Про негативное влияние минеральных удобрений. Вред удобрений — мифы и реальность Как удобрения влияют на почву

Минеральные удобрения: польза и вред

Да, урожай от них растёт,

Но губится природа.

Нитратов кушает народ

Всё больше год от года.

Мировое производство минеральных удобрений стремительно растёт. Каждое десятилетие оно увеличивается примерно в 2 раза. Урожайность культур от их применения, конечно, растёт, но у этой проблемы много негативных сторон, и это беспокоит очень многих людей. Не зря в некоторых странах Запада правительство поддерживает овощеводов, выращивающих продукцию без применения минеральных удобрений - экологически чистую.

МИГРАЦИЯ АЗОТА И ФОСФОРА ИЗ ПОЧВЫ

Доказано, что из внесённого в почву азота растения усваивают около 40%, остальной азот вымывается из почвы дождём и улетучивается в виде газа. В меньшей степени, но вымывается из почвы и фосфор. Накопление азота и фосфора в грунтовых водах ведёт к загрязнению водоёмов, они быстро стареют и превращаются в болота, т.к. повышенное содержание удобрений в воде влечет за собой быстрый рост растительности. Отмирающий планктон и водоросли осаждаются на дно водоёмов, это ведёт к выделению метана, сероводорода и к сокращению запасов растворимого в воде кислорода, что является причиной замора рыбы. Сокращается и видовой состав ценных рыб. Рыба не стала вырастать до нормальных размеров, она раньше начала стареть, раньше погибать. Планктон в водоёмах накапливает нитраты, рыбы им питаются, и употребление в пищу таких рыб может привести к заболеваниям желудка. А накопление азота в атмосфере ведет к выпадению кислых дождей, подкисляющих почву и воду, разрушающих строительные материалы, окисляющих металлы. От всего этого страдают леса и обитающие в них животные и птицы, а в водоёмах гибнут рыбы, моллюски. Есть сообщение, что на некоторых плантациях, где добывают мидии (это съедобные моллюски, они раньше очень ценились), они стали несъедобными, больше того, случались случаи отравления ими.

ВЛИЯНИЕ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ НА СВОЙСТВА ПОЧВЫ

Наблюдения показывают, что содержание гумуса в почвах постоянно уменьшается. Плодородные почвы, черноземы в начале века содержали до 8% гумуса. Сейчас таких почв почти не осталось. Подзолистые и дерновo-подзолистые почвы содержат 0,5-3% гумуса, серые лесные - 2-6%, луговые чернозёмы - больше 6%. Гумус служит хранилищем основных элементов питания растений, это коллоидное вещество, частички которого удерживают на своей поверхности элементы питания в доступной для растений форме. Образуется гумус при разложении микроорганизмами остатков растительного происхождения. Гумус не заменить никакими минеральными удобрениями, напротив, они ведут к активной минерализации гумуса, структура почвы ухудшается, из коллоидных комочков, удерживающих воду, воздух, питательные элементы, почва превращается в пылеобразное вещество. Из естественной почва превращается в искусственную. Минеральные удобрения провоцируют вымывание из почвы кальция, магния, цинка, меди, марганца и т.д., это влияет на процессы фотосинтеза, снижает устойчивость растений к заболеваниям. Применение минеральных удобрений ведёт к уплотнению почвы, снижению её пористости, к уменьшению доли зернистых агрегатов. Кроме того, подкисление почвы, неизбежно происходящее при внесении минеральных удобрений, требует всё большего внесения извести. В 1986 году в нашей стране было внесено в почву 45,5 млн. т извести, однако это не компенсировало потери кальция и магния.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВ ТЯЖЁЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ И ТОКСИЧЕСКИМИ ЭЛЕМЕНТАМИ

Сырьё, используемое для производства минеральных удобрений, содержит стронций, уран, цинк, свинец, кадмий и пр., извлечь которые технологически сложно. Как примеси эти элементы входят в суперфосфаты, в калийные удобрения. Наиболее опасны тяжёлые металлы: ртуть, свинец, кадмий. Последний разрушает эритроциты в крови, нарушает работу почек, кишечника, размягчает ткани. Здоровый человек весом 70 кг без вреда здоровью может получать с пищей за неделю до 3,5 мг свинца, 0,6 мг кадмия, 0,35 мг ртути. Однако на сильно удобренных почвах растения могут накопить и большие концентрации этих металлов. Например, в молоке коров может быть до 17-30 мг кадмия в 1 литре. Присутствие в фосфорных удобрениях урана, радия, тория увеличивает уровень внутреннего облучения человека и животных при попадании растительной пищи в их организм. В состав суперфосфата входит также фтор в количестве 1-5%, и его концентрация может достигать 77,5 мг/кг, вызывая различные болезни.

МИНЕРАЛЬНЫЕ УДОБРЕНИЯ И ЖИВОЙ МИР ПОЧВЫ

Применение минеральных удобрений вызывает изменение видового состава микроорганизмов почвы. Сильно увеличивается численность бактерий, способных усваивать минеральные формы азота, но уменьшается число симбионтных микрогрибов в ризосфере растений (ризосфера - это 2-3-милиметровая область почвы, прилегающая к корневой системе). Уменьшается также число азотфиксирующих бактерий в почве - в них как бы отпадает необходимость. В результате этого корневая система растений уменьшает выделение органических соединений, а их объём составлял около половины массы надземной части, и фотосинтез растений снижается. Активизируются токсинообразующие микрогрибы, численность которых в естественных условиях контролируется полезными микроорганизмами. Внесение извести не спасает положение, а приводит иногда к увеличению заражённости почвы возбудителями корневой гнили.

Минеральные удобрения вызывают сильную депрессию почвенных животных: ногохвосток, круглых червей и фитофагов (они питаются растениями), а также снижение ферментативной активности почвы. А она формируется деятельностью всех почвенных растений и живых существ почвы, при этом ферменты попадают в почву в результате их выделения живыми организмами, отмирающими микроорганизмами, Установлено, что применение минеральных удобрений снижает активность почвенных ферментов более чем в два раза.

ПРОБЛЕМЫ ЗДОРОВЬЯ ЧЕЛОВЕКА

В организме человека нитраты, поступающие в пищу, всасываются в пищеварительный тракт, попадают в кровь, а с ней - в ткани. Около 65% нитратов превращаются в нитриты уже в полости рта. Нитриты окисляют гемоглобин до метагемоглобина, имеющую тёмную коричневую окраску; он не способен переносить кислород. Норма метагемоглобина в организме - 2%, а большее его количество вызывает различные заболевания. При 40% метагемоглобина в крови человек может умереть. У детей ферментативная система слабо развита, и поэтому нитраты для них более опасны. Нитраты и нитриты в организме превращаются в нитрозосоединения, являющиеся канцерогенами. В опытах на 22 видах животных было доказано, что эти нитрозосоединения обуславливают образование опухолей на всех органах, кроме костей. Нитрозоамины, обладая гепатотоксическими свойствами, вызывают также заболевание печени, в частности гепатит. Нитриты ведут к хронической интоксикации организма, ослабляют иммунную систему, снижают умственную и физическую работоспособность, проявляют мутагенные и эмбринотоксические свойства.

В питьевой воде содержание нитратов постоянно увеличивается. Сейчас их должно быть не более 10 мг/л (требования ГОСТ).

Для овощей установлены предельные нормы содержания нитратов в мг/кг. Эти нормы постоянно корректируются в сторону увеличения. Уровень предельно допустимой концентрации нитратов, принятый сейчас в России, и оптимальная кислотность почвы для некоторых овощей даны в таблице (см. ниже).

Реальное содержание нитратов в овощах, как правило, превышает норму. Максимальная суточная доза нитратов, не оказывающая отрицательного влияния на организм человека, - 200-220 мг на 1 кг массы тела. Как правило, реально в организм поступают 150-300 мг, а иногда до 500 мг на 1 кг массы тела.

КАЧЕСТВО ПРОДУКТОВ

Повышая урожайность культур, минеральные удобрения влияют на их качество. В растениях уменьшается содержание углеводов и увеличивается количество сырого протеина. В картофеле уменьшается содержание крахмала, а в зерновых культурах изменяется аминокислотный состав, т.е. питательность белка снижается.

