH3/NH4+ 80-240 NOx 30-120 Органический N (выпадения) 10-100 Речной сток 10-40
Cлайд 45
Cлайд 46
Cлайд 47
Cлайд 48
Cлайд 49
Cлайд 50
Cлайд 51
Cлайд 52
Cлайд 53
Cлайд 54
Cлайд 55
Cлайд 56
Cлайд 57
Cлайд 58
Cлайд 59
Атмосферная концентрация N2O за последние 120 лет
Cлайд 60
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
