O nitrogênio é um nutriente essencial essencial para toda a vida. Este artigo explora o significado do nitrogênio para o nosso ecossistema e os possíveis efeitos adversos de ter excesso dentro de um ecossistema. Por fim, este artigo explicará como o nitrogênio viaja de uma paisagem para águas superficiais e subterrâneas próximas.
Introdução
O nitrogênio é essencial para todos os organismos vivos. Tem algumas formas diferentes, dependendo do ambiente circundante. As plantas são a fonte mais comum de nitrogênio para outros animais (como humanos e gado). A forma comum de nitrogênio disponível para captação de plantas é amônio e nitrato. Amônio tem a fórmula química NH4+ e o nitrato tem a fórmula química não3–. O nitrato é tipicamente mais comum nos solos devido à presença de oxigênio. Nos solos aeróbicos (contendo oxigênio), o amônio é tipicamente convertido em nitrato. É uma fonte dominante de nitrogênio para plantas e é necessária para o crescimento. O nitrogênio entra predominantemente no solo através de fertilizantes químicos, aplicações de esterco, decomposição de matéria orgânica e bactérias fixadoras de nitrogênio. NÃO3– é produzido principalmente por microorganismos do solo através de um processo chamado nitrificação. Esse processo é basic para converter o nitrogênio em uma forma de planta disponível. A nitrificação é quando a amônia é oxidada em nitrito e nitrato. Devido à estabilidade do nitrato, é encontrado mais abundantemente que o nitrito. A oxidação do nitrito em nitrato é impulsionada por microorganismos do solo.
Equilibrando a produtividade com sustentabilidade
Embora o nitrato seja essencial para as plantas, existe um equilíbrio entre a necessidade de crescimento das plantas e os riscos de poluição. O excesso de nitrato no ambiente pode criar problemas para corpos de água próximos, incluindo águas superficiais e subterrâneas. O nitrato serve como um nutriente essencial para as plantas aquáticas, especificamente, algas. Se existir nitrato em um corpo de água em grandes quantidades, pode ocorrer um rápido crescimento de algas. Esse rápido crescimento de algas realmente causa efeitos colaterais negativos para a saúde do meio ambiente. As algas têm uma vida útil relativamente curta de alguns dias a alguns meses e, quando essas algas começam a se decompor, os níveis de oxigênio diminuem. Essencialmente, as algas usaram todo o oxigênio dissolvido disponível na água. Os micróbios usam oxigênio para decompor as algas e, se uma grande quantidade de algas tiver crescido, uma grande quantidade de oxigênio no corpo de água será usada para quebrá -lo. Isso é chamado de hipóxia e pode levar a mortes de peixes, que também dependem do oxigênio dissolvido para sobreviver. Um exemplo recente de uma grande matança de peixes causada por Algal Bloom aconteceu em Iowa Em março de 2024. Um derramamento de fertilizantes nitrogenados levou a uma morte por peixe de quase 750.000 peixes.
Também existem efeitos colaterais para a saúde humana se o nitrato entrar em recursos de água superficial ou subterrânea usados para suprimentos de água potável. Os níveis de nitrato na água potável podem afetar todas as idades da população. Pode afetar os bebês através da síndrome do bebê azul, uma condição que leva à falta de oxigênio no sangue. Pode causar defeitos congênitos ou aumentar o risco de câncer. O nitrato é normalmente encontrado em níveis mais altos no Centro -Oeste rural do que em outras regiões devido à quantidade significativa de agricultura nessa região. Os poços privados estão mais em risco do que os sistemas públicos de água potável porque não são regulamentados pelo governo federal. Portanto, os proprietários são responsáveis por garantir que seus padrões de água potável.
Fontes de nitrato
Agrícola
As três principais fontes de nitrato ambiental são agrícolas, industriais e urbanas. As fontes agrícolas incluem sistemas que utilizam fertilizantes sintéticos e adivinhação (isto é, vacas, porcos e ovelhas). Nas paisagens agrícolas, monocrops como milho e soja geralmente precisam de grandes entradas de nitrogênio do fertilizante. A estimativa da quantidade adequada de fertilizantes necessária que cada estação de crescimento depende de um plano detalhado de gerenciamento de nutrientes. As necessidades de fertilizantes são baseadas na cultura que está sendo cultivada, o estágio de crescimento da colheita e o solo atual. Não ter um plano eficaz de gerenciamento de nutrientes pode levar ao excesso de fertilizantes dentro da paisagem agrícola.
Industrial
As fontes industriais incluem a produção de fertilizantes sintéticos e a descarga de estações industriais de tratamento de águas residuais. O fertilizante nitrogênio mais comum produzido é a uréia. A produção de fertilizantes nitrogenados sintéticos pode levar à descarga de nitrogênio a hidrovias próximas na forma de amônia. O processo de fabricação de fertilizantes não apenas pode afetar os recursos hídricos, mas pode levar à poluição atmosférica na forma de óxido nitroso. As estações de tratamento de águas residuais contribuem para os níveis de nitrogênio nas hidrovias, dependendo de como lidam com o efluente da água e o lodo que é produzido ao longo do processo. Se o efluente de água tratado não for usado para irrigação, normalmente é descarregado para um corpo de água superficial próximo. Além disso, se o lodo (também nomeado biossólido) não for aplicado como fertilizante orgânico, eles são enviados para o aterro.
