Применение суперфосфатных удобрений в сельском хозяйстве приводит к загрязнению почвы

Добавил пользователь Евгений Кузнецов
Обновлено: 19.09.2024

Классические технологии растениеводства предполагали применение навоза в качестве главного и практически единственного удобрения, а борьбу с сорняками вели методом механической прополки. Но при таких технологиях достичь современных урожаев было невозможно. И когда сельское хозяйство вышло на промышленный уровень, встал вопрос о повышении урожайности и скорости созревания выращиваемых культур. Эта гонка продолжается и сегодня. Крупнейшие корпорации вкладывают миллионы долларов в исследования и разработку новых химических средств, делающих процесс выращивания сельскохозяйственных культур проще, а риски потери урожая меньше.

Существует два основных вида таких веществ – минеральные удобрения и средства борьбы с вредителями и сорняками.

Минеральные удобрения

Наиболее распространённые азотные, фосфорные и калийные удобрения. Но это не значит, что список вносимых в почву минеральных веществ ограничивается только этими тремя. Кальций, йод и многие другие элементы таблицы Менделеева также могут входить в состав конкретных удобрений.


Вдобавок ко всему, одной из важнейших экологических проблем, связанных с применением минеральных удобрений, является загрязнение грунтовых вод. Это связано и с низкой степенью усвояемости азота и фосфора растениями. Только 40% азота поглощается ими, а оставшиеся 60% - из почвы переходят в воду и испаряются в атмосферу. Фосфор усваивается лучше, но также далеко не полностью. Последствия этого довольно серьёзны – в водоёмах начинается бурный рост растительности, что приводит к их заболачиванию. А отмершие растения в процессе гниения выделяют метан и сероводород и сокращают количество кислорода в воде. Это приводит к мору рыбы. Да и в целом рыба живёт меньше, растёт не достаточно крупной, а накапливая нитраты – становится опасной для человека. Употребление такой рыбы в пищу может приводить к серьёзным заболеваниям желудка.

Выделение азота в атмосферу приводит к кислотным дождям, вредным как для человека, так и для природы. Они приводят к гибели жителей лесов, болезням деревьев, окислению металлов и разрушению строительных материалов.

Проблема очистки

Несмотря на то, что в состав конкретного минерального удобрения входит несколько необходимых для питания растений веществ, помимо них в удобрениях содержится ещё множество примесей. И часто это совсем небезопасные вещества – стронций, уран, цинк, свинец, ртуть, кадмий. Попадая в организм человека, они поражают почки, печень, кишечник и негативно влияют на работу кровеносной системы. Нормы безопасного потребления некоторых из этих веществ таковы: до 3,5 мг свинца, 0,6 мг кадмия, 0,35 мг ртути за неделю (для человека весом 70 кг.). Такое количество в теории организм может вывести без серьёзных последствий. Но в идеале, конечно же, они и вовсе не должны попадать в наш организм. Да вот только в реальности всё очень далеко от идеала. Если коровы паслись на территориях с избытком удобрений, то концентрация кадмия в 1 литре молока может достигать 17-30 мг!

Живой мир почвы

Последствия применения минеральных удобрений не ограничиваются только эрозией почвы и загрязнением воды. В самой почве живёт множество микроорганизмов. И за миллионы лет эволюции природа создала необходимый баланс между видами. Кроме микроорганизмов существует множество почвенных животных. И даже механизмы фотосинтеза напрямую зависят от процессов, происходящих в почвах. При большом насыщении почвы минеральными удобрениями некоторые виды бактерий гибнут, зато плодятся другие, адаптированные к потреблению азота. Из-за возникшего дисбаланса нарушается ряд биологических процессов, деградирует корневая система деревьев и весь животный мир почвы. Зато это освобождает место для многих вредителей, которые не боятся минеральных удобрений, и уже не имеют в такой почве естественных врагов.

