«Тяжелый след»: подсчитана концентрация тяжелых металлов в почве после внесения агрохимикатов
Применение минеральных удобрений, несомненно, повышает урожайность, но чрезмерное использование агрохимикатов способно снизить плодородие верхних слоев почвы. Нерациональное применение пестицидов может привести к загрязнению воздуха, грунтовых вод, так как избыток составляющих такой продукции практически всегда со сточными водами попадает в природные водные источники.
Животноводство способствует загрязнению почвы соединениями меди и цинка
Исследования показывают, что опасные химические соединения накапливаются в первую очередь на интенсивно используемых пастбищах. На втором месте по их концентрации – обрабатываемые сельскохозяйственные угодья, которые регулярно обрабатываются от вредителей и патогенов, вызывающих заболевания растений.
Тяжелые металлы считаются опасными загрязнителями, которые накапливаются с годами и могут негативно отражаться, в том числе и на здоровье людей.
Национальная служба наблюдения за почвами Швейцарии (Nabo) провела исследование о том, какие тяжелые металлы чаще всего попадают в пахотные земли и какой концентрации они содержатся.
Начиная с 1985 года, различные земельные участки неоднократно обследовались на содержание солей тяжелых металлов. В настоящее время пробы грунта регулярно берутся на 112 участках, 78 из которых используются в сельском хозяйстве.
Исследователи Agroscope, подразделение федерального управления сельского хозяйства на основе полученных сведений от Nabo рассчитали концентрацию тяжелых металлов, в том числе меди, цинка и кадмия на каждом обследуемом участке. Полученные результаты затем сравнивались с данными фактических измерений, проведенных Nabo за несколько лет.
В отчете службы отмечается, что большая часть меди и цинка попадает в гумус с навозом. Потому что оба химических элемента являются незаменимыми микроэлементами для животных, которые используются в качестве кормовых добавок. Лишь только 5% от потребляемого количества меди и цинка усваивается организмом сельскохозяйственных животных. Остальное попадает в навоз, а затем в почву. Поэтому следует снизить дозы меди и цинка в кормах для животных. Тем самым можно предотвратить загрязнение сельхозугодий опасными химическими соединениями.
Согласно рекомендациям исследователей, чтобы избежать возможного накопления в почве большого количества навоза с фермы, количество животных должно быть адаптировано к площади пастбищ.
Высокое содержание меди в почве во время исследования было обнаружено в винограднике. Причиной этого может быть внесение слишком большого количества пестицидов. Значения явно превышают показатели на пахотных и участках пастбищ: с 1985 по 2017 год на землях под виноградниками было зафиксировано от 1400 до 2400 граммов меди на гектар в год, а на полях и лугах с высокой плотностью поголовья — до 400 граммов. По мнению исследователей, можно ожидать дальнейшего значительного увеличения содержания меди в верхнем слое почвы в винодельческих районах. Следовательно, количество средств защиты растений, содержащих медь, должно быть уменьшено.
За период наблюдений с 1985 по 2017 год, от 10 до 30% обследованных земельных участков показали увеличение до предельно допустимых значений содержание меди и цинка. При этом опасная концентрация вновь зафиксирована на земельных участках, где производится выпас скота, соответственно в почву попало много навоза. Произошло это за счет интенсификации животноводства, увеличения поголовья. В исследовании отмечается, что свиной навоз и птичий помет обычно богаче фосфатами, но также содержит в достаточной большой концентрации медь и цинк.
Еще один опасный элемент, кадмий, поступает в почву вместе с минеральными фосфорными удобрениями. В отличие от цинка и меди, доля участков с опасной концентрацией кадмия, стала меньше. Это связано, прежде всего, со снижением внесения минеральных удобрений и уменьшением атмосферных осадков. По мнению авторов исследования, фермерам необходимо знать состав микроэлементов пахотных земель, чтобы на участках, богатых кадмием, не вносить избыточное количество удобрений и регулярно исследовать навоз на содержание тяжелых металлов.