Применение минеральных удобрений при выращивании сельскохозяйственных культур влияет также на хранение продуктов. Снижение сахара и сухого вещества в свекле и других овощах ведёт к ухудшению их лёжкости при хранении. У картофеля сильнее темнеет мякоть, при консервировании овощей нитраты вызывают коррозию металла банок. Известно, что нитратов больше в жилках листьев у салатов, шпинатов, в сердцевине моркови сосредотачивается до 90% нитратов, в верхней части свёклы - до 65%, их количество увеличивается при хранении сока и овощей при высокой температуре. Овощи с грядки лучше убирать зрелыми и во второй половине дня - тогда в них меньше нитратов. Откуда берутся нитраты, и когда эта проблема возникла? Нитраты в продуктах были всегда, просто их количество в последнее время растёт. Растение питается, берёт из почвы азот, азот накапливается в тканях растения, это явление нормальное. Другое дело, когда этого азота в тканях имеется избыточное количество. Нитраты сами по себе не опасны. Часть из них выводится из организма, другая часть преобразуется в безвредное и даже полезные соединения. А избыточная часть нитратов превращается в соли азотистой кислоты - это и есть нитриты. Они и лишают красные кровяные тельца возможности питать кислородом клетки нашего организма. В результате нарушается обмен веществ, страдает ЦНС - центральная нервная система, снижается противодействие организма болезням. Среди овощей чемпион по накоплению нитратов - свёкла. Меньше их в капусте, петрушке, луке. Нет нитратов в спелых помидорах. Нет их в красной и чёрной смородине.

Для меньшего потребления нитратов нужно у овощей убирать части, в которых нитратов больше. У капусты это кочерыжки, у огурца, редиса нитраты накапливаются в корешке. У патиссона это верхняя часть, примыкающая к плодоножке, у кабачка - кожица, хвостик. Незрелая мякоть арбуза и дыни, прилегающая к коркам, богата нитратами. С салатами нужно обращаться очень осторожно. Употреблять их нужно сразу после изготовления, а заправлять - подсолнечным маслом. В сметане и майонезе быстро размножается микрофлора, которая превращает нитраты в нитриты. Особенно способствует этому смена температур, когда мы несъеденные салаты или невыпитые соки ставим в холодильник и достаем их оттуда несколько раз. При приготовлении супа овощи нужно хорошо вымыть, почистить, удалить наиболее опасные места, один час нужно подержать их в воде, добавив в неё поваренную соль, 1% раствор. Хорошо снижает содержание нитратов в пище тушение овощей, жарка картофеля во фритюре. А после еды для компенсации нитратов нужно пить зелёный чай, а детям нужно дать аскорбинку. И, заканчивая разговор о нитратах, пожелаем всем здоровья!

Н. Нилов

Органические и минеральные удобрения оказывают огромное влияние на почву. По сути, такая агротехническая функция как удобрение почвы является более интенсивно выраженной имитацией сложных природных процессов, происходящих в экосистеме на протяжении длительных периодов.

Человек меняет естественные принципы взаимодействия растений, животных и почвы, адаптируя технологии к максимально эффективным результатам при выращивании сельскохозяйственных культур.

Влияние удобрений на почву может быть различным — как положительным, так и отрицательным. Для того чтобы не нанести вред почве, растениям и полезным микроорганизмам, нужно соблюдать агротехнические и экологические нормы, разработанные для различных сельскохозяйственных видов удобрений.

Наиболее полезными для грунта являются натуральные удобрения. В первую очередь, это пресноводный ил. Можно вносить его в чистом виде или разбавлять компостом, либо смешивать с иными видами удобрений.

Многие фруктовые деревья (в первую очередь яблони и груши) в период созревания нуждаются в железе. Таким образом, обработка фруктовых деревьев железным купоросом будет способствовать обеспечению их железом, что благоприятно отразится на урожайности, размерах и яркой окраске плодов.

Азотные удобрения следует вносить в почву с осторожностью. Дело в том, что в результате накопления нитратных солей (нитратов) в почве, многие сельскохозяйственные культуры аккумулируют в себе нитраты и становятся ядовитыми для человека и животных. Особенно актуально это для бахчевых культур.

Применение йодистых удобрений для подкормки вне корневой системы дает хороший эффект на овощных культурах и плодово-ягодных растениях (прибавляет до 40% урожайности).

Некоторые растения предпочитают щелочную почву. Кроме того, нередко возникает ситуация, когда происходит значительное загрязнение растений и почвы выхлопами автомобилей и другими отходами промышленного производства.

Это приводит к накоплению в почве тяжелых металлов, что с высокой степенью вероятности приводит к заболеваниям человека и животных. Для нейтрализации тяжелых металлов и изменении pHпочвы к щелочному можно применять известь или золу. Щелочь связывает тяжелые металлы, превращая их в соли.

Существуют и другие виды удобрений, позволяющие менять структуру, кислотность, плодородность, соленость и прочие показатели почвы. Главное — чтобы при использовании удобрений не нарушались агротехнические и экологические нормы.

Разные биогенные элементы, попадая в почву с удобрениями, претерпевают существенные превращения. Одновременно они оказывают значительное влияние на плодородие почвы.

Да и свойства почвы, в свою очередь, могут оказывать на вносимые удобрения как позитивное, так и негативное влияние. Эта взаимосвязь удобрений и почвы является весьма сложной и требует глубоких и обстоятельных исследований. С превращениями удобрений в почве связаны и различные источники их потерь. Эта проблема представляет собой одну из основных задач агрохимической науки. Р. Kundler et al. (1970) в общем виде показывают следующие возможные превращения различных химических соединений и связанные с ними потери питательных элементов путем вымывания, улетучивания в газообразной форме и закрепления в почве.

Вполне понятно, что это лишь некоторые показатели превращения различных форм удобрений и питательных элементов в почве, они еще далеко не охватывают многочисленные пути превращения различных минеральных удобрений в зависимости от типа и свойств почвы.

Поскольку почва является важным звеном биосферы, она прежде всего подвергается сложному комплексному воздействию вносимых удобрений, которые могут оказывать следующее влияние на почву: вызывать подкисление или подщелачивание среды; улучшать или ухудшать агрохимические и физические свойства почвы; способствовать обменному поглощению ионов или вытеснять их в почвенный раствор; способствовать пли препятствовать химическому поглощению катионов (биогенных и токсических элементов); способствовать минерализации или синтезу гумуса почвы; усиливать или ослаблять действие других питательных элементов почвы или удобрений; мобилизовать или иммобилизовать питательные элементы почвы; вызывать антагонизм или синергизм питательных элементов и, следовательно, существенно влиять на их поглощение и метаболизм в растениях.

В почве может быть сложное прямое или косвенное взаимовлияние между биогенными токсичными элементами, макро — и микроэлементами, а это оказывает значительное влияние на свойства почвы, рост растений, их продуктивность и качество урожая.

Так, систематическое применение физиологически кислых минеральных удобрений на кислых дерново-подзолистых почвах повышает их кислотность и ускоряет вымывание из пахотного слоя кальция и магния и, следовательно, увеличивает степень ненасыщенности основаниями, снижая почвенное плодородие. Поэтому на таких ненасыщенных почвах применение физиологически кислых удобрений необходимо сочетать с известкованием почвы и нейтрализацией вносимых минеральных удобрений.

Двадцатилетнее применение удобрений в Баварии на иловатой, плохо дренированной почве в сочетании с известкованием под травы привело к повышению pH с 4,0 до 6,7. В поглощаемом комплексе почвы обменный алюминий заменился кальцием, что привело к значительному улучшению свойств почвы. Потери же кальция в результате выщелачивания составили 60-95% (0,8-3,8 ц/га в год). Как показали расчеты, ежегодная потребность в кальции составила 1,8-4 ц/га. В этих опытах урожай сельскохозяйственных растений хорошо коррелировал со степенью насыщенности почвы основаниями. Авторы пришли к выводу, что для получения высокого урожая необходимы pH почвы >5,5 и высокая степень насыщенности основаниями (V = 100%); при этом удаляется обменный алюминий из зоны наибольшего размещения корневой системы растений.

Во Франции выявлено большое значение кальция и магния в повышении плодородия почв и улучшении их свойств. Установлено, что выщелачивание приводит к обеднению запаса кальция и магния

в почве. В среднем ежегодные потери кальция составляют 300 кг/га (200 кг на кислой почве и 600 кг на карбонатной), а магния - 30 кг/га (на песчаных почвах они достигали 100 кг/га). Кроме того, некоторые культуры севооборота (бобовые, технические и др.) выносят значительные количества кальция и магния из почвы, поэтому следующие за ними зерновые культуры часто обнаруживают симптомы недостаточности этих элементов. Не нужно забывать также, что кальций и магний выполняют роль физико-химических мелиорантов, оказывая благоприятное влияние на физические и химические свойства почвы, а также на ее микробиологическую деятельность. Это косвенно влияет на условия минерального питания растений другими макро — и микроэлементами. Для поддержания плодородия почвы необходимо восстановление уровня содержания кальция и магния, потерянных в результате выщелачивания и выноса из почвы сельскохозяйственными культурами; для этого ежегодно следует вносить 300-350 кг CaO и 50-60 кг MgO на 1 га.

