Последствия загрязнения почв минеральными удобрениями

Обновлено: 20.07.2024

Загрязнение почв удобрениями. Применение минеральных удобрений в сельском хозяйстве направлено на повышение содержания в почве элементов питания с целью увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур. Однако когда их вносят в большем количестве, чем требуется растениям, они становятся мощным источником загрязнения почв, сельхозпродукции, почвенных и грунтовых вод, водоемов, рек, атмосферы.

Применение избытка минеральных удобрений имеет следующие негативные последствия:

1. Длительное внесение удобрений изменяет свойства почв. Применение физиологически кислых удобрений повышает кислотность почв, ведет к значительным потерям гумуса.

2. Внесение больших количеств азотных удобрений приводит к загрязнению почв, сельхозпродукции и пресных вод нитратами, а атмосферы - оксидами азота. При этом происходит эвтрофикация водоемов (эвтрофия - накопление в водных объектах биогенных элементов под воздействием антропогенных или природных факторов. Эвтрофия ведет сначала к повышению биологической продуктивности водных бассейнов, а затем к возрастающей нехватке кислорода - к заморам).

3. Минеральные удобрения служат источником загрязнения почв тяжелыми металлами (цветные металлы с плотностью большей, чем у железа - более 7874 кг/м 3 ). К ним относятся свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, ртуть и др,

4. Длительное применение минеральных удобрений оказывает существенное влияние на почвенную микробиоту, которое проявляется в изменениях родовых и видовых составов почвенных микроорганизмов, активизации и росте численности токсинообразующих видов. Применение минеральных удобрений увеличивает численность бактерий, актиномицетов и грибов в почвах.

Количество тяжелых металлов в минеральных удобрениях зависит от исходного сырья и способов его переработки. Наиболее загрязнены тяжелыми металлами фосфорные удобрения. Кроме того, фосфорные удобрения загрязнены и другими токсичными элементами - фтором, мышьяком. Так, фосфориты могут содержать фтора до 3%.

На 1 га почвы с нитратами и сульфатами, а также с мочевиной попадает от 1 до 10 г мышьяка; с двойным суперфосфатом - до 30-300 г мышьяка.

Фосфорные удобрения являются источником загрязнения почв естественными радионуклидами - ураном, торием, радием. Содержание урана в сырье фосфоросодержащих удобрений колеблется от 0,11 до 35 мг/кг, а тория - от 8 до 32 мг/кг.

Значительное количество тяжелых металлов попадает в почвы и с органическими удобрениями. Это происходит в основном не за счет высокого содержания металлов и токсичных элементов в навозе, а за счет высоких доз внесения, Часто используют не один навоз, а торфонавозные и другие компосты. А торф является концентратором тяжелых металлов и при больших дозах - до 100 т/га - может значительно повысить их уровень в пахотных почвах.

5. Минеральные и органические удобрения как источник загрязнения почв тяжелыми металлами могут изменять подвижность их в почве и, следовательно, доступность для растений. Одновременно увеличиваются потоки миграции металлов в аккумулятивные ландшафты и водоемы.

В практике земледелия теряется до 30-50% вносимых органических и минеральных удобрений. Поэтому необходимы повышение общей культуры земледелия и осторожность при внесении удобрений. Кроме того, требуются точные расчеты норм, правильная техника и последовательность внесения удобрений, также нежелательны сверхвысокие нормы азотных удобрений.

Соединения фосфора интенсивно поступают в поверхностные и подземные воды, а далее в моря и океаны. Главный источник - эрозионный смыв вместе с гумусом, стоки в районах интенсивного животноводства, городские стоки. Все это дает 60-70% фосфора, поступающего в сточные воды. Поэтому очень актуальны вопросы экономичного применения фосфорных удобрений и повторного использования в сельском хозяйстве отходов, содержащих фосфор. Минеральные ресурсы фосфора на Земле очень ограничены, и может начаться ""фосфорный голод", если бесхозяйственно обращаться с его запасами.