Нитраты и нитриты

Кроме того сами химические вещества, далеко небезвредные для человека, с растениями попадают в наш организм. Нитраты – продукты переработки удобрений, в организме человека превращаются в нитриты. А это высокотоксичный канцероген. Под его воздействием гемоглобин превращается в метагемоглобин. Данное вещество не в состоянии переносить кислород по крови, что нарушает важнейшие процессы в организме. Норма содержания метагемоглобина в крови не более 2%. Под воздействием нитрозосоединений в организме человека возникают злокачественные опухоли, нарушается работа иммунной системы и повышается риск мутаций эмбриона.


Норма содержания нитратов в организме человека составляет 200-220 мг на 1 кг массы тела. В реальности, согласно ряду исследований в среднем мы получаем 150-300 мг, а иногда до 500 мг на 1 кг массы тела. В воде содержание нитратов не должно превышать 10 мг/л. Нюанс в том, что эти нормы уже неоднократно пересматривались. И, как правило, в сторону их увеличения. То есть чем больше применяется удобрений, и чем более явной становится эта проблема, тем более мягкими допустимые нормы содержания нитратов.

Качество продуктов

Ускоренный рост и созревание продуктов под воздействием минеральных удобрений имеет и обратную сторону – ухудшение их качества. Проявляется это в снижении содержания углеводов и увеличении количества сырого протеина в овощах. В картофеле снижается содержание крахмала, а в зерновых культурах нарушается баланс аминокислот. Сокращается и срок хранения продуктов.


Как защититься от нитратов?

Нужно понимать, что в определённых количествах нитраты не вредны для организма и даже могут быть переработаны им в полезные соединения. Но избыток нитратов неминуемо превращается в нитриты со всеми вытекающими последствиями. Поэтому, не имея доступа к экологически чистым продуктам, нужно придерживаться правил, которые помогут минимизировать количество потребляемых нитратов.

Во-первых, нужно знать о распределении нитратов в самих растениях. Так, в салатах и шпинате их большая часть содержится в жилках листьев, в капусте – в кочерыжке, в огурцах и редисе – в корешке, в патиссонах – в верхней части, в кабачках – в кожице и хвостике, в арбузах и дынях – в незрелой мякоти, прилегающая к коркам, в моркови – в сердцевине (до 90%), в свекле – в верхней части (до 65%). Количество нитратов увеличивается, если хранить овощи и соки при высокой температуре. Собирать урожай овощей стоит только, когда он полностью созрел и желательно во второй половине дня. Такие временные колебания также влияют на содержание нитратов.


Если говорить о количестве нитратов в разных овощах и фруктах, то больше всего их накапливается в свекле. Меньше нитратов в капусте, петрушке и луке. А совсем нет в спелых помидорах, красной и чёрной смородине.

Культура

Уровень

предельно

допустимой

концентрации

нитратов, мг/кг

Оптимальная

кислотность

почвы, pH

Отдельно стоит сказать о готовых салатах. Их нужно есть сразу после приготовления и заправлять желательно оливковым и подсолнечным маслом, потому что в сметане и майонезе активно размножаются бактерии, превращающие нитраты в нитриты. Влияет на этот процесс и перемена температуры – если вы много раз достаёте соки или салаты из холодильника на стол и через какое-то время убираете обратно. При приготовлении супа, из овощей нужно удалять все части с высоким содержанием нитратов. А потом овощи подержать в течение часа в 1% растворе соли. Также тушение овощей хорошо снижает количество нитратов в них. И в завершение приёма пищи полезно выпить зелёного чая или употребить аскорбиновую кислоту.

Все эти меры возможно и не позволят снизить концентрацию нитратов до минимума, но существенно обезопасят ваш организм от них.

Пестициды

До изобретения этих химических средств, методов борьбы с различными вредителями, заболеваниями и сорными растениями, в арсенале сельского хозяйства было весьма немного. С развитием химии уже в начале 20 века учёные начали создавать первые пестициды. На сегодняшний день их количество огромно – более 5000! Индустрия производства пестицидов прошла четыре поколения: хлорорганические, фосфорорганические, карбаматы и пиретроиды. Только последний класс считается безвредным для теплокровных, однако, по-прежнему весьма опасным для рыб. Поэтому его применение на полях вблизи водоёмов запрещено. Остальные классы пестицидов – токсичные химические вещества.