Задача заключается не только в восполнении потерь этих элементов вследствие выщелачивания и выноса сельскохозяйственными культурами, но и в восстановлении плодородия почвы. В этом случае нормы внесения кальция и магния зависят от первоначального значения pH, содержания в почве MgO и фиксирующей способности почвы, т. е. прежде всего от содержания в ней физической глины и органического вещества. Подсчитано, что для повышения pH почвы на одну единицу нужно внести извести от 1,5 до 5 т/га, в зависимости от содержания физической глины (<10% - >30%), Чтобы повысить содержание магния в пахотном слое почвы на 0,05%, нужно внести 200 кг MgO/га.

Очень важно установить правильные дозы извести в конкретных условиях ее применения. Этот вопрос не настолько прост, как часто его представляют. Обычно дозы извести устанавливают в зависимости от степени кислотности почвы и насыщенности ее основаниями, а также разновидности почвы. Эти вопросы требуют дальнейшего, более глубокого изучения в каждом конкретном случае. Важен вопрос о периодичности внесения извести, дробности внесения в севообороте, сочетании известкования с фосфоритованием и внесением других удобрений. Установлена необходимость в опережающем известковании как условии для повышения эффективности минеральных удобрений на кислых почвах таежно-лесной и лесостепной зон. Известкование существенно влияет на подвижность макро — и микроэлементов внесенных удобрений и самой почвы. А это сказывается на продуктивности сельскохозяйственных растений, качестве продуктов питания и кормов, а следовательно, на здоровье человека и животных.

М. Р. Sheriff (1979) считает, что о возможном переизвестковании почв можно судить по двум уровням: 1) когда продуктивность пастбищ и животных не повышается при дополнительном внесении извести (это автор называет максимальным экономическим уровнем) и 2) когда известкование нарушает баланс питательных веществ в почве, и это отрицательно сказывается на продуктивности растений и здоровье животных. Первый уровень на большей части почв наблюдается при pH около 6,2. На торфяных почвах максимальный экономический уровень отмечается при pH 5,5. Некоторые пастбища на легких вулканических почвах не обнаруживают каких-либо признаков отзывчивости на известь при их природной величине pH 5,6.

Необходимо строго учитывать требования возделываемых культур. Так, чайный куст предпочитает кислые красноземы и желтоземно-подзолистые почвы, известкование угнетает эту культуру. Внесение извести отрицательно влияет на лен, картофель (подробности ) и другие растения. Наиболее хорошо отзываются на известь бобовые культуры, которые угнетаются на кислых почвах.

Проблема же продуктивности растений и здоровья животных (второй уровень) чаще всего возникает при рН = 7 и более. Кроме того, почвы различаются по скорости и степени отзывчивости на известь. Например, согласно М. Р. Sheriff (1979), чтобы изменить pH с 5 до 6 для легких почв, ее требуется около 5 т/га, а для тяжелой глинистой почвы в 2 раза большее количество. Важно учитывать также содержание карбоната кальция в известковом материале, а также рыхлость породы, тонину ее помола и т. д. С агрохимической точки зрения весьма важно учитывать мобилизацию и иммобилизацию макро — и микроэлементов в почве под действием известкования. Установлено, что известь мобилизует молибден, который в избыточных количествах может отрицательно влиять на рост растений и здоровье животных, но одновременно наблюдаются симптомы недостаточности меди у растений и скота.

Применение удобрений может не только мобилизовывать отдельные питательные элементы почвы, но и связывать их, превращая в недоступную для растений форму. Исследования, проведенные в нашей стране и за рубежом, показывают, что одностороннее использование высоких доз фосфорных удобрений часто значительно снижает содержание подвижного цинка в почве, вызывая цинковое голодание растений, что отрицательно сказывается на количестве и качестве урожая. Поэтому применение высоких доз фосфорных удобрений часто вызывает необходимость внесения цинкового удобрения. Больше того, внесение одного фосфорного или цинкового удобрения может не дать эффекта, а совместное их применение привести к значительному положительному их взаимодействию.

Можно привести немало примеров, свидетельствующих о положительном и отрицательном взаимодействии макро- и микроэлементов. Во Всесоюзном научно-исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии изучали влияние минеральных удобрений и известкования почвы доломитом на поступления радионуклида стронция (90 Sr) в растения. Содержание 90 Sr в урожае ржи, пшеницы и картофеля под влиянием полного минерального удобрения снижалось в 1,5-2 раза по сравнению с неудобренной почвой. Наименьшее содержание 90 Sr в урожае пшеницы было в вариантах с высокими дозами фосфорных и калийных удобрений (N 100 P 240 K 240), а в клубнях картофеля - при внесении высоких доз калийных удобрений (N 100 P 80 K 240). Внесение доломита снизило накопление 90 Sr в урожае пшеницы в 3-3,2 раза. Внесение полного удобрения N 100 P 80 K 80 на фоне известкования доломитом уменьшало накопление радиостронция в зерне и соломе пшеницы в 4,4-5 раз, а при дозе N 100 P 240 K 240 - в 8 раз по сравнению с содержанием без известкования.

Ф. А. Тихомиров (1980) указывает на четыре фактора, влияющие на размеры выноса радионуклидов из почв урожаем растений: биогеохимические свойства техногенных радионуклидов, свойства почвы, биологические особенности растений и агрометеорологические условия. Например, из пахотного слоя типичных почв европейской части СССР выводится в результате миграционных процессов 1-5% содержащегося в нем 90 Sr и до 1 % 137 Cs; на легких почвах скорость удаления радионуклидов из верхних горизонтов существенно выше, чем на тяжелых. Лучшая обеспеченность растений питательными элементами и их оптимальное соотношение снижают поступление радионуклидов в растения. Культуры с глубоко проникающими корневыми системами (люцерна) меньше накапливают радионуклидов, чем с поверхностными корневыми системами (райграс).

На основе экспериментальных данных в лаборатории радиоэкологии МГУ научно обоснована система агромероприятий, реализация которых существенно снижает поступление радионуклидов (стронция, цезия и др.) в продукцию растениеводства. Эти мероприятия включают: разбавление поступающих в почву радионуклидов в виде практически невесомых примесей их химическими аналогами (кальций, калий и др.); уменьшение степени доступности радионуклидов в почве внесением веществ, переводящих их в менее доступные формы (органическое вещество, фосфаты, карбонаты, глинистые минералы); заделка загрязненного слоя почвы в подпахотный горизонт за пределы зоны распространения корневых систем (на глубину 50-70 см); подбор культур и сортов, накапливающих минимальные количества радионуклидов; размещение на загрязненных почвах технических культур, использование этих почв под семенные участки.

Эти мероприятия могут быть использованы и для снижения загрязнения сельскохозяйственной продукции и токсическими веществами нерадиоактивной природы.

Исследованиями Е. В. Юдинцевой и др. (1980) также установлено, что известковые материалы снижают накопление 90 Sr из дерново-подзолистой супесчаной почвы в зерне ячменя примерно в 3 раза. Внесение повышенных доз фосфора на фоне доменных шлаков снижало содержание 90 Sr в соломе ячменя в 5-7 раз, в зерне - в 4 раза.

Под влиянием известковых материалов содержание цезия (137 Cs) в урожае ячменя снижалось в 2,3-2,5 раза по сравнению с контролем. При совместном внесении высоких доз калийных удобрений и доменных шлаков содержание 137 Cs в соломе и зерне снижалось в 5-7 раз по сравнению с контролем. Действие извести и шлаков на уменьшение накопления радионуклидов в растениях более резко выражено на дерново-подзолистой почве, чем на серой лесной.

Исследованиями ученых США установлено, что при использовании для известкования Ca(OH) 2 токсичность кадмия снижалась в результате связывания его ионов, применение же для известкования CaCO 3 было неэффективным.

В Австралии изучали влияние двуокиси марганца (MnO 2) на поглощение свинца, кобальта, меди, цинка и никеля растениями клевера. Установлено, что при добавлении в почву двуокиси марганца сильнее снижалось поглощение свинца и кобальта и в меньшей степени никеля; на поглощение же меди и цинка MnO 2 оказывала незначительное влияние.

В США также были проведены исследования по влиянию различного содержания свинца и кадмия в почве на поглощение кукурузой кальция, магния, калия и фосфора, а также на сухую массу растений.

Из данных таблицы видно, что кадмий оказывал негативное влияние на поступление всех элементов в 24-дневные растения кукурузы, а свинец замедлял поступление магния, калия и фосфора. Кадмий также отрицательно влиял на поступление всех элементов в 31-дневные растения кукурузы, а свинец оказывал положительное действие на концентрацию кальция и калия и отрицательное - на содержание магния.