Проблема азота имеет другое значение- Потери азотных удобрений путем вымывания могут быть очень большими, достигая 15-20% от внесенного количества. Вместе с нитратами городских нечистот, стоков навозной жижи, продуктами выхлопных газов и других отходов нитраты могут достигать опасных концентраций (более 400 мг/л NO₃) в питьевой воде и овощах, становясь канцерогенами. Загрязнение почв и вод нитратами ведет к росту раковых заболеваний населения.

Для предотвращения загрязнения почв различными токсикантами в результате внесения удобрений следует применять комплекс агротехнических, агролесомелиоративных и гидротехнических приемов в сочетании с интенсификацией природных механизмов очистки, т.е. целенаправленное преобразование агробиоценозов в сбалансированные комплексы.

Загрязнение почв пестицидами. Пестициды - (от лат. pestis - зараза и ceado - убиваю) - общепринятое собирательное название ядохимикатов, используемых в сельском хозяйстве для уничтожения тех или иных видов вредных организмов. В зависимости от направления использования пестициды подразделяются на ряд групп:

- гербициды - для борьбы с сорняками;

- арборициды - для уничтожения древесной и кустарниковой растительности;

- фунгициды - для борьбы с грибными болезнями растений;

- зооциды - для борьбы с грызунами;

-инсектициды - для борьбы с вредными насекомыми и т.д. Наибольшую группу (до 40-50%) пестицидов составляют гербициды.

Применение пестицидов резко снижает потери урожая сельскохозяйственных культур, в 2-3 раза сокращает затраты труда в сельском хозяйстве.

Признавая несомненный положительный эффект химического способа борьбы с сорняками, грызунами, болезнями растений, следует учитывать побочное негативное действие пестицидов на почву и биоту.

Охрана почв от загрязнения гербицидами и восстановление плодородия уже загрязненных токсикантами почв требуют знания основных аспектов поведения гербицидов в почве, осуществления контроля за остаточными их количествами, •

Обычно гербициды вносят с водой путем опрыскивания вегетирующих растений или почвы. В первом случае на растения попадает только 5-30% гербицида, в то время как 70-95% ядохимиката поступает в почву. Во втором случае (при предпосевном или довсходовом опрыскивании) все 100% гербицида попадает в почву. Другие технологии использования - разбрасывание гранулированных препаратов или их внесение с поливной водой - также приводят к тому, что в почву поступает весь примененный гербицид.

При попадании в почву гербициды связываются с органическим веществом почвы или с ее глинистой фракцией. Степень адсорбции гербицида определяется как его собственными свойствами, так и почвенными условиями. Основными почвенными свойствами, определяющими их адсорбционную способность по отношению к гербицидам, являются гранулометрический и минералогический состав, а также содержание органического вещества.

Адсорбция гербицидов почвой зависит также от внешних условий, таких как рН, температура, влажность. Так, сухая почва адсорбирует большие количества гербицида по сравнению с влажной. Влияние температуры обусловлено тем, что адсорбция является экзотермическим процессом и поэтому при повышении температуры адсорбция уменьшается.

На длительность сохранения остаточных количеств гербицидов в значительной мере влияет доза его внесения. Превышение норм расхода выше рекомендуемых, а также систематическое внесение гербицидов могут привести к загрязнению почвы.

Наибольшую опасность представляют стойкие пестициды и их метаболиты, способные накапливаться и сохраняться в почвах и водах десятки лет - триазин, симтриазин, хлордан, гептахлор. При определенных условиях из метаболитов пестицидов образуются метаболиты второго порядка, роль, значение и влияние которых на окружающую среду во многих случаях остаются пока неизвестными. Последствия неумеренного при-менения пестицидов могут быть самыми неожиданными, а главное - биологически непредсказуемыми: на смену одним видам вредных организмов часто приходят другие, которые вырабатывают иммунитет к препаратам и способны выживать даже после самых эффективных обработок. Для преодоления иммунитета устойчивых особей к пестицидам необходимо увеличивать дозу препаратов, а это усиливает опасность загрязнения почв и вод.

К сожалению, часто пестициды применяют бесконтрольно - с помощью авиации. Препараты, запрещенные в ряде развитых стран, экспортируются в менее развитые страны. Пестициды не только истребляют носителей заболеваний, вредных насекомых, сорные растения, но ведут к гибели полезных птиц и насекомых (пчел, шмелей). Сильное влияние пестициды оказывают на почвенную микробиоту. Гербициды триазинового ряда подавляют активность протеазы. При многолетнем применении хлорорганических пестицидов на 49-60% подавляется активность фосфатазы (Лозановская и др., 1998).