В Швейцарии существуют предельные значения концентраций тяжелых металлов во вспомогательном оборудовании сельского хозяйства и ориентировочные значения для почвы. Такая система оценки формирует более гибкий подход в выборе мер по очищению почвы от загрязнений.
Как уменьшить время «распада»
Чтобы избежать длительного загрязнения почвы опасными химическими соединениями, необходим их распад на нетоксичные компоненты. Установлено, что, например, ряд пестициды разлагаются под воздействием ультрафиолетового облучения, а опасные для окружающей среды соединения разрушаются в результате гидролиза. Но наиболее активно пестициды разлагаются микроорганизмами.
На продолжительность нахождения в почве агрохимикатов влияют несколько факторов. Самый существенный из них — содержание органики. Как правило, инсектициды дольше сохраняются в почвах с большим содержанием органических веществ.
Распад пестицидов в верхних слоях пахотных земель зависит от температуры окружающей среды и уровня влажности. Например, фосфорорганические препараты в сухой почве сохраняются дольше, чем во влажной. Уменьшению их остаточного количества способствует солнечный свет и ультрафиолетовое облучение почвы.
Устойчивость пестицидов в почве зависит также от применяемой агротехники и покровных культур. Безусловно, влияет и форма применения агрохимиката и способ внесения. Дольше всего не распадаются в гумусе гранулированные препараты.
Разложение фосфорорганических инсектицидов в значительной мере происходит в результате деятельности микроорганизмов. В почвах с дефицитом полезной микрофлоры их распад происходит значительно дольше.
По мнению авторов исследования, снижению «химической нагрузки» с плодородного слоя почвы поможет появление препаратов, которые разлагаются в короткий срок, например в течение одного сельскохозяйственного сезона и даже в более короткие сроки. Массовое внедрение биологических средств защиты растений, менее опасных для животных и человека, также будет способствовать уменьшению концентрации тяжелых металлов в почве.
Эксперты предупреждают об опасности развития механизма приспосабливаемости патогенных микроорганизмов к ядохимикатам. Иногда при небольших дозах препарата, внутренние структуры клеток опасных штаммов либо возбудителей болезней перестают реагировать на агрохимикат. И он просто перестает действовать. Мало того, в почве патогенные микроорганизмы обретают способность извлекать из состава предназначенных для их уничтожения пестицидов необходимые химические элементы. Вследствие этого и без того ядовитые химикаты становятся еще более токсичными и даже мутагенными, только уже не для патогенов, а для растений и человека.
Елена Горшкова
При подготовке статьи использованы данные издания Bauern Zeitung.
Источник
Чем опасна «химия» для почв?
О вреде пестицидов, чрезмерном использовании химии, вреде на почву и производимую продукцию написано и сказано многое. Но фермеры все же продолжают использовать пестициды и химикаты. О том, как минимизировать вред от их использования и чем они опасны, рассказала корреспонденту «КазахЗерно.kz» кандидат сельскохозяйственных наук, заведующая отделом разработки новых технологий ТОО «Казахский Научно-исследовательский институт почвоведения и агрохимии им. У. Успанова» Людмила Колесникова.
— В Казахстане уже не первый год ведется активная работа с фермерами по вопросам использования вместо ядохимикатов биопрепаратов. Однако, далеко не все фермеры перешли или собираются переходить на биопрепараты и пользуются традиционными химическими удобрениями и ядохимикатами. Расскажите, как использование химии влияет на почву? В чем опасность?
— Применение минеральных удобрений, несомненно повышает урожайность, но неумеренное использование может привести к снижению плодородности, усилению вреда после воздействия пестицидов, загрязнению земли и воздуха, выбросу парниковых газов, при этом наносится вред окружающей среде и здоровью человека. Использование химических препаратов может иметь неблагоприятные последствия для рек и водоемов, так как избыток составляющих такой продукции практически всегда со сточными водами попадает в природные водные источники.