Существует множество классификаций пестицидов в зависимости от типа действия и направленности. Одни направлены на какой-то конкретный вид живых организмов, другие имеют более широкий спектр действия. У разных пестицидов разная степень системного воздействия на организм.

На сегодняшний день существует ряд пестицидов отнесённых к классу стойких органических загрязнителей (СОЗ). Среди них хлорорганические и ртутьсодержащие вещества, а также производные фурана. Самые распространённые альдрин, дильдрин, эндрин, мирекс, хлордан, гептахлор, гексахлорбензол, ДДТ и токсафен. То, что их применение запрещено законодательством многих стран не значит, что они нигде не применяются. Даже печально известный высокотоксичный ДДТ до сих пор применяется во многих странах мира. В частности он является эффективным средством борьбы с малярийными комарами.

Важно понимать, что распространение пестицидов может охватывать очень большие территории. К примеру, в 1960-е годы во время активного применения ДДТ, этот пестицид находили даже в организме пингвинов в Антарктиде! Это лишний раз показывает, что влияние пестицидов на окружающую среду может быть не только локальным, но и достигать планетарного масштаба. Как в случае с минеральными удобрениями они негативно влияют на почвы, воду, атмосферу и живые организмы. Но в отличие от минеральных удобрений, большинство пестицидов являются ядами в чистом виде. То есть даже незначительное их поступление в организм может привести к серьёзным негативным последствиям!

Вред пестицидов

Пестициды попадают в организм человека непосредственно с овощами и фруктами, в том числе с их поверхности, если плоды плохо вымыты. Из зерновых культур, так как они могут всасываться в них из почвы. Особенно эффективно они всасываются в сезон дождей. Могут пестициды попадать в организм человека с рыбой, если концентрация этих веществ в водоёме их обитания была высокой.


Попадая в организм человека пестициды способный вызвать отравление с летальным исходом. В малых дозах – это высокотоксичные канцерогены, вызывающие раковые заболевания, мутации и общее снижение иммунитета.

Воздействие на растения неоднозначно. Существуют виды, ранее не сталкивавшиеся с конкретным веществом, под воздействием которого в них нарушаются естественные обменные процессы и увеличивается накопление вредных веществ. Но есть и другой эффект – некоторые виды растений могут стать устойчивыми к пестицидам. У таких растений под воздействием некоторых пестицидов (в частности гербицидов) может начаться активный рост и повыситься урожайность.

Если в целом говорить о негативных последствиях применения пестицидов для окружающей среды, то они проявляются в нарушении естественных микробиоценозов почвы и воды, снижению биологической и пищевой ценности продуктов питания, возникновении устойчивости у микроорганизмов и вредителей, гибели и болезням животных и человека.

При использовании гербицидов необходимо:

  • учитывать длительность их действия
  • учитывать степень засоренности почвы сорняками
  • учитывать кислотность, влажность, температуру и аэрацию почвы
  • правильно рассчитывать дозу
  • учитывать способность почвы самоочищаться
  • качественно очищать тару и опрыскиватели
  • учитывать фазы развития растений
  • использовать для мульчи солому с чистых, необработанных пестицидами полей
  • правильно выбирать пестициды и не заниматься их самостоятельным смешиванием
  • избегать сноса пестицидов воздушными потоками во время опрыскивания

В статье приведены результаты изучения влияния фосфорных удобрений на содержание кадмия и свинца в дерново-подзолистой среднесуглинистой почве, поступление их в растения льна-долгунца и цикория корневого, продуктивность культур в условиях Центрального района Нечерноземной зоны Российской Федерации.

Ключевые слова: фосфорные удобрения; тяжелые металлы; поглощение; распре — деление; продукционный процесс.

езультаты экспериментальных работ, опубликованные в последние годы, свидетельствуют о возможном поступлении тяжелых метал — лов (ТМ) в почву с фосфорными удобрениями, что обусловлено

наличием примесей в фосфатном сырье, количество которых зависит от геоло — гического происхождения и географического местоположения месторожде — ний [6: c. 8; 7: с. 10; 10: с. 33; 16: с. 91; 17: с. 421].

Основные виды отечественного сырья содержат примеси различных ТМ в количествах от n · 10–5 до целых %. Меньше всего в фосфорных удобрениях обнаружено кадмия (Cd) (n · 10–5 %). Содержание свинца (Pb), никеля (Ni), хрома (Cr) составляет примерно n · 10–4 %.

Между концентрацией Cd и дозой P2O5, в частности, в суперфосфате про — стом (Pc), установлена положительная корреляция. При внесении P2O5 в дозе

90 кг/га содержание Cd в почве изменяется на 0,44% от его валового содержания, для остальных ТМ лишь на n · 10–4 – n · 10–2 % [14: с. 65]. В то же время с удобре — ниями вносится Cd в 100 раз меньше по сравнению с фоновым содержанием его в почве — 0,6 кг / га [20: с. 688]. Гигиенически опасное накопление Cd (3 мг / кг) в почвах с фоновым содержанием 0,5 мг / кг при ежегодном внесении фосфор — ных удобрений с 10 мг / кг Cd в дозе 100 кг / га P2O5 может произойти не ранее, чем через 2,5 тысяч лет [3: с. 45]. Если учесть его поступление из атмосферы, то время достижения опасного уровня при таком исходном содержании Cd в почве снизится соответственно до 950–1180 лет. Использование удобрений из сырья с содержанием Cd 20 мг / кг при тех же условиях может привести к достижению уровня ПДК — 3 мг / кг элемента через 600–700 лет. Это с учетом того, что весь Cd, поступающий в почву, остается в ней. Таким образом, риск накопления в почве Cd за счет внесения фосфорных удобрений с течением времени незначителен. Однако проблема его нормирования в фосфорных удобрениях актуальна, так как обеспечение оптимального питания растений фосфором должно сопровождаться ограничением внесения токсичного элемента с удобрениями [16: с. 88].

В России нормативы содержания Cd в удобрениях не разработаны, поэто-

му в исследованиях с фосфорными удобрениями необходимо опираться на ПДК этого элемента в почвах и растениях.

В разных формах фосфорных удобрений содержание свинца варьирует от следовых количеств до 100 мг / кг [8: с. 132].

Коэффициент концентрации Pb (по отношению к кларку литосферы) в Pc может быть превышен до 500 раз [9: с. 185]. Поступление элемента в поч — ву при внесении простого суперфосфата из сырья Каратау, содержащего

49 мг Pb / кг из расчета 60 кг / га P2O5 составит 14,7 г / га, при дозе 100 кг / га P2O5 — 24,5 г / га. Это почти в два раза меньше, чем поступление Pb из атмо — сферы [1: с. 130; 16: с. 93].

Но даже такое количество свинца обеспечивает увеличение его содер — жания в почве ежегодно на 0,0049–0,0081 мг / кг, что составляет 0,4–0,6% от среднего содержания в почвах Европы.

Содержание Ni в фосфорных удобрениях в процессе переработки исходно — го сырья обычно увеличивается [19: с. 132]. Примеси Ni в удобрениях из сырья Каратау составляют: в простом суперфосфате (Pc) — 23 мг / кг, в двойном су — перфосфате (PСД) — 17 мг / кг, в фосфоритной муке (Pф) — 74 мг / кг. Диам- мофос (ДАФ) из фосфоритов Флориды содержит 10 мг / кг Ni, из фосфоритов Запада США — 120–156 мг / кг [16: с. 91].

Мнение о чистоте фосфорных удобрений, производимых из отечественного сырья, и о незначительной вероятности негативного воздействия этих примесей на почву и растения подтверждаются в работах Б. С. Ниязбековой, И. М. Мальцева, Ю. А. Потатуевой и других [10: с. 38]. Учитывая, что Ni в фосфорных удобрениях входит в состав прочносвязанных и малодоступных растениям соединений, коли — чество его, поступающее в почвы с удобрениями (0,37 тыс. тонн в год), ничтожно мало по сравнению с техногенным поступлением (325 тыс. тонн в год) и с атмос — ферными выпадениями (24 тыс. тонн в год) [16: с. 89].