Гербициды угнетают дыхание почвы, процессы разложения органического вещества, понижают численность нитрификаторов и почвенных грибов. Поступая в почву, пестициды мигрируют по профилю почвы, причем скорость и глубина миграции зависят от дозы внесенного пестицида, его летучести и адсорбируемости. от водного и теплового режимов почв. Они могут проникать на глубину более двух метров. При поверхностном и внутрипочвенном боковом стоке они перемещаются и скапливаются в депрессиях рельефа. Попадая в грунтовые воды даже в малых концентрациях, пестициды ухудшают свойства воды и делают ее непригодной для пищевого использования.

Применение гербицидов в нашей стране неравномерно по видам сельскохозяйственных культур, регионам и отдельным хозяйствам. При выращивании основных зерновых культур используется значительно меньше пестицидов, чем при возделывании риса, сахарной свеклы, картофеля, сои. За последние 10 лет пестицидная нагрузка на гектар пашни была выше в Астраханской, Ленинградской, Московской областях и Краснодарском крае (Деградация. 2002).

В 1998 г. гербицидами в Российской Федерации было обработано всего 15,6 млн га, что в два раза меньше по сравнению с применением гербицидов в 1986-1990 гг. Следует отметить, что в мире производство, применение и ассортимент пестицидов, в том числе и гербицидов, с каждым годом увеличиваются.

Для предотвращения возможного загрязнения почв гербицидами в настоящее время рекомендуются следующие предупредительные меры:

• строгое соблюдение регламентов применения препаратов

• чередование гербицидов, различных по длительности токсического действия и механизмам действия на сорные растения;

• контроль за остаточными количествами гербицидов в почве и сельскохозяйственной продукции;

• повышение квалификации специалистов по защите растений и охране окружающей среды.

Несоблюдение указанных мер при применении гербицидов может приводить к загрязнению почв.

По восстановлению загрязненных гербицидами почв применяют следующие способы:

• внесение высоких доз органических удобрений, торфа и других органических материалов с высокой степенью поглотительной способностью;

• применение активированных углей (АУ), цеолитов и препаратов на их основе• использование химических соединений, являющихся катализаторами или индукторами различных процессов разложения гербицидов;

• глубокая вспашка с оборотом пласта, снижающая концентрацию остатков гербицидов в пахотном слое;

• проведение промывных поливов на загрязненных участках;

• правильный подбор культур севооборота, размещение на загрязненных участках культурных растений, устойчивых к данному гербициду.

В настоящее время более 80% гербицидов, прошедших регистрацию в Российской Федерации, малотоксичны и по степени безопасности для человека и теплокровных животных превосходят гербициды первых поколений. Они являются более высоко эффективными, экономически приемлемыми и экологически безопасными.

Таким образом, оптимальным решением проблемы загрязнения почв гербицидами является их грамотное применение_: позволяющее избежать отрицательных последствий для окружающей среды. Постоянное совершенствование ассортимента препаратов, появление высоко эффективных гербицидов нового поколения предполагает проведение исследований по изучению особенностей поведения гербицидов в конкретных почвенно-климатических условиях страны.

Цель - познакомить студентов с экологическими проблемами, которые возникают при использовании удобрений в сельскохозяйственном производстве.

Задачи.

1.Изучить основные причины загрязнения окружающей среды удобрениями.

2.Определить какие негативные экологические последствия могут возникать при применении азотных, фосфорных и калийных удобрений.

3. Познакомиться с приемами снижения загрязнения окружающей среды удобрениями.

Краткая теория вопроса

Основными причинами загрязнения окружающей среды удобрениями считаются: 1. Несовершенство организационных форм и технологий транспортировки, хранения, тукосмешения, внесения удобренийний;

2. Нарушение агрономической технологии внесения удобрений в севообороте и под отдельные культуры;

3. Несовершенство самих удобрений, их химических, физических и механических свойств.

Дурманов Д. Н. и Шишов Л. Л. (1988) обращают внимание на настоятельную необходимость качественного развития химизации и совершенствования диагностики структуры питания возделываемых

Применение в избыточных количествах минеральных удобрений вследствие физиологической кислотности отдельных их видов обусловливает развитие процессов подкисления почв. Об этом косвенно можно судить по дозам извести, используемой в качестве нейтрализатора (СаСОз, ц на 1 ц удобрений):

1 .Необходимое количество извести для нейтрализации физиоло- гической кислотности удобрений

Вид минеральных удобрений	Доза извести	Вид минеральных удобрений	Доза извести
Аммиак жидкий	1,47	Хлористый аммоний	1,39
Сульфат аммония	1,13	Сульфат аммония натрия	0,90
Мочевина (карбамид)	0,83	Аммиачная селитра	0,74
Аммофос	0,65	Аммиак водный	0,36
Суперфосфат	0,10

Это приводит к снижению сумм поглощенных оснований, усилению минерализационных процессов, нарушению соотношения подвижных форм макро- и микроэлементов в почве и элементного состава растений. Так, применение высоких доз азотных удобрений под капусту нарушает обмен и поступление серы в растения, что отрицательно сказывается на качестве урожая. В результате подкисления почвенного раствора фосфаты в почве закрепляются, что ухудшает фосфорное питание растений; при этом высвобождаются ионы алюминия, которые являются токсичными для почвенной биоты и растений.

Избыток минеральных удобрений вызывает нарушения в биологическом компоненте почвы, из-за чего процессы трансформации органического вещества ухудшаются. В структуре микробного ценоза увеличивается доля микроскопических грибов, среди которых много патогенных. Это грозит опасностью образования микотоксинов в почве и продуктах питания и др.

В последние годы отчетливо прослеживается тенденция увеличения производства сельскохозяйственной продукции (особенно овощной) с повышенным содержанием нитратов. Сами нитраты не отличаются высокой токсичностью, однако под действием микроорганизмов или в процессе химических реакций восстанавливаются до нитритов, опасных для человека и животных. В организме теплокровных нитриты участвуют в образовании более сложных (и наиболее опасных) соединений - нитрозоаминов, которые обладают канцерогенными свойствами. Многие из этих соединений способны вызывать опухоли у теплокровных даже при небольших концентрациях. Считается, что доза нитрозоамина 10-14 мг/кг является канцерогенной при длительном поступлении с продуктами, имеющими существенный удельный вес в рационе человека.

Увеличение доз азота не только повышает содержание нитратов, но и одновременно стимулирует уменьшение в произведенной продукции витамина С, Сахаров и других веществ, что снижает ее биологическую ценность.

Азотные удобрения загрязняют природные воды. Вынос азота в водные объекты определяется как природными факторами (климат, гидрология, рельеф), так и антропогенными (степень сельскохозяйственного использования территории, применяемые системы земледелия, нормы удобрений и т. д.). Ввиду опасности загрязнения питьевой воды ВОЗ установил для нее ПДК по нитратам: умеренные широты - 22 мг/л; тропики - 10 мг/л. (В России соответствующее значение ПДК нитратов принято 10 мг/л, то же в Польше и США, в ФРГ - 20 мг/л).

Для сведения к минимуму непроизводительных потерь азота, предотвращения и снижения загрязнения нитратами растениеводческой продукции, водоемов и т.д. необходимо четко соблюдать регламенты по транспортировке, хранению и применению удобрений.

Внесению удобрений должно предшествовать известкование почв, которое снижает почвенную кислотность и усиливает процесс восстановления нитратов. Сроки проведения подкормок также играют важную роль в накоплении нитратов. Не рекомендуется применять подкормки в период массового созревания корнеплодов и кочанов.

Исключительно важным приемом снижения (предотвращения) нитратного загрязнения сельскохозяйственной продукции является внесение достаточного количества полноценного органического удобрения (навоз, компосты, сидераты). Органические удобрения целесообразно вносить в соотношении с минеральными 4:1. Навоз должен быть предварительно прокомпостирован с соломой или торфом. Его лучше вносить в почву с осени.

С фосфорными удобрениями в почву попадают многие токсичные элементы, малоподвижные в почвенной среде. Довольно высоким содержанием загрязняющих веществ отличается, например, суперфосфат (по: Barrows, 1966):

2.Загрязняющие вещества суперфосфата

Примесь	Содержание, мг/кг	Примесь	Содержание, мг/кг
Мышьяк, As	1.2-2.2	Свинец, РЬ	7.0-92.0
Селен, Se	0.0-4.5	Вольфрам,W	20.0 -180.0
Кобальт, Со	0,0-9,0	Кадмий, Cd	50.0- 170.0
Никель, Ni	7,0-32,0	Хром, Сг	66.0-243.0
Медь, Си	4,0 - 79,0	Цинк, Zn	50.0- 1430.0

Кроме того, в фосфорных удобрениях содержится около 1,5% токсичных соединений фтора, который ингибирует активность ряда ферментов. Большая часть фосфора, используемого как удобрение, остается в почве в недоступной для растений форме, т. к. связывается с содержащимися в ней Са, Al, Fe. В природных фосфатах обнаружены радиоактивные элементы урана, радия. В некоторых фосфорных удобрениях на 1 т Р205 приходится 30 - 40 кг стронция - 90.

В водные объекты фосфор поступает тремя путями:

1. В результате потерь при хранении и транспортировке удобрений (34% всех поступлений);

2. Из-за смыва сельскохозяйственных земель в растворенном виде, а также с продуктами эрозии почв (21% всех поступлений);

Калийные удобрения также могут служить источником отрицательного воздействия на окружающую природную среду. Например, при переработке сильвинита образуются галитовые отвалы, глинисто - солевые шлаки, а также пылегазовые выбросы. Солеотвалы занимают значительные площади и являются источником засоления почв и подземных вод. Под действием атмосферных осадков образуются рассолы с содержанием солей до 300 г/л, которые попадают в подземные воды, откуда в процессе испарения поступают в поверхностные слои почвы.

Калийные удобрения содержат балластные элементы (CI, Na), которые могут накапливаться в почве при систематическом применении повышенных доз удобрений, снижая ее плодородие.

Грунтовые воды пойм крупных рек, на землях которых развито овощеводство, являются одним из основных источников загрязнения речных вод СГ и Na+.

Увеличение содержания хлора в удобрениях в 4 - 5 раз (дерново-подзолистые почвы) повышает концентрацию его в соломе зерновых и сене клевера на 50 - 70 %, в клубнях картофеля и сене вико - овсяной смеси - на 50 - 100 %. В пахотном слое почвы содержание хлора при этом возрастало на 60 - 290 % в зависимости от вида культуры, условий увлажнения и других факторов.

Немалую опасность вызывают содержащиеся в калийных удобрениях металлы (Cd, Hg, Pb, Al, Cr), которые могут накапливаться в живых организмах, проникать в грунтовые воды и др.

Для предотвращения больших потерь калия и загрязнения поверхностных и грунтовых вод калийные удобрения следует вносить под основную обработку почвы. Снижение потерь питательных элементов из минеральных удобрений вследствие вымывания можно достигнуть как агротехническими, так и химическими способами. Представляет интерес применение медленнодействующих удобрений, питательные элементы которых усваивались бы растениями постепенно в течение вегетационного периода. Достигается это табулированием, покрытием синтетической пленкой (смолами, парафинами и др.) или элементарной серой.

ЗАДАНИЕ 1.При выращивании однолетних трав на зеленый корм на дерново - подзолистых среднесуглинистых почвах рекомендуют вносить на 1 га 30 - 40 т компоста и N90P6oKi2o, что в пересчете на определенные виды удобрений составляет: 3,5 ц хлористого аммония (NH4C1 - содержит около 25% азота), Зц суперфосфата (Са(Н2Р04)2 - около 20% Р205) и 2 ц хлористого калия (КС1 - около 60% К20).

Используя данные таблицы 1 рассчитайте дозу извести (по д. в.), которую необходимо внести в почву для нейтрализации физиологической кислотности удобрений (КС1 - физиологически нейтральное удобрение).

Подумайте, в чем заключается ошибка в подборе удобрений.