Urbano
Fontes urbanas podem ser descargas de estações de tratamento de águas residuais residenciais, sistemas sépticos pessoais e águas pluviais urbanas. As usinas residenciais de tratamento de águas residuais contribuem para os níveis de nitrogênio no ambiente de maneira semelhante às estações de tratamento de águas residuais industriais. Os sistemas de fossas sépticas pessoais atuam como um sistema de tratamento de águas residuais no native. Portanto, eles também contribuem para o nitrogênio no ambiente de maneira semelhante a estações de tratamento de águas residuais em escala maior. Isso é uma preocupação nas áreas rurais que têm uma alta densidade de poços privados, porque as fossas sépticas podem contribuir para o aumento do nitrogênio em poços de água potável privados. As águas pluviais urbanas também são uma fonte importante de nitrogênio para o meio ambiente. Devido à quantidade de superfícies impermeáveis que existem nas áreas urbanas, os eventos de tempestade podem produzir escoamento que contém nutrientes (como nitrogênio) e sedimentos.
As fontes agrícolas, industriais e urbanas listadas acima são consideradas fontes antropogênicas devido à influência da atividade humana. No entanto, também existem fontes naturais de nitrato. Processos como decaimento da planta, decomposição de outros materiais orgânicos e fixação biológica do gás nitrogênio também podem contribuir para os níveis de nitrato.
Transporte
O nitrato se transfer de terra para água através de três processos principais: escoamento superficial, fluxo de subsuperfície e lixiviação. Estes contribuem para o nitrato nas águas superficiais e no subterrâneo. Se ocorrer um evento de chuva e a taxa de precipitação exceder a capacidade do solo de deixar a água entrar, o escoamento da superfície é produzido porque o solo não pode aceitar tanta água de uma só vez. Esse escoamento é chamado de excesso de infiltração. Ou, se o solo for saturado, o escoamento da superfície também será produzido a partir do excesso de água. Esse escoamento é chamado de excesso de saturação. O fluxo subterrâneo é o transporte de nitrato através da zona insaturada. Nesse processo, o nitrato se transfer através dos poros do solo devido a uma mistura de gravidade e forças capilares (como adesão e coesão). Uma forte chuva também pode facilitar a lixiviação do nitrato, saturando o solo, fazendo com que o nitrato gravite para baixo. A lixiviação é impulsionada principalmente através da advecção (o fluxo a granel de água) e a dispersão (a propagação de um produto químico). Um visible desses três processos de transporte é mostrado abaixo. Depois que o nitrato entra nas águas subterrâneas da lixiviação, ele pode ser transportado para corpos de água superficial próximos através do fluxo de águas subterrâneas. Esses processos não apenas aumentam os níveis de nitrogênio nos corpos d’água, mas também aumentam outros poluentes, como fósforo, produtos farmacêuticos e pesticidas.
Gerenciando Nitrpoluição ogênio
Existem maneiras de gerenciar o impacto do nitrogen no ambiente, dependendo da fonte. Na agricultura, existem melhores práticas de gerenciamento (BMPs) que foram desenvolvidas para reduzir a carga de nitrogênio nas bacias hidrográficas. Algumas dessas práticas se concentram na limitação da erosão, como a cobertura de cobertura para manter a cobertura do solo ou a redução da lavoura para limitar a perturbação do solo. Práticas que limitam a erosão como essas reduzem o potencial de escoamento superficial. Outros dependem da agricultura de precisão, como otimizar as aplicações de nutrientes ou a quantidade e a frequência de irrigação. Isso pode ajudar a limitar a lixiviação, reduzindo o excesso de fertilizantes e insumos de água. Os proprietários de terras que possuem um fluxo em sua propriedade também podem instalar uma faixa de vegetação ao longo do banco de riachos para impedir que o escoamento da superfície e o fluxo de subsuperfície entrem em um fluxo. Isso é chamado de zona tampão ribeirinha. A indústria possui métodos de redução de nitrogênio através de um processo biológico chamado desnitrificação. É quando os microorganismos convertem nitrato em gás nitrogênio. Esta é uma prática comum nas instalações de tratamento de águas residuais. Em ambientes urbanos, as bacias de águas pluviais são instaladas ou as áreas úmidas são construídas para armazenar o escoamento. Eles também reduzem os contaminantes através da captação de plantas e facilitam a desnitrificação. Ou, os sistemas urbanos podem criar superfícies mais permeáveis, como telhados verdes ou pavimentos permeáveis para diminuir o escoamento da superfície.
Conclusão
No geral, embora o nitrogênio seja essencial para a vida, é preciso haver um equilíbrio entre produtividade e proteção ambiental para ajudar a sustentar nosso ecossistema para o futuro. A conscientização, educação e política podem ajudar a alcançar esse equilíbrio e garantir o gerenciamento sustentável de recursos.