Нитраты, которые являются компонентами удобрений (натриевая, кальциевая, калиевая и аммиачная селитра) в окружающей среде могут синтезировать нитрозосоединения. Большинство из них имеют мутагенные и канцерогенные свойства. При большом содержании нитратов в зеленой массе растений нитрозосоединения могут синтезироваться и попадать в почву с органикой. Они являются сильными химическими канцерогенами. Некоторые нитроз соединения проникают в организм плода при беременности.
— Значительную роль в загрязнении почвы играют фосфатные удобрения…
— Фосфаты малоподвижны, только 2% их вымывается из пахотного слоя. Поэтому при чрезмерном применении фосфатных удобрений они накапливаются в почве в таком количестве, которое способно тормозить процессы ее самоочищения.
— Как ведут себя минеральные удобрения?
— Минеральные удобрения содержат соли и другие соединения, не поглощающиеся растениями, а накапливающиеся в грунте. Эти соединения могут изменять химический состав почвы, нарушая баланс, который потом приходится восстанавливать. Минеральные вещества перемещаются в земле при помощи влаги, причем в легких песчаных почвах их движение быстрее, чем в тяжелых. При недостаточном увлажнении, усваиваемость удобрений растениями снижается. В почвах может происходить более 30 различных химических реакций и процессов. Часть из них имеет общий характер для всех почв, часть присуща только отдельным почвенным типам.
Из-за снижения доли органики, химические удобрения могут стать причиной окисления почвы.
Постоянное употребление минеральных препаратов приводит к истощению запасов основных питательных веществ в земле. В результате плоды, выращенные на этих почвах, имеют меньшее содержание витаминов и минералов.
— И все же, какие основные негативные эффекты возникают из-за применения большого количества минеральных удобрений?
— Основные негативные эффекты, возникающие при применении минеральных удобрений: загрязнение верхних слоев почвы потенциально опасными тяжелыми металлами, галогенами, радионуклидами и тому подобное; изменение кислотно-основных свойств почвы при применении минеральных удобрений; влияние на биологическую активность почвы; активизация процессов миграции токсичных и биогенных элементов в горизонтальном и вертикальном направлениях. Изменения, происходящие в почве, вызывают определенные нарушения в смежных компонентах агроэкосистемы. Через почву минеральные удобрения косвенно влияют на физиологические процессы в растениях, становится причиной ухудшения их гигиенического качества.
— А что можете сказать про пестициды и средства борьбы с сорняками и вредителями?
— Сорняки и вредители наносят огромный вред сельскому хозяйству, ежегодные потери во всем мире от сорняков и вредителей составляют 34 %. Они снижают качество продукции, а в отдельных случаях могут полностью уничтожить урожай.
Пестициды также наиболее часто применяемые и агрессивные препараты. А переход все большего числа фермеров на систему no-till (нулевая обработка земли, без вспашки) количество применения ядохимикатов при возделывании сельскохозяйственных культур будет расти.
Почва — это сложная, комплексная система, включающая в себя не только неживые компоненты, но и различные органические, минеральные, химические вещества и живые микроорганизмы. В состав живой фазы почвы входят разнообразные микроорганизмы (бактерии, грибы, актиномицеты, водоросли), почвенная микро- и мезофауна (простейшие, насекомые, черви и т. д.), корневые системы зеленых растений, которые помимо всего прочего служат важнейшим фактором почвообразования. По сути, почва живой организм.
Уничтожение вредителей разрушает сложные экологические системы и способствует гибели многих животных. Некоторые ядохимикаты постепенно накапливаются по трофическим цепям и, поступая с продуктами питания в организм человека, могут вызывать опасные заболевания. Некоторые биоциды воздействуют на генетический аппарат сильнее, чем радиация.
Попадая в почву, пестициды растворяются в почвенной влаге и переносятся с ней вниз по профилю. Длительность нахождения пестицидов в почве зависит от их состава. Стойкие соединения сохраняются до 10 лет и более.
Мигрируя с природными водами и переносясь ветром, стойкие пестициды распространяются на большие расстояния. Известно, что ничтожные следы пестицидов были обнаружены в атмосферных осадках на просторах океанов, на поверхности ледниковых щитов Гренландии и Антарктиды. В 1972 на территории Швеции с атмосферными осадками выпало ДДТ больше, чем производилось этой стране.