ЗАДАНИЕ 2.3аполните таблицу:

Виды загрязняющих веществ, связанные с производством и использованием минеральных удобрений

Удобрения	Загрязняющие вещества
Азотные
Фосфорные
Калийные

ЗАДАНИЕ 3.Заполните таблицу:

Негативные экологические последствия, связанные с применением удобрений

Удобрения	Влияние загрязняющих веществ удобрений на окружающую природную среду и здоровье человека и животных
Азотные
Фосфорные
Калийные

ЗАДАНИЕ 4.3аполните таблицу: Меры по предотвращению и снижению загрязнения удобрениями сельскохозяйственной продукции и окружающей среды

Удобрения	Пути снижения загрязнений:
Общие	По видам удобрений
Азотные
Фосфорные
Калийные

Ответьте на контрольные вопросы:

1. Какие основные причины загрязнения окружающей среды удобрениями?

2. Какие загрязняющие вещества содержатся в азотных, фосфорных и калийных удобрениях?

3. К каким экологическим последствиям приводят эти загрязняющие вещества?

4. Какие общие меры по снижению загрязнений окружающей среды удобрениями Вы знаете?

5. Какие существуют пути снижения нитратного загрязнения сельскохозяйственной продукции?

6. Какие Вы знаете пути поступления фосфора в водоемы?

7.Что Вы понимаете под медленнодействующими удобрениями?

8.Почему желательно вносить известь с некоторыми видами минеральных удобрений?

1. Агроэкология. Черников В.А., Чекерес А.И. -М: Колос, 2000 .

2. Агроэкология. Черников В.А. Модуль 6. Сельскохозяйственная экология. Пущино: ОНТИ ПНЦ РАН, 2000 .

3. Черников В.А. и др. Экология и устойчивое сельское хозяйство: Материалы для чтения. М.: Изд-во МСХА, 2000.

Применение минеральных удобрений в сельском хозяйстве направлено на повышение содержания в почве элементов питания с целью увеличения продуктивности сельскохозяйственных культур. Однако когда их вносят в большем количестве, чем требуется растениям, они становятся мощным источником загрязнения почв, сельхозпродукции, почвенных и грунтовых вод, водоемов, рек, атмосферы.

Применение избытка минеральных удобрений имеет следующие негативные последствия:

3. Минеральные удобрения служат источником загрязнения почв тяжелыми металлами (цветные металлы с плотностью большей, чем у железа - более 7874 кг/м3). К ним относятся свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, ртуть и др,

Государственный земельный надзор

В июне 2021 года сотрудниками Управления Россельхознадзора по Нижегородской области и Республике Марий Эл была проведена внеплановая выездная проверка в отношении гражданки А., собственника земельного участка сельскохозяйственного назначения, общей площадью около 3 га, расположенного в Моркинском районе Республики Марий Эл. При проведении проверки было выявлено нарушение земельного законодательства. На большей части земельного участка собственником не проводились работы по возделыванию сельскохозяйственных культур и обработке почвы, участок зарос сорной и древесной растительностью.

Почвенная эрозия во многих регионах России является наиболее серьезной проблемой сельского хозяйства. Она включает в себя водную и ветровую (дефляция) эрозию. Г.И. Швебс выделяет земледельческую, пастбищную и техническую эрозию. Интенсивность эрозионных процессов определяется величиной склонового стока, гранулометрическим составом почв, крутизной поверхности, ее задернованностью, глубиной залегания грунтовых вод и базиса эрозии, условиями инфильтрации воды. Водная эрозия является процессом взаимодействия стекающих потоков и почвы, зависит от характера стока, его транспортирующих возможностей, она тесно связана с водностью, морфологическими условиями поверхности и свойствами подстилающих пород. Ее начальной стадией является поверхностно-склоновая эрозия.

Хотя считается, что сукцессия — это процесс поэтапного развития от простого к сложному, она характеризуется как продуктивными (продукционными) процессами, так и деструктивными (деструкционными).

Длительное использование почв как средства сельскохозяйственного производства приводит к изменениям природных процессов почвообразования и свойств почв, к формированию новых культурных почв.

Читайте также: