экологические проблемы в агрохимии

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ В АГРОХИМИИ
План занятия:
1. Экологические проблемы в агрохимии.
1. Экологические проблемы в агрохимии.
Отмечая исключительно важную роль средств химизации в увеличении производства продуктов
питания для человека и кормов для животных, улучшения качества продукции, повышения
рентабельности сельскохозяйственного производства, нельзя не отметить, что они же при неправильном
использовании могут оказывать негативное воздействие на урожай и окружающую среду. Мероприятия
по охране окружающей среды включают в себя широкий круг вопросов по рациональному
использованию земли, минеральных и органических удобрений, других средств химизации; борьбе с
загрязнением почвы, воды и атмосферы; использованию растениями азота почвы и удобрений,
установлению размеров иммобилизации, фиксации и минерализации азота в почве, определению видов
потерь и имеют важное агрохимическое и экологическое значение.
Биогенные элементы удобрений вызывают эвтрофикацию водных объектов. Максимальный
эффект имеет место при совместном поступлении азота и фосфора.
Из климатических факторов наибольшее влияние на вымывание нитратов оказывает количество,
периодичность и интенсивность атмосферных осадков. Потери азота от вымывания за счет фильтрации
таких вод могут достигнуть 0,8-1,0 г/м2. Экспериментальные данные свидетельствуют о тесной связи
между нормами внесения азотных удобрений и размерами вымывания азота: при внесении N60, N120 и
N180 на серой лесной почве культурами севооборота усваивалось 59, 45 и 34% азота, а остальной
терялся; на чернозёмах выщелоченных на коэффициенты использования элементов питания из
удобрений существенно влияют виды, формы удобрений, увлажненность года, предшественники,
способы внесения удобрений, потери воды, предшествующая удобренность полей, особенно в
последействии.
Независимо от форм, азот почвы или внесенный с удобрениями превращается в азотную кислоту.
Кроме того, азотсодержащие удобрения усиливают мобилизацию почвенного азота. В условиях
непромывного режима, в нижней половине метрового слоя почвы накапливается от десятых долей до
тонны и более азотной кислоты; в силу азотно-кислотного и смешанного азотно-сернокислотного
разложения неподвижные формы фосфора почвы (апатиты, фосфориты и т. п.) приобретают активность,
особенно при массе подвижного фосфора 40 мг/кг щелочной или нейтральной почвы. Нетрудно
представить, что происходит с полурастворимыми и растворимыми формами фосфорных удобрений;
следствием усиления подвижности азота и фосфора является увеличение содержания калия в
почвенном растворе. Повышенное содержание элементов питания приводит к нарушению метаболизма,
фотосинтеза, блокировке усвоения растениями магния, вымыванию в грунтовые воды.
Загрязнение грунтовых вод нитратами носит не повсеместный, а локальный характер. Чаще оно
приурочено к районам интенсивного сельскохозяйственного производства, где вносят N120 и больше.
Существенное влияние на формирование пищевого режима почв оказывают приход азота,
фосфора, калия, других соединений и элементов с атмосферными осадками. По нашим многолетним
наблюдениям, на каждый гектар угодий Ставропольского края с атмосферными осадками выпадает:
азота 8,56 кг/га, в том числе нитратного 1,23; фосфора — 0,15; калия — 4,17 кг/га. Попросту говоря,
речь идет о так называемых «щелочных», «кислотных» дождях. Это приводит к загрязнению
окружающей среды, накоплению в продуктах растениеводства и животноводства азота, фосфора и
калия выше ПДК; снижению урожайности и качества растений; заболеванию и гибели животных.
Нитраты — естественный компонент пищевых продуктов растительного происхождения, однако
в больших количествах они не безвредны для организма человека и животных. Если в растениях
обнаружено повышенное содержание азота, проводят мероприятия по оптимизации геохимической
пищевой цепи, направленные на снижение концентрации нитратов в пастбищном травостое, полевых
кормах и овощных сельскохозяйственных культурах, используемых в качестве корма или пищи. Они
осуществляются:
На уровне почвы:
- организация научно обоснованной системы удобрений сельскохозяйственных культур в
севооборотах;
- применение азотных и азотсодержащих удобрений с ингибиторами нитрификации и медленно
действующих сложных полимерных удобрений, полученных на основе мочевинно-формальдегидных
соединений и аммофоса. Последнее способствует снижению накопления нитратов в капустных (овощи,
рапс), зеленой массе кукурузы по сравнению со смесью мочевины, фосфора, калия;
-нормы удобрений устанавливать только расчетными методами и осуществлять внесение только
в соответствии с результатами почвенной диагностики;
-применение органических удобрений ограничить: для неорошаемых условий - 20 т/га, для
орошаемых - 40 т/га;
-исключать во всех влагообеспеченных зонах и при орошении из севооборотов межкультурные
периоды в виде чистого пара, зяби, заменив их посевами различных промежуточных культур;
-ограниченный режим применения азотных и азотсодержащих минеральных удобрений,
независимо от форм.
На уровне растения:
-осуществлять систематический контроль за содержанием нитрито-нитратов в течение всего
вегетационного периода, используя методику Магницкого, Церлинг и другие экспресс-методы;
-при установлении избыточного содержания нитрато-нитритов в растениях приступать к
обработке посевов смесями макро- и микроэлементов - молибденом, кобальтом, магнием, железом,
медью, марганцем, цинком в виде 0,02% водного раствора.
-действие микроэлементов на второй укос не распространяется. При формировании урожая
второго укоса люцерна накапливает нитратов до 345 мг/кг зеленой массы, хотя и выше ПДК, но
значительно меньше, чем при формировании первого укоса, и требуется повторная обработка
микроэлементами;
-на полях, неблагополучных по содержанию нитратов в почве, нельзя высевать семена без
предварительной обработки их смесями названных выше макро- и микроэлементов в виде инкрустации
с использованием в качестве плёнкообразователя ПВС (полихлорвиниловый спирт);
-на старовозрастных посевах люцерны при орошении, как крайняя мера борьбы с избыточным
накоплением нитратов в растениях, рекомендуется глубокое подрезание корневой системы
глубокорыхлителями - плоскорезами с немедленным обильным поливом.
Необходимо при агрохимических обследованиях значительно расширить число показателей и,
кроме NPK, гумуса, рН, включить исследования по определению суммы поглощенных оснований,
емкость поглощения почвы, содержание серы, магния, кальция, основных микроэлементов. Как
интенсивная химизация земледелия, так и полное отсутствие ее приводят к быстрому изменению
свойств почвы, которые следует оперативно учитывать с тем, чтобы не допустить негативных явлений,
связанных с применением или неприменением удобрений и других средств химизации.
Это значит, что необходим высокий уровень плодородия почв. И само производство должно
точно соответствовать растениеводческим параметрам технологии. Это возможно только в том случае,
когда требования технологии и возможности хозяйства сбалансированы. Поэтому проблема нитратов комплексная, решать ее следует системными методами.
Влияние загрязнения атмосферы на озоновый экран планеты изучается в последнее время
интенсивно. Существующая технология производства азотных удобрений и их применение с низким
коэффициентом использования, по мнению Всемирной метеорологической организации, могут
привести к заметному увеличению окислов азота в атмосфере и отрицательно сказаться на озоновом
слое. Однако этот ничтожный ущерб ни в какое сравнение не идет с пользой, полученной от удобрений.
Несмотря на мнение и доводы международных организаций о слабом воздействии на озоновый слой
высоких темпов применения удобрений в сельском хозяйстве, с точки зрения долговременных
последствий, а также недостаточности наших знаний в этой области, они заслуживают внимания и
глубокого изучения.
Сравнительно меньшую угрозу представляют фосфорные удобрения. Фосфат-ион малотоксичен
для человека и животных. Тем не менее, значительное количество фосфатов попадает в водоемы.
Специфическая особенность фосфорных удобрений заключается в том, что применение их в больших
дозах приводит к нежелательному накоплению в почве стабильного стронция, фтора, естественных
радиоактивных соединений урана, радия, тория. Известно также, что систематическое применение
высоких доз фосфатов, без учета содержания подвижного фосфора в почве, приводит к
зафосфачиванию почвы и снижению продуктивности сельскохозяйственных культур. Это «тяжелое»
засоление почвы, связанное с систематическим применением высоких доз фосфорных удобрений.
Оптимальным для многих полевых культур считается содержание в почве подвижного фосфора 25—
35 мг/кг почвы.
Предлагаемые мероприятия на зафосфаченных почвах сводятся к следующему: систематическое
применение органических удобрений, возделывание в течение ряда лет технических культур,
устойчивых к повышенному содержанию в почве фосфора и обеспечивающих значительный вынос
этого элемента с урожаем; применение цинка для предпосевного обогащения семян, некорневых
подкормок в период вегетации.
Калий из внесенных удобрений, в отличие от азота, подвержен меньшей миграции. Однако
вымывание его с внутрипочвенной водой на некоторых типах почв достигает 21-30 мг/кг, максимальная
относительная величина вымывания калия удобрений от внесенной дозы – 21-65%. Вместе с калийными
удобрениями в почву вносится значительное количество хлора. Последний, проникая в грунтовые
воды и водоемы, может вызвать ряд нежелательных последствий. При внесении высоких норм
калийных удобрений происходят существенные изменения в минеральном составе растений:
содержание его увеличивается в растениях до 4,9-6,0 при ПДК - 2,5-3,0%.
Из катионов — кальций занимает важное место в загрязнении грунтовых и поверхностных вод.
Имеются многочисленные данные об усиленном вымывании кальция, особенно в условиях
интенсивного применения удобрений. В результате вымывания теряется также большое количество
магния, серы, микроэлементов. Магния из почвы вымывается примерно в 10 раз меньше, чем кальция. В
связи с большими потерями щелочноземельных катионов в практике земледелия встает вопрос о
необходимости обеспечения их бездефицитного или даже положительного баланса.
Серьезным источником загрязнения грунтовых и поверхностных вод является сера. Круговорот
ее сходен с азотом, поскольку процессы нитрификации и сульфофикации протекают обычно
параллельно. Образующиеся при этом сульфаты легко вымываются в дренажные и грунтовые воды.
Вымывание сульфатов в грунтовые воды на нейтральных почвах может достигать 200—300 кг/га.
Наибольшее вымывание серы отмечается при внесении суперфосфата. Загрязнение природных вод
серой во много раз превышает концентрации азота и создает серьезную проблему в питании растений и
качестве водных источников.
В последние годы все больше внимания уделяется защите окружающей среды от загрязнения
металлами, микроэлементами Zn, Мn, Со и др. и токсичными (кадмий, ртуть, свинец). Принятые ПДК
тяжелых металлов в почве составляют (мг/кг): медь, хром - 100, цинк - 300-500, кобальт - 50, свинец 100-200, кадмий -3-50, ртуть - 2.
Определение порогов допустимой «загрузки» экосистем удобрениями и их влияние на функции и
процесс развития растений в экосистемах представляет исключительный интерес для теории и практики
азотного питания. Надо определенно заметить - предупреждать загрязнение можно только в период
вегетации растений. Борьба с NО3- в готовой продукции только одна - утилизация на удобрения,
приготовление удобрительных компостов. Следовательно, решить эту проблему можно только в ходе
почвенно-агрохимико-экологического мониторинга.
Эрозия почв — широко распространенное явление разрушения или даже ликвидации почвенного
покрова. Она имеет место в естественных условиях, а также вследствие неправильной деятельности
человека, чрезмерной и неправильной распашки территории, без учета рельефа местности;
неумеренного сведения лесов, интенсивного и бесконтрольного) выпаса скота; нарушения или
невыполнения комплекса противоэрозийных агротехнических мероприятий. Нарушение технологии
возделывания сельскохозяйственных культур приводит к потерям питательных веществ не только
удобрений, но и почв в результате смыва, развития водной и ветровой эрозии. Эрозия почв является
серьезной проблемой современного земледелия практически во всех странах мира. Губительное
действие пыльных бурь хорошо известно из практики земледелия Кубани, Ставрополья, ЦентральноЧерноземного района, Поволжья и других районов. На Кубани ветровой эрозии подвержено 50%
площади сельскохозяйственных угодий.
Таким образом, в связи с негативным влиянием антропогенных факторов на окружающую среду,
вопросы рационального и сбалансированного применения минеральных удобрений приобретают
особую актуальность.
Систематическая минимальная обработка черноземов на фоне органо-минеральной системы
удобрений и при положительном балансе питательных веществ в севообороте со временем
обеспечивает, подобно залежи и целине, существенное накопление гумуса в верхних, наиболее важных
с агрохимической точки зрения, слоях почвы и заметно активизирует его лабильную часть.
Расширенное воспроизводство плодородия черноземов в интенсивном земледелии должно
осуществляться, прежде всего, в направлении восстановления на поверхности богатого органическим
веществом мульчслоя, состоящего из растительных остатков различной степени гумификации.
Нетрадиционные обработки почвы с максимальным обогащением ее верхних слоев органическим
веществом за счет растительных остатков и органических удобрений получают широкое
распространение во всех странах и на различных континентах. Главное — не выйти за пределы
регламента с учетом того, что в первый год из органических удобрений используется 25%
содержащегося азота; обеспечить внесение их только навозоразбрасывателями.
Таким образом, альтернативы агрохимии в современном и будущем земледелии просто нет.
Поэтому разработка различных агроприемов с целью установления их роли в аккумуляции нитратов в
растениях бесперспективна. Затраты на проведение этих работ не окупятся, так как ни в одном опыте не
обнаруживается избыточное содержание NО3-, если не задаться специальной целью. Задача заключается
в совершенствовании предложенных регламентов, выбора по ним полей для производства экологически
чистой продукции.
Экологически чистая технология отдельной культуры не имеет смысла, она должна быть
элементом целой биологической системы ведения хозяйства, включающей в себя систему
природоохранных мероприятий по всей территории региона, систематический контроль за качеством
выращиваемой культуры до уборки урожая.