— Как много времени требуется, чтобы после химических препаратов восстановить плодородность почв? Убрать негативный эффект от использования химии? И что необходимо делать?
— Охрана почв от загрязнения пестицидами предусматривает создание возможно менее токсичных и менее стойких соединений. Разрабатываются приемы уменьшения доз без снижения их эффективности. Очень важно сокращение авиационного распыления за счет наземного, а также применение строго выборочной обработки.
Несмотря на принимаемые меры, при обработке полей пестицидами лишь незначительная их часть достигает объекта воздействия. Большая часть накапливается в почвенном покрове и природных водах. Важная задача – ускорить разложение ядохимикатов, распад их на нетоксичные компоненты. Установлено, что многие пестициды разлагаются под воздействием ультрафиолетового облучения, некоторые ядовитые соединения разрушаются в результате гидролиза, однако наиболее активно пестициды разлагаются микроорганизмами.
На продолжительность нахождения ядохимикатов влияют несколько факторов в частности это содержание органики. Как правило, инсектициды дольше сохраняются в почвах с большим содержанием органических веществ.
Значительное влияние на разложение пестицидов в почве оказывают температура и влажность. Так, линдан быстрее разлагается в сухой почве, чем во влажной, тогда как алдрин дольше удерживается в сухой почве. Фосфороргаиические препараты в сухой почве сохраняются дольше, чем во влажной.
Уменьшению их остаточных количеств способствует солнечный свет и ультрафиолетовое облучение почвы.
Устойчивость пестицидов в почве зависит также от применяемой агротехники и покровных культур.
Существенное влияние на устойчивость пестицидов в почве оказывают способ внесения и форма применения препарата. Дольше сохраняются в почве гранулированные препараты.
Разложение фосфорорганических инсектицидов в значительной мере происходит в результате деятельности микроорганизмов почвы. В почвах, бедных микроорганизмами, они сохраняются значительно дольше. Аналогичное явление установлено в отношении ДДТ.
Установлено, что многие пестициды разлагаются под воздействием ультрафиолетового облучения, некоторые ядовитые соединения разрушаются в результате гидролиза.
Пестициды действительно опасны для биосферы, однако, и это следует подчеркнуть специально, хотя они и относятся к веществам, наиболее загрязняющим окружающую человека природную среду, их «лидирующее» положение является временным. Разработка более «короткоживущих» препаратов, полностью распадающихся в течение сезона и даже в более короткие сроки, а также веществ, менее токсичных для человека и теплокровных животных, и, наконец, все более и более широкое использование биологических средств защиты растений с неизбежностью «отодвинут» пестициды на более низкий уровень в ранжированном по степени опасности ряду загрязнителей.
— Почему химические препараты становятся менее действенными?
— Главная причина все большего распространения всевозможных заболеваний растений, состоит в том, что вызывающие эти болезни патогенные микроорганизмы и грибы обладают способностью приспосабливаться к неблагоприятным внешним факторам, в том числе и к химикатам. Доказано, что чем выше уровень развития вредителя, тем более развит и гибок механизм его приспосабливаемости и выживания. На верхней ступени эволюции микроорганизмов находятся грибы. Именно этот класс вредителей причиняет растениям особо большие неприятности.
Механизм приспосабливаемости патогенных микроорганизмов к ядохимикатам различен. В каких-то случаях, особенно при малых дозах яда, идут постепенные изменения внутренней структуры клеток вредителя, вследствие которых яд на них просто перестает действовать. Более того, как показали последние очень серьезные и кропотливые научные исследования, в почве патогенные микроорганизмы обретают способность извлекать из состава предназначенных для их уничтожения пестицидов необходимые химические элементы. После этого и без того ядовитые химикаты становятся еще более токсичными и даже мутагенными, только уже не для патогенов, а для растений и человека.
