Экологические проблемы агрохимии

Степень развития эрозии почвы и размера ущерба от нее зависят от многих факторов: рельефа местности, вида культуры, гранулометрического состава почвы, интенсивности орошения или выпадающих атмосферных осадков, уровня удобренности полей, системы обработки почвы и др. Потери массы почвы и органического вещества за счет водной эрозии в зависимости от степени эродированности почв могут достигать десятков тонн массы плодородного горизонта почвы и тонн гумуса с гектара в год.

За счет водной эрозии пахотных почв потери органического вещества могут значительно превышать то количество, которое минерализуется при распашке и которое может быть восстановлено запашкой растительных остатков и органических удобрений. Потери отдельных питательных элементов от эрозии почвы бывают разными в зависимости от характера использования аграрных угодий, крутизны склона, интенсивности орошения и т.д. По обобщенным данным научных учреждений России, недобор урожая на слабосмытых почвах составляет 10-12%, на среднесмытых – 30-50, а на сильносмытых- 60-80%.

Среди комплекса важнейших  противоэрозионных мероприятий  мощным агротехническим средством повышения противоэрозионной устойчивости почв является применение органических и минеральных удобрений. Растения на удобренной почве развивают более мощную корневую систему, улучшают физические свойства почв, что способствует защите почв от эрозии (табл. 2). Правильный выбор форм, доз, сроков и способов внесения и заделки удобрений является важным средством предотвращения потерь питательных веществ при смыве и выщелачивании из почвы.

 

Таблица 2

Изменение эрозионных потерь почвенной массы и питательных  веществ под влиянием минеральных удобрений  (кг/га)(Минеев, 1990)

Компоненты почвы	Неудобренный вариант	N60P60K60
Почвенная масса	4700	3500
Гумус	260	198
Азот	17,1	12,0
Фосфор	14,5	10,8
Калий	93	69

Анализ причин появления  эрозии почвы показывает, что это  не неизбежное явление, а вызывается оно в значительной мере нарушением научных принципов и законов  земледелия, научно обоснованного комплекса  приемов агрономической технологии. Анализ отечественных и зарубежных исследований и практической деятельности передовых хозяйств позволяет рекомендовать  следующий комплекс основных агрономических мероприятий по предотвращению эрозии почвы и потерь питательных веществ.

1. Разработка и освоение  научно обоснованных специализированных  с учетом степени эрозионной  опасности почвозащитных севооборотов;

2. Система противоэрозионной обработки почвы: безотвальная, плоскорезная, минимальная, полосная, контурная, гребнистая, ячеистая, чизелевание, щелевание почвы и т.д.;

3. Внедрение контурного, террасного, плосного земледелия и комплекса противоэрозионных, мелиоративных мероприятий.

4. Использование пожнивных  посевов, а также уплотненный  посев почвозащитной культуры в междурядье основной (пропашной). Этот прием особенно эффективен на легких почвах.

5. Залужение посевами многолетних трав участков, сильно подверженных эрозии.

6. Правильный выбор форм, доз, сроков и способов внесения  минеральных и органических удобрений  – важное средство предотвращения  потерь питательных веществ при смыве и выщелачивании из почвы.

7. Применение полимеров  – структурообразователей. 

 

Значительное количество биогенных элементов теряется в  окружающую среду вследствие несовершенства свойств и химического состава  удобрений и различных удобрительных  средств. Например, потери азота мочевины, аммиачных форм удобрений в виде газообразного аммиака (NH3) происходит под влиянием химических и микробиологических процессов, особенно при поверхностном их внесении. Эти потери возрастают на легких по гранулометрическому составу и высококарбонатных почвах. Заделка мочевины в почву значительно снижает потери азота. При благоприятных условиях на богатых гумусом почвах процесс превращения мочевины в углекислый аммоний происходит в течение 2-3 дней. На нейтральных и щелочных почвах, без осадков, потери азота в виде аммиака возрастают. Внесение же мочевины с заделкой ее в почву (под вспашку, предпосевную культивацию, в рядки при севе и т.д.) весьма эффективно.

Второй биологический  путь потери азота из удобрений –  процесс денитрификации в почве. Газообразные потери азота вследствие этого процесса достигают 15-25% и более от внесенной дозы этого элемента. Выделенные из почвы газообразные продукты азота представлены большей частью N₂ и N₂O.

Наиболее активный химический путь потерь азота удобрений из почвы  – выделение свободного аммиака (NH3) вследствие взаимодействия аммиачных форм удобрений со щелочными, высококарбонатными и переизвесткованными почвами. Биологические и химические процессы в почве взаимосвязаны.

Для торможения процесса нитрификации и уменьшения, таким образом потерь азота в ряде стран выпускаются специальные ингибирующие препараты (Extend в США, AM  в Японии).

Существенным недостатком  многих минеральных удобрений, особенно азотных, является их физиологическая кислотность, а также наличие остаточной кислоты вследствие технологии их производства. Интенсивное применение таких удобрений в севообороте приводит к заметному подкислению почв, созданию неблагоприятных условий для роста растений. В этом случае возрастает потребность в известковании почв и нейтрализации кислотности самих удобрений. Требуют улучшения и физические свойства минеральных удобрений, а также необходима разработка новых форм химических соединений в качестве удобрений. Эти исследования должны быть направлены на оптимизацию питания растений макро- и микроэлементами, сочетания питательных элементов со стимуляторами роста, ретардантами, ингбиторами нитрификации и т.д.

Сейчас уделяется внимание капсулированию удобрений, покрытию гранул различными пленками, элементарной серой. Важно получать удобрения с контролируемым освобождением питательных элементов, особенно азота, в процессе вегетации культур.

Токсичные примеси

Существенным недостатком  многих минеральных удобрений является наличие в них сопутствующих балластных элементов (фтора, хлора, натрия), а также токсичных тяжелых металлов (кадмия, свинца, мышьяка). Содержание небольших доз микроэлементов (Cu,Mo,Mn,B,Zn) полезно, если не превышает токсической нормы. Систематическое внесение с минеральными удобрениями незначительных примесей тяжелых металлов и других токсичных веществ, ведущее к накоплению их в почве, представляет очень серьезную экологическую опасность.

Таблица 3

Содержание  примесей в минеральных удобрениях, извести, гипсе

Наименование примеси	Содержание, %	Наименование примеси	Содержание, %
Бор	0,1-0,2	Стронций	0,5-2,.1
Молибден	0,05-0,13	Фтор	0,3-3,8
Марганец	1,0-1,5	Мышьяк	10-3-10-4
Медь	0,01-0,5	Кадмий	10-4
Цинк	0,05-1,5	Свинец	10-4
Основные примеси в  суперфосфате, мг/кг
Мышьяк	1,2-2,2	Свинец	7-92
Кадмий	50-170	Никель	7-32
Хром	66-243	Селен	0-4,5
Кобальт	0-9	Ванадий	20-180
Медь	4-79	Цинк	50-1430

Токсические элементы попадают в минеральные удобрения главным  образом с сырьем для их производства, частично загрязняют их в технологическом  процессе. Например, 50-80% фтора, поступающего с фосфатным сырьем, остается в  удобрениях, поэтому с 1 т  необходимого растениям фосфора на поля поступает около 160 кг фтора – это приводит  к ухудшению свойств и плодородия почвы, к ингибированию в ней биологических процессов, нарушению биохимических процессов в растениях. Фтор отрицательно влияет на фотосинтез и биосинтез белка, нарушает деятельность таких ферментов как энолаза, фосфоглукомутаза, фосфатаза. Он может накапливаться в продуктах питания, в пшенице, картофеле, рисе, отрицательно влияя на здоровье животных и человека.

Большую опасность представляет кадмий фосфатов. Он близок по свойствам  кальцию и трудно (и дорого) выделяется из фосфатных руд.

Потенциальным источником загрязнения почв культурных угодий являются представляющие особую опасность применяемые на удобрение отходы промышленности, осадки сточных вод (ОСВ), фосфогипс, а также сапропель и др. Обычно их применяют в больших дозах, так как полезного компонента в них мало. Систематическое их использование чревато насыщением почвы тяжелыми металлами и другими вредными веществами до токсического уровня. Так, пиритные огарки (применяются как медное и комплексное микроудобрение) содержат 40-63% железа, 1-2 серы, 0,33-0,47 меди, 0,42-1,35 цинка,0,32-0,58 свинца и другие металлы. В свежих отвалах пиритных огарков содержится до 0,15% мышьяка. Под воздействием атмосферных осадков из них выщелачиваются многие токсические вещества, которые загрязняют почву и водоемы. Использование высоких доз (5-6 ц/га) пиритных огарков в качестве, например, медного удобрения приводит к загрязнению почвы свинцом, мышьяком, и другими тяжелыми металлами, а следовательно, и к повышению их содержания в продукции земледелия.

Средний химический состав фосфогипса из апатитового концентрата следующий (%): Са-28,3; SO₃-55,5; P₂O₅-1,5;F- 0,30; Sr-1,8-2,0. Фосфогипс вносится для улучшения солонцовых почв в дозах 5-20 т/га, с этим в почву попадает от 100 до 400 кг/га стронция. Критическое содержание стронция в почве может достигаться при внесении 40 т/га фосфогипса, что за два цикла вполне реально.

Значительное загрязнение  почв токсическими элементами возможно при использовании на удобрение осадков сточных вод (ОСВ). Для сравнения в таблице приведены и данные по почвам.

Таблица 4

Содержание элементов  в ОСВ и в незагрязненной почве  в Шотландии (по Минееву,1990)

Объект	B	Cu	Ni	Pb	Zn	Cd
Осадки сточных вод	13,3	146	7,.2	37,.1	489	1,9
Почва	0,6	4,.0	1,1	1,.2	3,4	0,13

По данным ученых Шотландии, удобрение осадком, содежащим 5 мг/кг подвижного кадмия, даже в дозе 25 т/га может повысить уровень доступного кадмия в почве на 50%, а превышение 5 мг/кг доступного растениям кадмия в почве опасно с точки зрения экологии.

В США при условии непрерывного использования сточных вод для  орошения на почвах всех типов концентрация кадмия не должна превышать 0,01 мг/л, Cr – 0,10; Cu – 0,20; Pb – 5,0; Ni – 0,2; Zn – 2 мг/л.

За последние годы довольно активно ставится вопрос о широком  использовании сапропеля в качестве органического удобрения. С ним также возможно попадание в почву тяжелых металлов и токсических соединений. По Минееву В.Г. (1990) содержание кадмия в сапропеле составляет 50-180 мг/кг сухой массы. При внесении его в почву содержание кадмия в растительной массе повышалось на 0,02-1,1 мг/кг сухой массы, а в почве на 6-73 мг/кг.

Многочисленные пути  возможного загрязнения природной среды агрохимическими средствами не остаются без последствий, а оказывают многостороннее негативное влияние практически на все звенья биосферы.

 

 

 

Негативное воздействие  агрохимических средств  
на природную среду

Неблагоприятное воздействие  удобрений, различных отходов, применяемых  в качестве удобрений и химических мелиорантов, можно свести в основном к следующему.

• Неправильное применение удобрений может ухудшить круговорот и баланс питательных веществ, агрохимические свойства и плодородие почвы.
• Нарушение агрономической технологии применения удобрений, несовершенство качества и свойств минеральных удобрений могут снизить урожай и его качество.
• Попадание питательных элементов удобрений и почвы в поверхностные и грунтовые воды приводит к усиленному росту водорослей, образованию планктонов, т.е. к эвтрофированию природных вод с вытекающими отсюда негативными последствиями.
• Попадание удобрений и их соединений в атмосферу отрицательно сказывается на деятельности аграрных и других предприятий, здоровье животных и человека. Высказываются также опасения о возможном разрушении озонового экрана стратосферы вследствие проникновения в нее закиси азота (N₂O), образующейся при денитрификации азотных соединений почвы и удобрений.
• Нарушение оптимизации питания растений макро- и микроэлементами приводит к различным заболеваниям растений, а часто и способствует развитию фитопатогенных грибных болезней, ухудшает фитосанитарное состояние почв и посевов.

 

Влияние агрохимических средств на свойства и плодородие почвы

Почва – важное звено  биосферы, и она прежде всего подвергается сложному комплексному воздействию удобрений и других агрохимических средств, которые могут оказывать на нее следующее влияние:

- подкислять или подщелачивать  среду;

- улучшать или ухудшать  свойства почвы, ее биологическую  и ферментативную активность;

- способствовать вытеснению  ионов в почвенный раствор  вследствие физико-химического их  поглощения;

- способствовать или препятствовать  химическому поглощению биогенных  и токсичных элементов;

- усиливать минерализацию  гумуса или способствовать его  синтезу;

- ослаблять или активизировать  биологическую фиксацию N2 из атмосферы;

- усиливать или ослаблять  действие других питательных  элементов почвы или удобрений;