Эти вопросы имеют важное теоретическое и практическое значение, особенно для земледелия в индустриально развитых районах, где увеличивается накопление ряда микроэлементов, в том числе и тяжелых металлов. В то же время возникает необходимость в более глубоком изучении механизма взаимодействия различных элементов на поступление их в растение, на формирование урожая и качество продукции.

В университете штата Иллинойс (США) также изучали влияние взаимодействия свинца и кадмия на поглощение их растениями кукурузы.

У растений отмечена определенная тенденция повышать поглощение кадмия в присутствии свинца; почвенный кадмий, наоборот, снижал поглощение свинца в присутствии кадмия. Оба металла в испытанных концентрациях подавляли вегетативный рост кукурузы.

Представляют интерес выполненные в ФРГ исследования по влиянию хрома, никеля, меди, цинка, кадмия, ртути и свинца на поглощение фосфора и калия яровым ячменем и перемещение этих питательных элементов в растении. В исследованиях были использованы меченые атомы 32 Р и 42 К. Тяжелые металлы в питательный раствор добавляли в концентрации от 10 -6 до 10 -4 мол/л. Установлено значительное поступление тяжелых металлов в растение с повышением их концентрации в питательном растворе. Все металлы оказывали (в разной мере) ингибирующее действие как на поступление фосфора и калия в растения, так и на перемещение их в растении. Ингибирующее действие на поступление калия проявлялось в большей мере, чем фосфора. Кроме того, перемещение обоих питательных элементов в стебли подавлялось сильнее, чем поступление в корни. Сравнительное действие металлов на растение происходит в следующем нисходящем порядке: ртуть → свинец → медь → кобальт → хром → никель → цинк. Этот порядок соответствует электрохимическому ряду напряжений элементов. Если действие ртути в растворе отчетливо проявлялось уже при концентрации 4∙10 -7 мол/л (= 0,08 мг/л), то действие цинка - только при концентрации выше 10 -4 мол/л (=6,5 мг/л).

Как уже отмечалось, в индустриально развитых районах происходит накопление в почве различных элементов, в том числе тяжелых металлов. Вблизи крупных автострад Европы и Северной Америки весьма ощутимо влияние на растения соединений свинца, поступающих в воздух и почву с выхлопными газами. Часть соединений свинца попадает через листья в ткани растений. Многочисленными исследованиями установлено повышенное содержание свинца в растениях и почве на расстоянии до 50 м в сторону от автострад. Отмечены случаи отравления растений в местах особенно интенсивного воздействия выхлопных газов, например елей на расстоянии до 8 км от крупного Мюнхенского аэропорта, где производится около 230 вылетов самолетов в день. В хвое ели содержалось свинца в 8-10 раз больше, чем в хвое в незагрязненных районах.

Соединения других металлов (меди, цинка, кобальта, никеля, кадмия и др.) заметно влияют на растения вблизи металлургических предприятий, поступая как из воздуха, так и из почвы через корни. В таких случаях особенно важно изучение и внедрение приемов, предотвращающих избыточные поступления токсических элементов в растения. Так, в Финляндии определяли содержание свинца, кадмия, ртути, меди, цинка, марганца, ванадия и мышьяка в почве, а также салате, шпинате и моркови, выращиваемых вблизи промышленных объектов и автострад и на чистых участках. Исследовали также дикорастущие ягоды, грибы и луговые травы. Установлено, что в зоне действия промышленных предприятий содержание свинца в салате колебалось от 5,5 до 199 мг/кг сухой массы (фон 0,15-3,58 мг/кг), в шпинате - от 3,6 до 52,6 мг/кг сухой массы (фон 0,75-2,19), в моркови - 0,25-0,65 мг/кг. Содержание свинца в почве составило 187-1000 мг/кг (фон 2,5-8,9). Содержание свинца в грибах достигало 150 мг/кг. По мере удаления от автострад содержание свинца в растениях снижалось, например, в моркови с 0,39 мг/кг на расстоянии 5 м до 0,15 мг/кг на расстоянии 150 м. Содержание кадмия в почве менялось в пределах 0,01-0,69 мг/кг, цинка - 8,4-1301 мг/кг (фоновые концентрации соответственно были 0,01-0,05 и 21,3-40,2 мг/кг). Интересно заметить, что известкование загрязненной почвы снижало содержание кадмия в салате с 0,42 до 0,08 мг/кг; калийные же и магниевые удобрения не оказывали на него заметного влияния.

В зонах сильного загрязнения содержание цинка в травах было высокое - 23,7-212 мг/кг сухой массы; содержание мышьяка в почве 0,47-10,8 мг/кг, в салате - 0,11-2,68, шпинате - 0,95-1,74, моркови - 0,09-2,9, лесных ягодах - 0,15-0,61, грибах - 0,20-0,95 мг/кг сухого вещества. Содержание ртути в окультуренных почвах было 0,03-0,86 мг/кг, в лесных почвах - 0,04-0,09 мг/кг. Заметных различий в содержании ртути в разных овощах не обнаружено.

Отмечается действие известкования и затопления полей на снижение поступления кадмия в растения. Например, содержание кадмия в верхнем слое почвы рисовых полей в Японии составляет 0,45 мг/кг, а его содержание в рисе, пшенице и ячмене на незагрязненной почве соответственно 0,06 мг/кг, 0,05 и 0,05 мг/кг. Наибольшей чувствительностью к кадмию отличается соя, у которой снижение роста и массы зерен происходит при содержании в почве кадмия 10 мг/кг. Накопление же кадмия в растениях риса в количестве 10-20 мг/кг вызывает подавление их роста. В Японии ПДК кадмия в зерне риса - 1 мг/кг.

В Индии существует проблема токсичности меди вследствие большого накопления ее в почвах, расположенных около медных рудников в Бихаре. Токсичный уровень цитрат ЭДТА-Си > 50 мг/кг почвы. Ученые Индии изучали также влияние известкования на содержание меди в дренажной воде. Нормы извести были 0,5, 1 и 3 от требуемой для известкования. Исследования показали, что известкование не решает проблему токсичности меди, поскольку 50-80% выпавшей в осадок меди оставалось в доступной для растений форме. Содержание доступной меди в почвах зависело от нормы известкования, первоначального содержания меди в дренажной воде и свойств почвы.

Исследованиями установлено, что типичные симптомы недостаточности цинка наблюдались у растений, выращиваемых в питательной среде, содержащей этого элемента 0,005 мг/кг. Это приводило к подавлению роста растений. В то же время цинковая недостаточность у растений способствовала значительному увеличению адсорбции и транспорта кадмия. С повышением концентрации цинка в питательной среде поступление кадмия в растения резко снижалось.

Большой интерес представляет изучение взаимодействия отдельных макро — и микроэлементов в почве и в процессе питания растений. Так, в Италии изучали влияние никеля на поступление фосфора (32 Р) в нуклеиновые кислоты молодых листьев кукурузы. Опыты показали, что низкая концентрация никеля стимулировала, а высокая подавляла рост и развитие растений. В листьях растений, выращиваемых при концентрации никеля 1 мкг/л, поступление 32 Р во все фракции нуклеиновых кислот было более интенсивное, чем на контроле. При концентрации никеля 10 мкг/л поступление 32 Р в нуклеиновые кислоты заметно снижалось.

Из многочисленных данных исследований можно сделать вывод, что для предотвращения отрицательного влияния удобрений на плодородие и свойства почвы научно обоснованная система удобрения должна предусматривать недопущение или ослабление возможных негативных явлений: подкисления или подщелачивания почвы, ухудшения агрохимических ее свойств, необменного поглощения биогенных элементов, химического поглощения катионов, чрезмерной минерализации гумуса почвы, мобилизации повышенного количества элементов, приводящей к токсическому их действию и т. д.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИИ НА АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО

Г.Н. Черкасов, Е.В. Дубовик, Д.В. Дубовик, С.И. Казанцев

Аннотация. В результате исследований установлено неоднозначное влияние способа основной обработки почвы под озимую пшеницу и кукурузу и минеральных удобрений на показатели агрофизического состояния чернозема типичного. Оптимальные показатели плотности, структурного состояния получены при отвальной вспашке. Выявлено, что применение минеральных удобрений ухудшает структурно-агрегатное состояние, но способствует повышению водоустойчивости почвенных отдельностей при отвальной вспашке по отношению к нулевой и поверхностной обработкам.

Ключевые слова: структурно-агрегатное состояние, плотность почвы, водоустойчивость, обработка почвы, минеральные удобрения.