— Чем отличается работа биопрепаратами и химическими? Сколько лет нужно пользоваться только биопрепаратами, чтобы увидеть результат?
— Биопрепараты повышают иммунитет растений, и они растут крепкими и здоровыми. Наши ученые разработали технологию производства весьма дешевого по себестоимости и высокоэффективного жидкого удобрения «БиоЭкогум». Применение его позволяет не только повысить урожай зерновых, овощных и кормовых культур, но и получить экологически чистую продукцию. Причем затраты на его применение крайне низкие, а эффективность в повышении урожайности вышеперечисленных культур — высокая.
Замачивание семян зерновых культур позволяет повысить урожай зерна этих культур на 7-30 %, а одно- и двукратное опрыскивание растений картофеля, кукурузы, овощных и зерновых культур повышало урожай этих культур на 7-20 и более процентов. Причем в большинстве случаев применение «БиоЭкогум» при опрыскивании растений различных сельскохозяйственных культур и применения половинной дозы минеральных удобрений дает такую же прибавку урожая, как и в случае применения одних минеральных удобрений, если они применяются в полной норме. Результаты многочисленных исследований и производственные испытания «БиоЭкогум» в сельскохозяйственных предприятиях показали следующее.
Во-первых, этот препарат дает сравнительно высокую прибавку урожая сельскохозяйственных культур, под которые он применялся в крайне малых дозах.
Во-вторых, себестоимость этого биологического препарата является самой низкой из всех применяемых биопрепаратов органического происхождения, а доход от его применения в виде прибавки урожая получается самым высоким на единицу денежных затрат.
В-третьих, применение этого препарата в сельском хозяйстве позволяет возможность получать экологически чистые продукты питания для человека и корма для животных. Более того, сам препарат не причиняет вреда ни фауне, ни флоре.
— Можно ли бесконтрольно использовать биопрепараты (превышать дозировки, не соблюдать сроки и тд) и чем это чревато и для растений и для почв?
— Биопрепараты работают с высокой эффективностью. Отрицательный эффект при превышении дозировки невозможен. Биопрепараты не только полезны, но и безопасны для человека и окружающей среды. Это же касается сроков обработки, потому что биопрепараты в основном направлены на профилактику болезней и вредителей. И рекомендованные сроки учитывают периоды наиболее эффективного применения биопрепаратов с учетом биологии сорных растений, возбудителей болезней и вредителей. То есть их активности и уязвимости.
Биоудобрения действуют в трех направлениях: оздоровление почвы, перевод элементов питания из недоступных форм в доступные, питание растений и стимуляция их роста и развития. Рекомендуемые сроки обработки сроки обработки, также учитывают особенности растений. Для зерновых, например, рекомендуется обработка семян, что увеличивает процент взошедших семян и силу роста. Следующая обработка рекомендуется в период закладки вегетативных и генеративных органов (закладка колосков и закладка цветков), то есть в фазу кущения и выхода в трубку. Далее следует период не менее важный — колошение и налив зерна. В этот период растение также необходимо обеспечить питательными веществами, так как при их недостатке происходит отмирание боковых побегов, отмирание нижних листьев и продуктивность фотосинтеза снижается. А все эти факторы влияют на урожайность.
— Почему часть фермеров все еще пользуется химическими препаратами и на рынке их становится все больше?
— Недостаток информации, ограниченный ассортимент и высокая стоимость импортных биопрепаратов.
Южные регионы уже оценили преимущества биопрепаратов, прекрасные результаты были получены на хлопке. Нашим НИИ в Шымкенте был открыт завод по производству биоминеральных удобрений и жидких гуминовых удобрений.
Сейчас мы разработали линейку гуминовых удобрений с учетом требований различных культур.
И все же, использовать ли органические или химически удобрения – решает каждый фермер для себя сам. Однако, спрос на органическую продукцию в мире растет с каждым днем. Европейские фермеры уже отказались от использования химических препаратов. Возможно, скоро и у нас все большее число аграриев станет более осознанно относиться к выбору препаратов.
Источник