В последние годы сельское хозяйство страны получает фосфор в основ — ном в виде комплексных удобрений [2: с. 273].

По данным, приводимым М. М. Овчаренко в аммофосе содержание Cd может варьировать от 2 до 5 мг / кг, Pb, Ni, Cu от 5 до 23 мг / кг, Zn от 15 до 142 мг / кг, Mn от 210 до 302 мг / кг; в азофоске: Cd от 2 до 4 мг / кг, Pb от 8 до 12 мг / кг, Ni от 14 до 92 мг / кг, Cu от 112 до 123 мг / кг, Zn от 123 до 150 мг / кг и Mn от 142 до 282 мг / кг; в нитроаммофосе, соответственно, Cd, Pb 1–4 мг / кг; Ni 3–7 мг / кг; Cu 2–23 мг / кг; Zn 17–29 мг / кг; Mn 18–169 мг / кг [11: с. 10].

Целью настоящих исследований явилось изучение влияния фосфорных удобрений на содержание ТМ в почве, поступление их в растения и продук — тивность культур в условиях загрязнения почвы.

Исследования проводили в полевых опытах в условиях Ярославского рай — она Ярославской области. Почва опытного участка — дерново-подзолистая среднесуглинистая с повышенным содержанием гумуса, высоким — подвиж — ного фосфора и повышенным — обменного калия; слабокислой реакцией сре — ды. Исходное содержание Сd — 0,6 мг / кг; Pb — 15,1 мг / кг; Zn — 28,4 мг / кг; Cu — 12,3 мг / кг; Mn — 162 мг / кг и Ni – 14,6 мг / кг почвы при содержании

потенциально доступных форм 60–70%. Искусственное загрязнение почвы тяже — лыми металлами осуществляли внесением соответствующих сернокислых солей ТМ: по свинцу — 300 мг / кг; кадмию — 10 мг / кг почвы.

В опытах выращивались лен-долгунец Тверца, цикорий Ярославский. Технология выращивания сельскохозяйственных культур — общепринятая для зоны.

Действие фосфорных удобрений на содержание ТМ изучалось на минераль — ном (N60K90) фоне удобрения.

Содержание ТМ определяли атомно-абсорбционным методом. Статистическая обработка данных осуществлялась стандартными мето-

В проведенных нами полевых опытах не отмечено повышения уровня со — держания в почве ТМ при внесении фосфорных удобрений (табл. 1, 2). От — сутствие негативного влияния ТМ в фосфорных удобрениях при длительном применении их показано также в работах А. П. Щербакова, М. В. Райхинштей — на [18: с. 138], Ю. Н. Касицкого и др. [5: с. 19], Е. А. Парамоновой [12: с. 138], С. Ю. Карповой [4: с. 84], А. А. Петелина [13: с. 90]. Однако большинство ав — торов, отмечая положительный баланс для ряда ТМ при длительном внесении их с фосфорными удобрениями и поступлениями из атмосферы, указывают на необходимость обязательного экологического мониторинга за состоянием почв и растений [4: с. 110; 11: с. 15; 15: с. 103].

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.

Недостаток минеральных удобрений с одной стороны, и использование некачественных высоко балластных видов, с другой, требуют решения комплексной проблемы: обеспечить сельское хозяйство Украины достаточным количеством минеральных удобрений и предупредить возможные негативные последствия их применения путем запрета использования низкокачественных видов.

Безопасное применения удобрений, утилизация их отходов требуют организации четкой системы контроля качества и соответствия минеральных удобрений безопасности для здоровья человека и окружающей среды.

Минеральные удобрения — это экзогенные химические соединения, по своему составу делятся на простые (содержащие только один компонент из главных элементов питания) и комплексные (содержащие не менее двух главных элементов питания). Простые минеральные удобрения, в зависимости от элемента питания, делятся на азотные, фосфорные, калийные, магниевые, серные и т.д., а комплексные — сложные, сложно-смешанные и смешанные. По характеру непосредственного воздействия на почву и растения минеральные удобрения классифицируют как физиологически и биологически кислые, химически и физиологически щелочные и физиологически нейтральные.