Плодородная почва наряду с достаточным содержанием питательных веществ должна иметь благоприятные физические условия для роста и развития сельскохозяйственных культур . Установлено, что структура почвы - основа благоприятных агрофизических свойств .

Черноземные почвы обладают невысокой степенью антропотолерантности , что позволяет говорить о высокой степени влияния антропогенных факторов, основным из которых является обработка почвы, а также ряд других мероприятий, которые применяются при уходе за посевами и способствуют нарушению очень ценной зернистой структуры, в результате чего она может распыляться или, наоборот, глыбиться, что допустимо до определенных пределов в почве.

Таким образом, целью данной работы являлось изучение влияния обработки почвы, минеральных удобрений и предшествующей культуры на агрофизические свойства чернозема типичного.

Исследования были проведены в 2009-2010 гг. в ООО «АгроСил» (Курская область, Суджанский район), на черноземе типичном тяжелосуглинистом. Агрохимическая характеристика участка: рНкс1- 5,3; содержание гумуса (по Тюрину) - 4,4%; подвижного фосфора (по Чирикову) - 10,9 мг/100 г; обменного калия (по Чи-рикову) - 9,5 мг/100 г; азота щелочногидролизуемого (по Корнфилду) - 13,6 мг/100 г. Возделываемые культуры: озимая пшеница сорта «Августа» и кукуруза гибрид ПР-2986.

В опыте изучались следующие способы основной обработки почвы: 1) отвальная вспашка на 20-22 см; 2) поверхностная обработка - 10-12 см; 3) нулевая обработка - прямой посев сеялкой Джон Дир. Минеральные удобрения: 1) без удобрений; 2) под озимую пшеницу N2^52^2; под кукурузу К14эР104К104.

Отбор образцов осуществлялся в третьей декаде мая, в слое 0-20 см. Плотность почвы определяли буровым методом по Н. А. Качинскому. Для изучения структурно-агрегатного состояния были отобраны ненарушенные почвенные образцы весом более 1 кг. Для выделения структурных отдельностей и агрегатов использовался метод Н. И. Саввинова по определению структурно-агрегатного состава почвы - сухое и мокрое просеивание.

Плотность почвы является одной из основных физических характеристик почвы. Увеличение плотности почвы приводит, как правило, к более плотной упаковке почвенных частиц, что в свою очередь ведет к изменению водного, воздушного и теплового режимов, что

впоследствии негативно сказывается на развитии корневой системы сельскохозяйственных растений. В то же время требования разных растений к плотности почвы неодинаковы и зависят от типа почвы, механического состава, возделываемой культуры. Так, оптимальная плотность почвы для зерновых культур составляет 1,051,30 г/см3, для кукурузы - 1,00-1,25 г/см3 .

Проведенные исследования показали, что под воздействием различных обработок почвы происходит изменение плотности (рисунок 1). Независимо от возделываемой культуры наибольшая плотность почвы была на вариантах с нулевой обработкой, несколько ниже при поверхностной обработке. Оптимальная плотность почвы отмечается на вариантах с отвальной вспашкой. Минеральные удобрения при всех способах основной обработки способствуют повышению плотности почвы.

Полученные экспериментальные данные подтверждают неоднозначность влияния способов основной обработки почвы на показатели ее структурного состояния (таблица 1). Так, на вариантах с нулевой обработкой отмечено самое низкое содержание агрономически ценных агрегатов (10,0-0,25 мм) в пахотном слое почвы, по отношению к поверхностной обработке и отвальной вспашке.

Отвальная Поверхностная Кулевая

обработка обработка

Способ основной обработки почвы

Рисунок 1 - Изменение плотности чернозема типичного в зависимости от способов обработки и удобрений под озимой пшеницей (2009 г.) и кукурузой (2010 г.)

Тем не менее коэффициент структурности, характеризующий агрегатное состояние, уменьшился в ряду: поверхностная обработка ^ отвальная вспашка ^ нулевая обработка. На структурно-агрегатное состояние чернозема оказывает влияние не только способ обработки почвы, но и возделываемая культура. При возделывании озимой пшеницы количество агрегатов агрономически ценного диапазона и коэффициент структурности были выше в среднем на 20%, чем в почве под кукурузой. Это обусловлено биологическими особенностями строения корневой системы этих культур.

Рассматривая фактор удобренности, хочется отметить, что применение удобрений привело к заметному снижению как агрономически ценной структуры, так и коэффициента структурности, что вполне закономерно, так как в первый и второй год после внесения наблюдается ухудшение строения агрегатов и агрофизических свойств почвы - возрастают плотность укладки агрегатов, заполненность порового пространства тонкодисперсной частью, уменьшается пористость и почти в два раза снижается зернистость .

Таблица 1 - Влияние способа обработки почвы и минеральных удобрений на показатели структурно-

Другим показателем структуры является ее устойчивость к внешним воздействиям, среди которых наиболее существенным является воздействие воды, поскольку почва должна сохранять свою уникальную комковато-зернистую структуру после обильных осадков и последующего подсушивания. Это качество структуры называется водоустойчивостью или водо-прочностью .

Содержание водопрочных агрегатов (>0,25 мм) является критерием для оценки и прогноза устойчивости сложения пахотного слоя во времени, его устойчивости к деградации физических свойств под влиянием природных и антропогенных факторов. Оптимальное содержание водопрочных агрегатов >0,25 мм в пахотном слое разных типов почв составляет 40-70(80)% . При изучении влияния способов основной обработки (таблица 2) было установлено, что при нулевой обработке сумма водоустойчивых агрегатов была выше, чем при поверхностной обработке и отвальной вспашке.

Таблица 2 - Изменение водоустойчивости макро-

Это напрямую связано со средневзвешенным диаметром водоустойчивых агрегатов, поскольку нулевая обработка способствует увеличению размера почвенных отдельностей, обладающих водоустойчивостью. Коэффициент структурности водоустойчивых агрегатов уменьшается в ряду: поверхностная обработка ^ нулевая обработка ^ отвальная вспашка. По оценочно-

ориентировочной шкале критерий водо-прочности агрегатов при нулевой обработке оценивается как очень хороший, а при поверхностной обработке и отвальной вспашке - как хороший.

Изучая влияние возделываемой культуры, было установлено, что в почве под кукурузой средневзвешенный диаметр, коэффициент структурности, а также сумма водоустойчивых агрегатов были выше, чем под озимой пшеницей, что связано с формированием под зерновыми культурами мощной по объему и массе корневой системы, которая способствовала формированию большей водоустойчивости под кукурузой. Критерий водопрочности повел себя иначе и был выше в почве под пшеницей, чем под кукурузой.

При внесении удобрений на варианте с отвальной вспашкой повышались коэффициент структурности, средневзвешенный диаметр и сумма водоустойчивых агрегатов. Поскольку отвальная вспашка идет с оборотом пласта и значительно глубже, чем поверхностная и тем более нулевая обработка, то и заделка минеральных удобрений происходит глубже, следовательно, на глу -бине влажность выше, что способствует более интенсивному разложению растительных остатков, за счет чего и происходит увеличение водоустойчивости почвы. На вариантах с применением поверхностной и нулевой обработки все изучаемые показатели водоустойчивости почвы при применении минеральных удобрений снизились. Критерий водопрочности почвенных агрегатов на всех вариантах опыта увеличился, что связано с тем, что данный показатель рассчитывается по результатам не только мокрого просеивания, но и сухого просеивания.

Установлено неоднозначное влияние изучаемых факторов на показатели агрофизического состояния чернозема типичного. Так, наиболее оптимальные показатели плотности, структурного состояния были выявлены при отвальной вспашке, несколько хуже при поверхностной и нулевой обработках. Показатели водоустойчивости уменьшались в ряду: нулевая обработка ^ поверхностная обработка ^ отвальная вспашка. Применение минеральных удобрений ухудшает структурно-агрегатное состояние, но способствует повышению водоустойчивости почвенных отдельностей при отвальной вспашке по отношению к нулевой и поверхностной обработкам. При возделывании озимой пшеницы показатели, характеризующие структурно-

Кубанский государственный университет

Биологический факультет

по дисциплине «Экология почв»

«Скрытое отрицательное действие удобрений».

Выполнила

Афанасьева Л. Ю.

студентка 5-ого курса

(специальность –

«Биоэкология»)

Проверила Букарева О. В.

