Przez John Sawyer, Wydział Agronomii
Ostatni artykuł w gazecie The Des Moines Register wywołał wiele kontrowersji dotyczących azotu w strumieniach i rzekach Iowa. Artykuł (Wysokie poziomy amoniaku zagrażają wodzie D.M., 6 kwietnia 2008) zawierał informacje o poziomach „amoniaku” w niektórych systemach wód powierzchniowych Iowa podczas ostatniego okresu zimowego.
Implikacje były takie, że stosowanie obornika i nawozów na polach uprawnych, a następnie topnienie śniegu i spływy, spowodowały wyższe niż normalnie poziomy „amoniaku” w wodach powierzchniowych. W artykule było porównanie zgłoszonych poziomów do odczytu amoniaku 0,10 części na milion uważanego za szkodliwy dla życia wodnego. Niestety, mierzone stężenia w wodach powierzchniowych (i jak podano w artykule) nie są amoniakiem-N. Zamiast tego są one amon-N plus amoniak-N. Dlatego porównanie zgłoszonych wartości do stężenia amoniaku toksycznego dla życia wodnego jest niedokładne.
Amoniak jest niezjonizowany i ma wzór NH3. Amon jest zjonizowany i ma wzór NH4+. Głównym czynnikiem, który określa proporcje amoniaku lub amonu w wodzie jest pH wody. Aktywność amoniaku zależy również od temperatury i siły jonowej. Jest to ważne, ponieważ zjonizowany NH3 jest formą, która może być toksyczna dla organizmów wodnych. Zjonizowany NH4 jest w zasadzie nieszkodliwy dla organizmów wodnych.
Równanie chemiczne, które napędza związek między amoniakiem a amonem to:
NH3 + H2O ↔ NH4+ + OH-
Gdy pH jest niskie, reakcja jest napędzana w prawo, a gdy pH jest wysokie, reakcja jest napędzana w lewo. Ogólnie rzecz biorąc, w temperaturze około pokojowej, przy pH poniżej 6,0, udział amonu-N plus amoniaku-N jako NH3 jest bardzo niski, a jako NH4+ jest bardzo wysoki. Przy pH około 8,0 udział amonu jako NH3 wynosi 10 procent lub mniej, a przy pH nieco powyżej 9,0 udział ten wynosi około 50 procent. Aktywność wodnego amoniaku jest również znacznie niższa w niskich temperaturach, a wyższa w ciepłych. Oznacza to, że w niskich temperaturach i przy niskim pH aktywność NH3 jest jeszcze niższa, a NH4+ jeszcze wyższa. Dlatego też wrażliwe organizmy wodne mogą tolerować wyższą całkowitą zawartość „amonu-N plus amoniaku-N” w niskich temperaturach niż w wysokich, ze względu na znacznie mniejszą obecność wodnego NH3 w wodzie.
Metoda laboratoryjna stosowana do analizy wody mierzy amon-N plus amoniak-N. Bardzo trudno jest bezpośrednio określić aktywność wodnego amoniaku, więc zamiast tego używany jest surogat amonu-N plus amoniak-N, a następnie wartości tabelaryczne amonu-N plus amoniaku-N są wykorzystywane do określenia, czy mierzone stężenie będzie dostarczać amoniak na poziomie, który jest szkodliwy dla organizmów wodnych, w warunkach ostrych i przewlekłych. Te wartości tabelaryczne są surogatem, ponieważ zmierzone stężenie jest sumą amonu-N plus amoniaku-N, a stężenia w tabelach dla poziomów przewlekłych lub ostrych są ustawione tak, aby odzwierciedlały prawdopodobne stężenia amoniaku-N dla określonego pH i temperatury wody.
Kryteria ostre i przewlekłe dla „amoniaku” zostały ustanowione dla strumieni Iowa wyznaczonych do użytku dla życia wodnego (rozdział 61, Iowa Administrative Code; tabele 3a, 3b i 3c). Należy ostrożnie korzystać z tabel, ponieważ wymienione stężenia dotyczą amonu-N plus amoniaku-N, a nie amoniaku-N (w nagłówku tabel podano „amoniak”). Zgodnie z oczekiwaniami, kryteria chroniczne (stężenie amonu-N plus amoniaku-N) są wyższe dla niskiego pH i niskiej temperatury wody (np. pH 6,5 przy 0 stopniach C wynosi 6,67 mg N/l, obecne są wczesne stadia życia) i niższe dla wysokiego pH i wysokiej temperatury wody (np. pH 8,0 i 26 stopniach C wynosi 1,16 mg N/l). Podobnie, kryteria ostre są wyższe dla wód o niskim pH (np. przy pH 6,5 kryteria dla klasy B (WW1-3) i B(LW) wynoszą 48,8 mg N/l) i niższe dla wód o wysokim pH (np. przy pH 8,0 wynoszą 8,4 mg N/l).
Na początku lutego 2008 r. poziomy monitorowania otoczenia z bazy danych Storet Departamentu Zasobów Naturalnych Iowa dla rzek określonych w artykule The Des Moines Register wahały się od 0,13 do 1,00 mg N/l (amon-N plus amoniak-N). Przy pH i temperaturze wody w tym czasie (7,6 do 8,1 pH i 0 do 1,0 stopni C), monitorowane wartości są znacznie poniżej ostrych i przewlekłych kryteriów dla tych warunków (ostre kryteria 17,0 do 6,95 mg N/l i przewlekłe 3,98 do 2,10 mg/l). Zmierzony amon-N plus amoniak-N ma tendencję do bycia zmiennym w miesiącach zimowych, ale zmienność i poziomy w tym roku nie są wyższe niż w najnowszej historii.
Podsumowując, azot wodny jest złożony, podobnie jak jego wpływ na życie wodne. Do oceny danych z monitoringu jakości wody, ważne jest, aby wiedzieć, co jest mierzone i być ostrożnym i nie porównywać jabłek i pomarańczy.