В основе классификации минеральных удобрений по степени опасности лежит структура показателей, учитывающей их влияние на экотоксикологическое, агрохимическое, гидрохимическое состояние агроэкосистемы. В рамках определенных показателей минеральные удобрения делятся на 4 класса опасности (согласно рекомендациям ВОЗ по разделу химических веществ): I — высокоопасные; II — опасные; III — умеренно опасные; IV — малоопасные. Диапазон показателей в пределах классов опасности определяют по существующим украинским и международным нормативам.

Разработанная классификация минеральных удобрений дает возможность провести их агроэкологическую оценку, определить возможные негативные влияния и вовремя ввести ограничения на использование в сельскохозяйственном производстве удобрений, которые не соответствуют определенным экологическим нормативам.

При изучении аддитивных эффектов, степень устойчивости агроэкосистемы в отношении химических веществ-загрязнителей оценивают для конкретного вещества, источником которого может выступать минеральное удобрение. По М. Глазовскому различают:

педохимически активные вещества, которые создают кислотно-основные и окислительно-восстановительные условия в почве и влияют таким образом на общее состояние почвенной системы (преимущественно макроэлементы и их соединения — NO 3- , SO4 2- , Сl — , Na + );
биохимически активные вещества, которые прежде всего влияют на живые организмы: микрофлору, растения, животные (As, Cd, Pb, Cr, Zn, Ni, Cu, Sn, Hg, F — и т.д.);
вещества, способные находиться в почве в таких формах, что приводит к их миграции в поверхностные, грунтовые и подземные воды (NO 3- , SO4 2- , Сl — , F — , Cd, Zn и т.д.).

По классификации В. Патыка и Н. Макаренко, минеральные удобрения в зависимости от особенностей воздействия на агроекосистему делятся на (рис.1):

Разделение минеральных удобрений по особенностям воздействия на почвенную систему

Указанное деление в определенной степени условно. В частности, фосфорные удобрения могут изменять реакцию почвенного раствора, но это влияние не столь значительно, как азотных удобрений. Азотные удобрения могут быть источником токсичных элементов, хотя в значительно меньшей степени, чем фосфорные. Следует отметить, что согласно приведенной группировке, большинство калийных и комплексных удобрений занимает промежуточное положение.

Сейчас агрохимическая наука имеет более чем достаточно доказательств того, что под действием минеральных удобрений происходят изменения кислотно-основных свойств почв.

В основе негативного влияния минеральных удобрений на кислотно-основные свойства почвы лежит процесс биологического окисления азота и образования кислот (в примере с сульфатом аммония — HNO3 и H2 SO4). В почве кислоты нейтрализуются, вступая во взаимодействие с бикарбонатами почвенного раствора и катионами поглотительного комплекса.

Через некоторое время в почвенном поглотительном комплексе, кроме Н + появляется обменный Аl 3+ , который токсичен для многих растений. Уже при концентрации в растворе 2 мг/л А1 наблюдают резкое ухудшение развития корневой системы, нарушается углеродный, азотный, фосфатный обмен в растениях. Высокие концентрации алюминия приводят к резкому снижению урожая зерновых культур и даже их гибели.

Сейчас в научной литературе накоплен большой объем данных, которые свидетельствуют, что повышение кислотности почвенного раствора может влиять на подвижность в почве многих химических элементов, в том числе токсичных, тем самым активизируя переход их в растения и миграции по профилю почвы. В кислых почвах (рН 2- , вызывают увеличение растворимости алюминия, и обменная кислотность обусловлена именно его содержанием. Фосфорные удобрения в основном мало влияют на изменение кислотно-основных свойств почв — они способны вызывать лишь слабое подкисление (суперфосфата), или несколько снижать кислотность почвы (преципитат, мартеновский шлам, фосфоритная мука)

Использование минеральных удобрений может существенно изменять биогеохимический круговорот веществ (рис.2), что нередко приводит к обострению экологических проблем.

Хотя наличие в минеральных удобрениях примесей ТМ является фактом установленным, но информация о загрязнении почвы этими элементами в результате применения минеральных удобрений носит несколько противоречивый характер.

Удобрения не является существенным источником ВМ, и при применении их происходит существенного повышения содержания ТМ в почве, но в отличие от других химических соединений, которые подлежат процессам деструкции, количество их со временем в окружающей среде увеличивается, биокумуляции ТМ в цепях экосистем очень высока. По мнению Н. Милащенка, человек, находящийся на вершине трофической цепи может получать продукты с концентрацией токсикантов в 100-10 000 раз выше, чем в почве, а период полувыведения составляет сотням лет (Cd — 110, Zn — 510, Cu — 1500, Pb — несколько тысяч лет). Ежегодно с минеральными удобрениями вносится более 2000 кг кадмия. Кроме того, удобрения, изменяя агрохимические свойства почвы, могут влиять на подвижность ТМ в почве и поступление их в растения.

Как правило, внесение азотных удобрений приводит к повышению подвижности Mn, Fe, Zn, Cd в почвах и практически не меняет подвижности Сu и Ni, a подвижность РЬ при этом снижается. Фосфорные удобрения уменьшают подвижность ТМ в почве в результате образования труднорастворимых фосфатов металлов. Калийные удобрения меньше, чем азотные и фосфорные влияют на изменение подвижности металлов.

В результате длительного применения минеральных удобрений в почве происходит интенсивное накопление фтора. Доказано, что с фосфорными удобрениями в почву поступает 2 — 12 кг/га фтора в год: при внесении 60 кг/га Р2О5 в виде суперфосфата в почву может поступить 6-8 кг фтора; внесение 40 кг фосфора в виде аммофоса сопровождается внесением 7 кг/га фтора; с каждой тонной фосфоритной муки — 19-37 кг фтора. Следует отметить, что применение фосфорных удобрений приводит не только к повышению общего содержания фтора в почве, но и к ухудшению биологической активности почвы и быстрого накопления фтора непосредственно доступного растениям, которое может составить 90% по сравнению с контролем.

В повышенных количествах хлор отрицательно влияет на сельскохозяйственные растения. Характер его действия проявляется в снижении количества хлорофилла в листьях, интенсивности фотосинтеза, ухудшении водного режима и транспирации. Хлор обладает высокой способностью к горизонтальной и вертикальной миграции, наряду с этим он может двигаться с восходящими токами воды. Негативное воздействие хлора всего проявляется на песчаных почвах, которые имеют повышенную кислотность. На дерново-подзолистых почвах в пахотном слое при внесении калийных удобрений, содержащих хлор, содержание этого элемента может расти на 60-290% в зависимости от вида культуры, условий увлажнения и других факторов.

Минеральные удобрения, содержащие фосфор, могут приводить к увеличению в землях сельскохозяйственного использования химических элементов, которые имеют естественную радиоактивность. Известно, что в некоторых штатах США концентрация урана-238 в почвах за 80 лет применения фосфорных удобрений увеличилась вдвое. Подобное явление наблюдали также в Германии, где на окультуренных почвах содержание природнорадиоактивних элементов (урана и радия) на 6-9% выше, чем на неокультуренных. В почву с простым суперфосфатом поступает значительное количество стабильного стронция.

Среди химических элементов I класса опасности (Cd, Pb, As, F), поступающих в агроэкосистемы с минеральными удобрениями, больше внесено фтора. Его количество, поступающее на сельскохозяйственные угодья в целом по Украине в разные периоды, может колебаться в пределах 89-340 тыс т. Поступление свинца несколько меньше — 54-560 т, кадмия и мышьяка — 7,2-91,5 и 19,2-27,6 т соответственно.

Основные негативные эффекты, возникающие при применении минеральных удобрений: загрязнение верхних слоев почвы потенциально опасными ТМ, галогенами, радионуклидами и тому подобное; изменение кислотно-основных свойств почвы при применении минеральных удобрений; влияние на биологическую активность почвы; активизация процессов миграции токсичных и биогенных элементов в горизонтальном и вертикальном направлениях. Изменения, происходящие в почве, вызывают определенные нарушения в смежных компонентах агроэкосистемы. Через почву минеральные удобрения косвенно влияют на физиологические процессы в растениях, становится причиной ухудшения их гигиенической качества. Они также активизируют процессы миграции, что приводит к ухудшению качества грунтовых вод, а также вод наземных водоемов с влиянием на экотоксикологические состояние водных экосистем.