Краснодар, 2010

Введение…………………………………………………………………………………...3

1. Влияние минеральных удобрений на почвы…………………………………...4

2. Влияние минеральных удобрений на атмосферный воздух и воду…………..5

3. Влияние минеральных удобрений на качество продукции и здоровье людей………………………………………………………………………………………6

4. Геоэкологические последствия применения удобрений……………………...8

5. Воздействие удобрений на окружающую среду……………………………..10

Заключение……………………………………………………………………………….17

Список использованной литературы…………………………………………………...18

Введение

Загрязнение почв чужеродными химическими веществами наносит им большой ущерб. Существенным фактором загрязнения среды является химизация сельского хозяйства. Даже минеральные удобрения при неправильном их применении способны наносить экологический ущерб при сомнительном экономическом эффекте.

Многочисленные исследования ученых–агрохимиков показали, что разные виды и формы минеральных удобрений неодинаково влияют на свойства почв. Внесенные в почву удобрения вступают в сложные взаимодействия с нею. Здесь происходят всевозможные превращения, которые зависят от целого ряда факторов: свойств удобрений и почвы, погодных условий, агротехники. От того, как происходит превращение отдельных видов минеральных удобрений (фосфорных, калийных, азотных), зависит влияние их на почвенное плодородие.

Минеральные удобрения – неизбежное следствие интенсивного земледелия. Имеются расчеты, что для достижения желаемого эффекта от применения минеральных удобрений мировое потребление их должно составить около 90 кг/год на человека. Суммарное производство удобрений в этом случае достигает 450-500 млн. т/год, в настоящее же время их мировое производство равно 200-220 млн. т/год или 35-40 кг/год на человека.

Применение удобрений можно рассматривать как одно из проявлений закона увеличения вложения энергии в единицу производимой сельскохозяйственной продукции. Это значит, что для получения одной и той же прибавки урожая требуется все большее количество минеральных удобрений. Так, на начальных этапах применения удобрений прибавку 1 т зерна с 1 га обеспечивает внесение 180-200 кг азотных туков. Следующая дополнительная тонна зерна связана с дозой удобрений в 2-3 раза большей.

Экологические последствия применения минеральных удобрений целесообразно рассматривать, по крайней мере, с трех точек зрения:

Местное влияние удобрений на экосистемы и почвы, в которые они вносятся.

Запредельное влияние на другие экосистемы и их звенья, прежде всего на водную среду и атмосферу.

Влияние на качество продукции, получаемой с удобренных почв, и здоровье людей.

1. Влияние минеральных удобрений на почвы

В почве как системе происходят такие изменения, которые ведут к потере плодородия:

Повышается кислотность;

Изменяется видовой состав почвенных организмов;

Нарушается круговорот веществ;

Разрушается структура, ухудшающая другие свойства.

Имеются данные (Минеев, 1964), что следствием увеличения кислотности почв при применении удобрений (прежде всего кислых азотных) является повышенное вымывание из них кальция и магния. Для нейтрализации данного явления приходится вносить в почву эти элементы.

Фосфорные удобрения не обладают столь выраженным подкисляющим эффектом, как азотные, но они могут вызывать цинковое голодание растений и накопление стронция в получаемой продукции.

Многие удобрения содержат посторонние примеси. В частности, их внесение может повышать радиоактивный фон, вести к прогрессивному накоплению тяжелых металлов. Основной способ уменьшить эти следствия – умеренное и научно обоснованное применение удобрений:

Оптимальные дозы;

Минимальное количество вредных примесей;

Чередование с органическими удобрениями.

Следует также помнить выражение, что «минеральные удобрения являются средством маскировки реальностей». Так, имеются данные, что с продуктами эрозии почв выносится больше минеральных веществ, чем их вносится с удобрениями.

2. Влияние минеральных удобрений на атмосферный воздух и воду

Влияние минеральных удобрений на атмосферный воздух и воду связано в основном с их азотными формами. Азот минеральных удобрений поступает в воздух либо в свободном виде (в результате денитрификации), либо в виде летучих соединений (например, в форме закиси N2 O).

По современным представлениям, газообразные потери азота из азотных удобрений составляют от 10 до 50% от его внесения. Действенным средством снижения газообразных потерь азота является научно обоснованное их применение:

Внесение в корнеобразующую зону для быстрейшего поглощения растениями;

Использование веществ-ингибиторов газообразных потерь (нитропирин).

Наиболее ощутимое влияние на водные источники, кроме азотных, оказывают фосфорные удобрения. Вынос удобрений в водные источники сводится к минимуму при их правильном внесении. В частности, недопустимо разбрасывание удобрений по снеговому покрову, рассеивание их с летательных аппаратов вблизи водоемов, хранение под открытым небом.

3. Влияние минеральных удобрений на качество продукции и здоровье людей

Минеральные удобрения способны оказывать отрицательное воздействие как на растения, так и на качество растительной продукции, а также на организмы, ее потребляющие. Основные из таких воздействий представлены в таблицах 1, 2.

При высоких дозах азотных удобрений увеличивается риск заболеваний растений. Имеет место чрезмерное накопление зеленой массы, и резко возрастает вероятность полегания растений.

Многие удобрения, особенно хлорсодержащие (хлористый аммоний, хлористый калий), отрицательно действуют на животных и человека в основном через воду, куда поступает высвобождающийся хлор.

Отрицательное действие фосфорных удобрений связано в основном с содержащимися в них фтором, тяжелыми металлами и радиоактивными элементами. Фтор при его концентрации в воде более 2 мг/л может способствовать разрушению эмали зубов.

Таблица 1 – Воздействие минеральных удобрений на растения и качество растительной продукции

Таблица 2 – Воздействие минеральных удобрений на животных и человека

4. Геоэкологические последствия применения удобрений

Для своего развития растения нуждаются в определенном количестве биогенных веществ (соединений азота, фосфора, калия), обычно поглощаемых из почвы. В естественных экосистемах биогены, ассимилированные растительностью, возвращаются в почву в результате процессов деструкции в круговороте вещества (разложения плодов, растительного опада, отмерших побегов, корней). Некоторое количество соединений азота фиксируется бактериями из атмосферы. Часть биогенов привносится с осадками. На отрицательной стороне баланса находятся инфильтрация и поверхностный сток растворимых соединений биогенов, их вынос с почвенными частицами в процессе эрозии почвы, а также преобразование соединений азота в газообразную фазу с уходом ее в атмосферу.

В природных экосистемах скорость накопления или расходования питательных веществ обычно невелика. Например, для девственной степи на черноземах Русской равнины соотношение между потоком соединений азота через границы избранного участка степи и его запасами в верхнем метровом слое составляет около 0,0001% или 0,01%.

Сельское хозяйство нарушает естественный, практически замкнутый баланс биогенов. Ежегодный урожай уносит часть биогенов, содержащихся в произведенном продукте. В агроэкосистемах скорость выноса питательных веществ на 1-3 порядка больше, чем в природных системах, причем, чем выше урожай, тем относительно больше интенсивность выноса. Следовательно, даже если первоначальный запас питательных веществ в почве и был значительным, в агроэкосистеме он может израсходоваться сравнительно быстро.

Всего в мире с урожаем зерна выносится, например, около 40 млн. т. азота в год, или примерно 63 кг на 1 га площади зерновых. Отсюда следует необходимость применения удобрений для поддержания плодородия почвы и повышения урожаев, так как при интенсивном земледелии без удобрений плодородие почвы снижается уже на второй год. Обычно применяются азотные, фосфорные и калийные удобрения в различных формах и сочетаниях, в зависимости от местных условий. В то же время, применение удобрений маскирует деградацию почв, заменяя естественное плодородие на плодородие, базирующееся в основном на химических веществах.

Производство и потребление удобрений в мире неуклонно росло, увеличившись за 1950-1990 гг. приблизительно в 10 раз. Среднее мировое использование удобрений в 1993 г. составляло 83 кг на 1 га пашни. За этой средней величиной скрыта большая разница в потреблении различных стран. В Нидерландах применяется больше всего удобрений, и там уровень применения удобрений в последние годы даже сократился: от 820 кг/га до 560 кг/га. С другой стороны, среднее потребление удобрений в Африке в 1993 г. составляло лишь 21 кг/га, причем в 24 странах применяли 5 кг/га и менее.

Наряду с положительными эффектами, удобрения создают также экологические проблемы, в особенности в странах с высоким уровнем их применения.

Нитраты опасны для здоровья человека, если их концентрация в питьевой воде или продуктах сельского хозяйства выше установленной ПДК. Концентрация нитратов в воде, стекающей с полей, обычно находится между 1 и 10 мг/л, а с нераспаханных земель она на порядок меньше. По мере роста массы и продолжительности применения удобрений, все большее количество нитратов попадает в поверхностные и подземные воды, делая их непригодными для питья. Если уровень применения азотных удобрений не превышает 150 кг/га в год, то в природные воды попадает примерно 10% от объема применяемых удобрений. При более высокой нагрузке эта доля еще выше.

В особенности серьезна проблема загрязнения подземных вод после того, как нитраты попали в водоносный горизонт. Водная эрозия, унося почвенные частицы, переносит также содержащиеся в них и адсорбированные на них соединения фосфора и азота. Если они попадают в водные объекты с замедленным водообменом, улучшаются условия для развития процесса эвтрофикации. Так, в реках США главным загрязнителем воды стали растворенные и взвешенные соединения биогенов.

Зависимость сельского хозяйства от минеральных удобрений привела к серьезным сдвигам в глобальных циклах азота и фосфора. Промышленное производство азотных удобрений привело к нарушению глобального баланса азота вследствие роста объема доступных для растений соединений азота на 70% по сравнению с доиндустриальным периодом. Избыток азота может изменить кислотность почв, а также содержание в них органического вещества, что может привести к дальнейшему выщелачиванию питательных веществ из почвы и ухудшению качества природных вод.

По оценке ученых, смыв фосфора со склонов в процессе почвенной эрозии составляет не менее 50 млн. т. в год. Эта цифра сравнима с годовым объемом промышленного производства фосфорных удобрений. В 1990 г. столько же фосфора было вынесено реками в океан, сколько было внесено на поля, а именно 33 млн. т. Поскольку газообразных соединений фосфора не существует, он перемещается под воздействием силы тяжести, главным образом с водой, преимущественно с континентов в океаны. Это ведет к хроническому дефициту фосфора на суше и к еще одному глобальному геоэкологическому кризису.

5. Воздействие удобрений на окружающую среду

Отрицательное действие удобрений на окружающую среду связано, прежде всего, с несовершенством свойств и химического состава удобрений. Существенными недостатками многих минеральных удобрений являются:

Наличие остаточной кислоты (свободная кислотность) вследствие технологии их производства.

Физиологическая кислотность и щелочность, образующаяся в результате преимущественного использования растениями из удобрений катионов или анионов. Длительное применение физиологически кислых или щелочных удобрений изменяет реакцию почвенного раствора, приводит к потерям гумуса, увеличивает подвижность и миграцию многих элементов.

Высокая растворимость туков. В удобрениях, в отличие от природных фосфатных руд, фтор находится в виде растворимых соединений и легко поступает в растение. Повышенное накопление фтора в растениях нарушает обмен веществ, ферментативную активность (ингибирует действие фосфатазы), отрицательно действует на фото- и биосинтез белка, развитие плодов. Повышенные дозы фтора угнетают развитие животных, приводят к отравлению.

Наличие тяжелых металлов (кадмия, свинца, никеля). Наиболее загрязнены тяжелыми металлами фосфорные и комплексные удобрения. Это связано с тем, что практически все фосфорные руды содержат большие количества стронция, редкоземельные и радиоактивные элементы. Расширение производства и применение фосфорных и комплексных удобрений ведет к загрязнению окружающей среды соединениями фтора, мышьяка.

При существующих кислотных способах переработки природного фосфатного сырья степень утилизации соединений фтора в производстве суперфосфата не превышает 20-50%, в производстве комплексных удобрений – еще меньше. Содержание фтора в суперфосфате достигает 1-1,5, в аммофосе 3-5 %. В среднем с каждой тонной необходимого растениям фосфора на поля поступает около 160 кг фтора.

Однако важно понимать, что не сами минеральные удобрения как источники биогенных элементов загрязняют окружающую среду, а их сопутствующие компоненты.

Внесенные в почву растворимые фосфорные удобрения в значительной степени поглощаются почвой и становятся малодоступными растениям и не передвигаются по почвенному профилю. Установлено, что первая культура использует из фосфорных удобрений всего 10-30% Р2 О5, а остальное количество остается в почве и претерпевает всевозможные превращения. Например, в кислых почвах фосфор суперфосфата в большей части превращается в фосфаты железа и алюминия, а в черноземных и во всех карбонатных почвах – в нерастворимые фосфаты кальция. Систематическое и длительное применение фосфорных удобрений сопровождается постепенным окультуриванием почв.

Известно, что длительное применение больших доз фосфорных удобрений может привести к так называемому «зафосфачиванию», когда почва обогащается усвояемыми фосфатами и новые порции удобрений не оказывают эффекта. В этом случае избыток фосфора в почве может нарушить соотношение между питательными веществами и иногда снижает доступность растениям цинка и железа. Так, в условиях Краснодарского края на обыкновенных карбонатных черноземах при обыкновенном внесении Р2 О5 кукуруза неожиданно резко снижала урожайность. Приходилось изыскивать способы оптимизации элементного питания растений. Зафосфачивание почв является определенным этапом их окультуривания. Это результат неизбежного процесса накопления «остаточного» фосфора, когда удобрения вносятся в количестве, превышающем вынос фосфора с урожаем.

Как правило, этот «остаточный» фосфор удобрении отличается большей подвижностью, доступностью растениям, чем природные фосфаты почвы. При систематическом и длительном внесении этих удобрений необходимо изменять соотношения между питательными элементами с учетом их остаточного действия: дозу фосфора следует уменьшать, а дозу азотных удобрений увеличивать.

Калий удобрений , внесенный в почву, подобно фосфору, не остается в неизменном виде. Часть его находится в почвенном растворе, часть переходит в поглощено-обменное состояние, а часть превращается в необменную, малодоступную для растений форму. Накопление доступных форм калия в почве, а также превращение в недоступное состояние в результате длительного применения калийных удобрений зависит в основном от свойств почвы и погодных условий. Так, в черноземных почвах количество усвояемых форм калия под влиянием удобрения хотя и увеличивается, но в меньшей мере, чем на дерново-подзолистых почвах, так как в черноземах калий удобрений больше превращается в необменную форму. В зоне с большим количеством осадков и при поливном земледелии возможно вымывание калия удобрений за пределы корнеобитаемого слоя почвы.

В районах с недостаточным увлажнением, в условиях жаркого климата, где почвы периодически увлажняются и пересыхают, наблюдаются интенсивные процессы фиксации калия удобрений почвой. Под влиянием фиксации калий удобрений переходит в необменное, малодоступное растениям состояние. Большое значение на степень фиксации калия почвами имеет тип почвенных минералов, наличие минералов, обладающих высокой фиксирующей способностью. Таковыми являются глинные минералы. Большей способностью фиксировать калий удобрений обладают черноземы, чем дерново-подзолистые почвы.

Подщелачивание почвы, вызываемое внесением извести или естественными карбонатами, особенно содой, увеличивает фиксацию. Фиксация калия зависит от дозы удобрения: при повышении дозы вносимых удобрений процент фиксации калия уменьшается. В целях уменьшения фиксации почвами калия удобрений рекомендуется вносить калийные удобрения на достаточную глубину, чтобы исключить пересыхание и чаще вносить их в севообороте, так как почвы, систематически удобрявшиеся калием, при новом его добавлении фиксируют его слабее. Но и фиксированный калий удобрений, находящийся в необменном состоянии, также участвует в питании растений, так как со временем он может переходить в обменно-поглощенное состояние.

Азотные удобрения по взаимодействию с почвой значительно отличаются от фосфорных и калийных. Нитратные формы азота почвой не поглощаются, поэтому они легко могут вымываться атмосферными осадками и поливными водами.

Аммиачные формы азота поглощаются почвой, но после их нитрификации приобретают свойства нитратных удобрений. Частично аммиак может поглощаться почвой необменно. Необменный, фиксированный аммоний, растениям доступен в малой степени. Кроме этого, потеря азота удобрений из почвы возможна в результате улетучивания азота в свободной форме или в виде окислов азота. При внесении азотных удобрений резко изменяется содержание нитратов в почве, так как с удобрениями поступают наиболее легко усвояемые растениями соединения. Динамика нитратов в почве в большей мере характеризует ее плодородие.

Весьма важным свойством азотных удобрений, особенно аммиачных, является их способность мобилизации почвенных запасов, что имеет большое значение в зоне черноземных почв. Под влиянием азотных удобрений органические соединения почвы быстрее подвергаются минерализации, превращаются в легкодоступные для растений формы.

Некоторое количество питательных веществ, особенно азота в виде нитратов, хлоридов и сульфатов, может проникнуть в грунтовые воды и реки. Следствием этого является превышение норм содержания этих веществ в воде колодцев, родников, что может быть вредным для людей и животных, а также ведет к нежелательному изменению гидробиоценозов и наносит ущерб рыбному хозяйству. Миграция питательных веществ из почв в грунтовые воды в разных почвенно-климатических условиях проходит неодинаково. Кроме этого, она зависит от видов, форм, доз и сроков применяемых удобрений.

В почвах Краснодарского края с периодически промывным водным режимом нитраты обнаруживаются до глубины 10 м и более и смыкаются с грунтовыми водами. Это свидетельствует о периодической глубокой миграции нитратов и включении их в биохимический круговорот, начальными звеньями которого являются почва, материнская порода, грунтовые воды. Такая миграция нитратов может наблюдаться во влажные годы, когда для почв характерен промывной водный режим. Именно в эти годы возникает опасность нитратного загрязнения окружающей среды при внесении больших доз азотных удобрений под зиму. В годы с непромывным водным режимом поступление нитратов в грунтовые воды полностью прекращается, хотя остаточные следы соединений азота наблюдаются по всему профилю материнской породы до грунтовой воды. Их сохранности способствует низкая биологическая активность этой части коры выветривания.

В почвах с непромывным водным режимом (южные черноземы, каштановые) загрязнение биосферы нитратами исключается. Они остаются замкнутыми в почвенном профиле и полностью включаются в биологический круговорот.

Вредное потенциальное влияние азота, вносимого с удобрениями, может быть сведено к минимуму путем максимального использования азота сельскохозяйствен-ными культурами. Итак, нужно заботиться, чтобы при повышении доз азотных удобрений увеличивалась эффективность использования их азота растениями; не оставалось большого количества неиспользованных растениями нитратов, которые не удерживаются почвами и могут вымываться осадками из корнеобитаемого слоя.

Растения имеют свойство накапливать в своих организмах нитраты, содержащиеся в почве в избыточных количествах. Урожайность растений растет, но продукция оказывается отравленной. Особенно интенсивно аккумулируют нитраты овощные культуры, арбузы и дыни.

В России приняты ПДК нитратов растительного происхождения (таблица 3). Допустимая суточная доза (ДСД) для человека составляет 5 мг на 1 кг веса.

Таблица 3 – Допустимые уровни содержания нитратов в продуктах

растительного происхождения, мг/кг

Сами нитраты не оказывают токсичного действия, но под влиянием некоторых кишечных бактерий они могут переходить в нитриты, обладающие значительной токсичностью. Нитриты, соединяясь с гемоглобином крови, переводят его в метгемоглобин, который препятствует переносу кислорода по кровеносной системе; развивается заболевание – метгемоглобинемия, особенно опасное для детей. Симптомы заболевания: полуобморочное состояние, рвота, диарея.

Изыскиваются новые пути уменьшения потерь питательных веществ и ограничения загрязнения ими окружающей среды :

Для уменьшения потерь азота из удобрений рекомендуются медленнодействующие азотные удобрения и ингибиторы нитрификации, пленки, добавки; вводится капсулирование тонкозернистых удобрений оболочками серы, пластиков. Равномерное высвобождение азота из этих удобрений исключает накопление нитратов в почве.

Большое значение для окружающей среды имеет применение новых, высококонцентрированных, комплексных минеральных удобрений. Для них характерно то, что они лишены балластных веществ (хлориды, сульфаты) или содержат их незначительное количество.

Отдельные факты отрицательного влияния удобрений на окружающую среду связаны с ошибками в практике их применения, с недостаточно обоснованными способами, сроками, нормами их внесения без учета свойств почв.

Скрытое отрицательное действие удобрений может проявляться по влиянию его на почву, растения, окружающую среду. При составлении алгоритма расчета необходимо учитывать следующие процессы:

1. Влияние на растения – уменьшение подвижности других элементов в почве. В качестве путей устранения отрицательных последствий применяется регулирование эффективной растворимости и эффективной константы ионного обмена, за счет изменения рН, ионной силы, комплексообразования; внекорневая подкормка и внесение питательных элементов в прикорневую зону; регулирование избирательности растений.

2. Ухудшение физических свойств почв. В качестве путей устранения отрицательных последствий применяются прогноз и сбалансированность системы удобрений; используются структурообразователи для улучшения структуры почвы.

3. Ухудшение водных свойств почв. В качестве путей устранения отрицательного последствия применяются прогноз и сбалансированность системы удобрений; используются компоненты, улучшающие водный режим.

4. Уменьшение поступления веществ в растения, конкуренция за поглощение корнем, токсикация, изменение заряда корня и прикорневой зоны. В качестве путей устранения отрицательных последствий применяются сбалансированность системы удобрений; внекорневая подкормка растений.

5. Проявление несбалансированности в корневых системах, нарушение циклов метаболизма.

6. Появление несбалансированности в листьях, нарушение циклов метаболизма, ухудшение технологических и вкусовых качеств.

7. Токсикация микробиологической активности. В качестве путей устранения отрицательных последствий применяются сбалансированность системы удобрений; увеличение буферности почв; внесение источников питания для микроорганизмов.

8. Токсикация ферментативной активности.

9. Токсикация животного мира почвы. В качестве путей устранения отрицательных последствий применяются сбалансированность системы удобрений; увеличение буферности почв.

10. Уменьшение адаптации к вредителям и болезням, экстремальным условиям, в связи с перекормом. В качестве мер устранения отрицательных последствий рекомендуется оптимизация соотношения элементов питания; регулирование доз удобрений; интегрированная система защиты растений; применение внекорневой подкормки.

11. Потери гумуса, изменение его фракционного состава. Для устранения отрицательных последствий применяют внесение органических удобрений, создание структуры, оптимизация рН, регулирование водного режима, сбалансированность системы удобрений.

12. Ухудшение физико-химических свойств почв. Пути устранения – оптимизация системы удобрений, внесение мелиорантов, органических удобрений.

13. Ухудшение физико-механических свойств почв.

14. Ухудшение воздушного режима почвы. Для устранения отрицательного действия необходимо оптимизировать систему удобрений, вносить мелиоранты, создавать структуру почвы.

15. Почвоутомляемость. Необходимо сбалансировать систему удобрений, строго выполнять план севооборота.

16. Появление токсичных концентраций отдельных элементов. Для снижения отрицательного влияния необходима сбалансированность системы удобрений, увеличение буферности почв, осаждение и удаление отдельных элементов, комплексообразование.

17. Увеличение концентрации отдельных элементов в растениях выше допустимого уровня. Необходимо снижение норм удобрений, сбалансированность системы удобрений, внекорневая подкормка с целью конкуренции поступлению токсикантов в растения, внесение в почву антагонистов токсикантов.

Основными причинами появления скрытого отрицательного действия удобрений в почвах являются:

Несбалансированное применение различных удобрений;

Превышение применяемых доз по сравнению с буферной емкостью отдельных компонентов экосистемы;

Направленный подбор форм удобрений для отдельных типов почв, растений и условий среды;

Неправильные сроки внесения удобрений для конкретных почв и условий среды;

Внесение вместе с удобрениями и мелиорантами различных токсикантов и их постепенное накопление в почве выше допустимого уровня.

Таким образом, применение минеральных удобрений является фундаментальным преобразованием в сфере производства вообще и главное в земледелии, что позволяет коренным образом решать проблему продовольствия и сельскохозяйственного сырья. Без применения удобрений сейчас сельское хозяйство немыслимо.

При правильной организации и контроле применения минеральные удобрения не опасны для окружающей среды, здоровья человека и животных. Оптимальные научно-обоснованные дозы увеличивают урожайность растений и повышают количество продукции.

Заключение

С каждым годом агропромышленный комплекс все больше и больше прибегает к помощи современных технологий с целью увеличить продуктивность почвы и урожайность культур, не задумываясь при этом, какое влияние оказывают они на качество того или иного продукта, здоровье человека и окружающую среду в целом. В отличие от аграриев экологи и медики всего мира ставят под сомнение чрезмерное увлечение биохимическими новинками, которые буквально оккупировали рынок сегодня. Производители удобрений друг поперек дружки расписывают преимущества собственного изобретения, ни слова не упомянув о том, что неправильное или чрезмерное внесение удобрений может иметь пагубное влияние на почву.

Специалисты давно установили, что избыток удобрений приводит к нарушению экологического равновесия в биоценозах почв. Химические и минеральные удобрения, особенно нитраты и фосфаты, ухудшают качество пищевых продуктов, а также существенно влияют и на здоровье человека, и на стабильность агроценозов. Особое опасение у экологов вызывает то, что в процессе загрязнения почвы нарушаются биогеохимические циклы, что в последствие приводит к обострению общей экологической обстановки.

Список использованной литературы

1. Акимова Т. А., Хаскин В. В. Экология. Человек – Экономика – Биота – Среда. – М., 2001

2. Вальков В. Ф., Штомпель Ю. А., Тюльпанов В. И. Почвоведение (почвы Северного Кавказа). – Краснодар, 2002.

3. Голубев Г. Н. Геоэкология. – М, 1999.