Pobierz opis

Paweł Szarlip
[email protected]
Instytut Agrofizyki PAN
Zakład Biogeochemii Środowiska Przyrodniczego
Wydzielanie i pochłanianie tlenku azotu(I) w wybranych glebach mineralnych
Tlenek azotu(I) – podtlenek azotu, N2O – jest jednym z tzw. gazów szklarniowych.
Stężenie N2O w atmosferze jest niewielkie, ok. 1000 razy niższe niż dwutlenku węgla, lecz
efektywność pochłaniania promieniowania podczerwonego aż 200 razy wyższa. Ponadto,
rozpad cząsteczek N2O w stratosferze jest źródłem tlenku azotu(II) (NO), gazu
przyczyniającego się do niszczenia warstwy ozonowej. Przyjmuje się, że udział N2O
w zwiększaniu efektu cieplarnianego wynosi 6% (IPCC 2001). Wzrost stężenia w troposferze
z wartości 270 ppbv w okresie poprzedzającym uprzemysłowienie, do 314 w 1998 r., czy 350
ppbv w 2003 r. jest konsekwencją podwyższenia emisji N2O z ekosystemów naturalnych
i rolniczych. Duży wpływ na te zmiany ma stosowanie nawozów azotowych i uprawa roślin
motylkowych. Gleby są dominującym źródłem N2O. Szacuje się, że rocznie uwalniają
do atmosfery 9,5 Tg N-N2O (65-70% globalnej emisji N2O), z czego 3,5 Tg N-N2O rok-1
pochodzi z gleb uprawnych, zaś 1 Tg N-N2O rok-1 z użytków zielonych. W klimacie
umiarkowanym emisja N2O osiąga obecnie wielkość rzędu 2,2 kg N-N2O ha-1 rok-1.
Tlenek azotu(I) wydzielany jest przede wszystkim w wyniku aktywności nitryfikatorów
oraz denitryfikatorów bytujących w glebach, osadach, zbiornikach wodnych oraz
oczyszczalniach ścieków. Inne mechanizmy związane z wydzielaniem N2O, jak heterotroficzna
nitryfikacja, tlenowa denitryfikacja, denitryfikacja nitryfikacyjna i chemodenitryfikacja, mają
niewielki wkład w ilość emitowanego N2O. W przebiegu autotroficznej nitryfikacji tlenek
azotu(I) jest produktem ubocznym. Proces przebiega w warunkach tlenowych i polega
na stopniowym utlenianiu amonowej formy azotu (NH4+) do formy azotanowej(V) (NO3-).
Z kolei heterotroficznej denitryfikacji, uważanej za główne źródło N2O, sprzyjają warunki
beztlenowe, a azotany(V) wykorzystywane są przez fakultatywne beztlenowce jako
alternatywne w stosunku do tlenu akceptory elektronów w metabolizmie oddechowym
komórki. N2O jest tu produktem pośrednim.
Podjęta tematyka badań łączy w sobie dwa istotne aspekty: ekonomiczny i ekologiczny.
Aspekt ekonomiczny to ograniczenie wydatków rolników na nawozy azotowe, co jest
szczególnie ważne teraz, kiedy ich ceny szybko rosną. Wzrost cen i światowy kryzys
finansowy mogą wywołać sytuację zmniejszenia stosowania nawozów mineralnych
w związku z tym konieczne jest zwiększenie efektywności nawożenia przez opracowanie
nowych, bardziej wydajnych technik oraz opracowanie sposobów minimalizowania strat
azotu w procesie denitryfikacji i nitryfikacji. Aspekt ekologiczny ma dwa wymiary:
zanieczyszczenie atmosfery tlenkiem azotu(I) oraz zanieczyszczenie azotanami wód
gruntowych i powierzchniowych. Zanieczyszczenie atmosfery, jakim jest N2O, wywołuje dwa
niekorzystne procesy: powoduje ocieplanie klimatu na Ziemi (jest on jednym z gazów
cieplarnianych) oraz uczestniczy w reakcji niszczenia ozonu.
Próby dokładnego określenia mechanizmu powstawania podtlenku azotu w glebie
wydają się wskazane nie tylko ze względu na udział N2O w tworzeniu efektu cieplarnianego,
ale także z uwagi na straty azotu wniesionego w postaci nawozów. Generalnie przyjmuje się,
że źródłem N2O emitowanego do atmosfery są przede wszystkim gleby podmokłe oraz gleby
„przenawożone” azotanową formą N. Jednak w literaturze naukowej coraz większą uwagę
zwraca się na szacowanie udziału nitryfikacji w emisji N2O. Ważne miejsce w badaniach
zajmuje też problem uwarunkowań determinujących przebieg denitryfikacji pełnej (do N2)
lub niecałkowitej (zakończonej na etapie N2O). Zainteresowanie budzi także denitryfikacja
przebiegająca przy umiarkowanej wilgotności gleby, a więc w obecności tlenu. Ze względu
na przystosowanie drobnoustrojów denitryfikujących zarówno do warunków tlenowych, jak
również beztlenowych, ich aktywność jest charakterystyczna dla gleb uprawnych, w których
występuje duże zróżnicowanie przestrzenne i czasowe warunków wodno-powietrznych.
Mimo, że nie wszystkie środowiska naukowe podzielają niepokój związany z udziałem
człowieka w zwiększaniu efektu cieplarnianego, badania mające na celu wyjaśnienie
mechanizmów powstawania gazów szklarniowych są obecnie bardzo powszechne.
Dodatkowym bodźcem do podejmowania takich tematów są zobowiązania wielu państw,
wynikające z inicjatywy zawartej w Konwencji Ramowej ONZ o zmianach klimatycznych
na Ziemi do obniżenia w latach 2008-2012 emisji gazów cieplarnianych o ok. 5% w stosunku
do poziomu z roku 1999.