Нарушение баланса питательных веществ в почве - наиболее распространенная экологическая проблема в агроэкосистемах. Вынос элементов минерального питания из почв обычно компенсируется применением удобрений - минеральных и органических. Преимуществом минеральных удобрений является быстрое достижение желаемого эффекта - прироста урожайности. Негативные стороны использования минеральных удобрений также общеизвестны.

В современном сельском хозяйстве одним из путей решения проблемы устранения дисбаланса питательных веществ в почве является биологическое земледелие. Его главной задачей является получение качественной, биологически чистой продукции растениеводства. Для уменьшения использования минеральных удобрений и пестицидов планируется увеличение количества внесения органических удобрений и использование биологических методов защиты растений [1] .

В Белгородской области развитие животноводства сталкивается с проблемой утилизации его отходов, которые скапливаются в значительных количествах. Например, на средней по мощности птицефабрике образуется до 110 тыс. т. помёта в год. Казалось бы, простое решение данной проблемы сопровождается транспортной логистикой, техническими, а также экологическими проблемами, на которых остановимся подробнее [2].

Органические удобрения улучшают свойства почвы, усиливают микробиологические процессы в ней и обогащают растения углекислотой. Это перегной, торф, навоз, навозная жижа, птичий помет, пищевые отходы, фекалии и компост.

Сроки, способы и периодичность внесения удобрений, а также качественный состав зависят от требований культуры, от механического состава почвы и самого типа удобрения. Например, свежий навоз нежелательно вносить в почву, так как неразложившиеся органические вещества содержат элементы питания в недоступной для растений форме; в процессе разложения свежего навоза в почве образуются ядовитые для корневой системы растений газы; кроме того, свежий навоз содержит большое количество всхожих семян сорных растений.

В настоящее время проблемой является нарушение правил внесения органических удобрений, которая обострилась с развитием животноводства в нашей области. Опасность заключается в накоплении нитратов в почве и грунтовых водах. Нитраты (соли азотной кислоты) - один из элементов питания растений. В организме человека под влиянием кишечной микрофлоры происходит восстановление нитратов в нитриты, при этом нитриты, образуя метгемоглобин, блокируют в крови гемоглобин и этим тормозят перенос кислорода к тканям. Опасность поступления нитратов и нитритов в организм в повышенных количествах связывается с их выраженным канцерогенным действием [3]. Очевидно, что накопление нитратов в продукции зависит как от вида удобрения, его дозы, культуры, типа почвы и других факторов.

Исследования проведены на приусадебном участке с однородными условиями произрастания, где были организованы опытные делянки в соответствии со схемой эксперимента на рис 1.


Условные обозначения Пт-птичий помет Кр-кроличий навоз Кор-коровий навоз

Рис 1 Схема опытной площадки

Размер опытной площадки составляет 10*10 м. Используются три типа органического удобрения: птичий помет, кроличий и коровий навоз. Каждому типу удобрения соответствует 6 опытных делянок, величиной 2*1,5 м. При этом по делянкам участка происходит следующее распределение типов удобрения в процентах от рекомендуемой дозы: 1 делянка - без внесения удобрения, вторая - 100 %, третья - 150 %, четвертая - 200 %, пятая - 250 %, шестая - 300 %. Оптимальная норма внесения птичьего помёта, также как и у кроличьего помёта равна 0,3-0,6 кг/м2, а коровьего навоза - 35 кг/м2. На каждую делянку высаживается по 10 саженцев. Высадка рассады произведена 10 мая 2012 г. После закладки опыта выращивание капусты производилось по единой агротехнике.

В середине вегетационного периода были отобраны пробы почв для анализа содержания нитратов. Результаты анализа представлены в табл. 1.

Повышение дозы удобрения, независимо от его вида приводит к повышению содержания нитратов в почве. Наиболее интенсивно этот рост происходит в варианте с птичьим помётом.

Читайте также: