Экологические аспекты применения фосфорных удобрений.
Повышение концентрации фосфора в водоёмах вызывает их эвтрофикацию. Фосфор слабо передвигается по профилю почвы и практически не вымывается в грунтовые воды, поэтому может попадать в водоёмы либо в результате потерь удобрений при хранении и транспортировке, либо при их неграмотном применении на эрозионно-опасных участках. Если же технологии хранения, транспортировки и внесения не нарушаются, загрязнение водоёмов фосфором маловероятно.
В составе фосфорных удобрений содержатся примеси фтора и тяжёлых металлов (кадмия, стронция, свинца, меди, цинка и т.д.), так как удобрения в определённой степени наследуют химический состав природных руд. Применение фосфорных удобрений приводит к постепенному накоплению фтора и тяжёлых металлов в почвах. Однако учёными доказано, что содержание токсичных веществ при этом растёт очень медленно и может превысить ПДК только в результате использования рекомендуемых доз фосфорных удобрений в течение нескольких десятков, а то и сотен лет. Вместе с тем, примеси токсикантов представляют потенциальную опасность для окружающей среды и их следует строго учитывать при внесении фосфорных удобрений. В будущем проблему примесей необходимо решать путём совершенствования технологии переработки фосфатного сырья.
Роль калия в жизни растений. Содержание и формы калия в почвах. Превращения калия в почвах. Содержание подвижного калия как показатель, характеризующий обеспеченность почв калием.
Калий в растениях.В отличие от азота и фосфора калий не входит в состав органических соединений, находится в растениях только в ионной форме (К+). Около 80 % калия содержится в клеточном соке, а остальные 20 % обменно адсорбируются коллоидами цитоплазмы.
Калий совместно с другими катионами регулирует физико-химическое состояние коллоидов протоплазмы, при этом повышает их гидрофильность. Поэтому способствует поступлению воды в клетку, повышает тургор, осмотическое давление и водоудерживающую способность растений. Только при оптимальном калийном питании обеспечивается нормальная жизнедеятельность биоколлоидов, необходимая для протекания всех процессов обмена веществ в клетке.
Калий активирует многие ферментные системы. Необходим для включения фосфора в органические соединения. Участвует в углеводном обмене: стимулирует процесс фотосинтеза, ускоряет передвижение углеводов из листьев в другие органы, усиливает синтез ди- и полисахаридов.
Калий играет важную роль в белковом обмене, особенно при питании растений аммонийным азотом: активизирует работу ферментов, участвующих в синтезе белков, тем самым способствует образованию белков из аминокислот, снижая в то же время содержание в растениях минеральных и низкомолекулярных органических соединений азота.
Содержание калия (К2О) в растениях и вынос урожаями сельскохозяйственных культур. Содержание в среднем составляет около 1 % на сухое вещество, варьируя от 0,5 до 5 % в зависимости от биологических особенностей растений, их органов и условий калийного питания.
Пропашные и овощные культуры (картофель, корнеплоды и т.д.) калиелюбивые, так как потребляют значительно больше калия на единицу сухого вещества, чем зерновые хлеба и многолетние травы. Например, зерновые характеризуются практически одинаковым содержанием азота и калия, в то время как в пропашных и овощных калия содержится примерно в 1,5 раза больше, чем азота.
Более высокая концентрация калия свойственна молодым жизнедеятельным органам растений, в которых интенсивно протекают процессы обмена веществ и деления клеток. Однако, в отличие от азота и фосфора, калия больше в вегетативных органах, чем в репродуктивных. Так, зерно злаковых культур содержит 0,5-0,6 % К2О, а солома – 0,8-1,5 %
Содержание калия в растениях зависит и от содержания его доступных форм в почве, повышаясь по мере улучшения условий питания.
Вынос калия с урожаями зависит от биологических особенностей культур. При средней урожайности зерновые культуры и многолетние травы выносят 40-90 кг/га калия, пропашные и овощные – 150-300 кг/га.
Динамика потребления калия во время вегетации. Критический период в потреблении калия растениями – первые 15 дней после всходов. Периоды максимального потребления отмечаются в разные фазы роста и развития: у зерновых – выхода в трубку и колошения, льна – во время цветения, хлопчатника – в период цветения и формирования волокна.
Признаки недостатка и избытка калия для растений. Калий реутилизируется, поэтому признаки его недостатка в первую очередь обнаруживаются на нижних листьях, края которых преждевременно желтеют, затем приобретают бурую окраску и отмирают («краевой ожог» листьев).
При избытке калия на листьях между жилками появляются бледные мозаичные пятна, которые со временем буреют. Затем листья опадают.
Калий в почвах. Содержание и запасы калия в почвах. Общее содержание варьирует от 0,01 до 3 % К2О, то есть калия, как правило, больше, чем азота и фосфора вместе взятых. Практически весь калий почв представлен минеральными соединениями. Соответственно, минимальное содержание калия характерно для торфяных почв – 0,01-0,05 % .
Содержание калия зависит в основном от гранулометрического и минералогического состава почв. Калийсодержащие минералы большей частью формируют мелкодисперсные фракции почвы. Поэтому мало содержат калия (до 1-1,2 %) песчаные и супесчаные разновидности. Суглинистые и глинистые почвы чаще всего содержат 2-2,5 % К2О.
Общий запас калия только в пахотном слое почв на 1 га огромен, может достигать 90 т . Кроме того, значительные его количества находятся в подпахотных горизонтах, содержащих обычно примерно столько же калия, как и пахотный слой.
Формы калия в почвах и его превращения. По доступности растениям выделяется 5 групп соединений калия в почвах:
1) Калий алюмосиликатов – входит в состав кристаллической решётки минералов – полевых шпатов (ортоклаз и др.), слюд (мусковит и т.д.), пироксенов, гидрослюд и т.д. Непосредственно растениями не усваивается, но в процессе выветривания минералов под влиянием воды, растворённых в ней кислот, в результате колебаний температуры и деятельности микроорганизмов может переходить в доступные соединения. В этой форме содержится основное количество калия – не менее 91 % от общего содержания его в почве;
2) Необменный калий – фиксирован в межпакетных пространствах трёхслойных глинистых минералов. Малодоступен для растений. В этой форме находится значительное количество калия – до 9 % общего содержания;
3) Обменный калий – поглощён ППК. Может переходить в почвенный раствор при обменных реакциях, поэтому является главным источником питания растений. Содержание его составляет 0,5-3 % от общего;
4) Водорастворимый калий – находится в почвенном растворе в виде солей минеральных и органических кислот. Легко усваивается растениями. Содержание незначительное – порядка 10-20 % от обменного калия. Между водорастворимым и обменным калием существует динамическое равновесие. Если содержание водорастворимой формы снижается вследствие потребления растениями, то количество её пополняется за счёт обменного калия;
5) Органический калий – входит в состав пожнивно-корневых остатков и плазмы микроорганизмов. Становится доступным после их минерализации. Органического калия в почвах очень мало – до 0,05 % от общего содержания.
Превращения калия – противоположно направленные процессы.
С одной стороны, недоступные для растений калий алюмосиликатов, а также необменный и органический постепенно переходят в водорастворимое и обменное состояние. Так, при выветривании минералов в дерново-подзолистых почвах ежегодно образуется 15-30 кг/га доступных соединений калия.
С другой стороны, водорастворимый и обменный могут потребляться микроорганизмами или подвергаться необменному поглощению, то есть переходить в недоступные растениям формы. Значительная часть калия удобрений может закрепляться в почве в результате необменной фиксации.
Содержание подвижного калия в почвах. Подвижный калий – это сумма водорастворимой и обменной форм. Содержание его принято определять в тех же вытяжках, что и содержание подвижного фосфора: дерново-подзолистые и серые лесные почвы обрабатываются 0,2 н. HCl (по Кирсанову), некарбонатные и карбонатные чернозёмы – соответственно 0,5 н. СН3СООН (по Чирикову) и 1 % (NH4)2CO3 (по Мачигину). При сопоставлении результатов анализов с эмпирически обоснованными группировками устанавливается степень обеспеченности почв калием.
Оптимальное содержание подвижного калия, обеспечивающее получение высоких урожаев, составляет в зернотравяных севооборотах Нечерноземной зоны 120-170, зернопропашных – 170-250, овощных – 250-300 мг/кг К2О.
Дата добавления: 2015-08-04 ; просмотров: 2885 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ
Источник
Влияние удобрений на окружающую среду и безопасность пищевых продуктов
Для урожайности зерновых злаков крайне важно поступление питательных веществ. Необходимо также избегать выноса питательных веществ и деградации земель. Однако при избыточном или плохо контролируемом внесении удобрений возможно возникновение экологических проблем.
Синтия Грант (Cynthia Grant), Министерство сельского хозяйства и продовольствия Канады, Исследовательский центр Университета Брендона (г. Брендон, провинция Манитоба, Канада). Brandon Research Centre, Box 1000A, R. R.#3, Brandon, MB, Canada R7A 5Y3
Необходимость в продовольствии
Численность населения Земли, согласно прогнозам, к 2050 г. превысит 9,1 млрд. Для обеспечения продовольствием растущего населения Земли весьма важно дальнейшее повышение продуктивности.
Большая часть земель, пригодных для сельского хозяйства, уже обрабатывается почти во всех регионах мира. Это значит, что в будущем укрепление продовольственной безопасности будет связано в основном с интенсификацией земледелия на уже обрабатываемых почвах, что подразумевает продолжение практики внесения удобрений для сохранения высоких урожаев.
Если сегодняшние тенденции сохранятся, то к 2050 г., согласно прогнозам, мировое потребление азота вырастет по сравнению с сегодняшним в 2,7 раза, а фосфора – в 2,4 раза; по другим оценкам, рост применения удобрений будет меньшим и составит приблизительно 1% в год.
Увеличение применения удобрений усиливает стресс окружающей среды.
Согласно исследованиям, возделываемым культурам попадает лишь 50% удобрений. Оставшиеся 50% участвуют в химических процессах в почве или попадают в воздух и воду.
Даже те нутриенты, которые поглощаются культурами, могут в конечном итоге создавать косвенный риск для окружающей среды, поскольку они попадают в отходы жизнедеятельности человека и домашнего скота и зачастую перерабатываются неэффективно, что опять же создает риск попадания их в воздух и воду.
Следовательно, несбалансированное и неэффективное использование удобрений может привести к экологическим проблемам. Кроме того, примеси, присутствующие в удобрениях, могут накапливаться в почве и поглощаться выращиваемыми культурами, теоретически ставя под угрозу безопасность пищевых продуктов.
Если мы заинтересованы в долгосрочной устойчивости глобальных сельскохозяйственных систем, то должны понимать потенциал негативного воздействия удобрений на окружающую среду и вести сельское хозяйство таким образом, чтобы оптимизировать урожайность, одновременно сводя к минимуму риски для окружающей среды и здоровья человека.
Азот (N) и фосфор (P) – два вида удобрений, чаще всего применяемых в растениеводстве и вносимых в значительных количествах в большинстве практик возделывания почвы. Оба эти нутриента, хотя и играют важную роль в достижении оптимальной урожайности, способны оказывать негативное воздействие на качество окружающей среды и делать выращиваемые культуры небезопасными для здоровья человека.
Азот – необходимость и азот – разрушитель
Потери азота в системе почва – растение вызывают озабоченность с точки зрения экономики из-за высокой стоимости применяемых удобрений и воздействия на урожай злаковых культур, однако и их влияние на окружающую среду может быть значительным, даже если объем потерь сравнительно низок.
Выделение активного азота в атмосферу может нанести ущерб экосистеме и здоровью человека, поскольку ведет к повышению кислотности почвы, изменениям климата, эвтрофикации, образованию приземного озона и взвесей твердых частиц, а также к утрате биологического разнообразия.
Выделение углекислого газа из больших объемов ископаемого топлива, применяемого при производстве и транспортировке азотных удобрений, также вносит свой вклад в изменение климата.
Основные экологические проблемы, связанные с азотными удобрениями, – это выброс в атмосферу аммиака (NH 3 ), оксида диазота (N 2 O) и попадание нитратов (NO 3 – ) в подземные и поверхностные воды (рис. 1).
Оксид азота (NO) также вызывает беспокойство с точки зрения экологической безопасности, поскольку он может преобразовываться в атмосфере в азотную кислоту, вызывая кислотные дожди и приводя к повышению кислотности воды в озерах и ручьях.
И оксид (NO), и диоксид азота (NO 2 ) участвуют в разрушении озонового слоя. Азотные удобрения способны привести к подкислению почвы. Примерно половина всех вносимых азотных удобрений в глобальной агроэкосистеме попадают в пищу и корма, а оставшаяся часть переходит либо в атмосферу в виде аммиака (NH 3 ), оксида азота (NO), оксида диазота (N 2 O) или азота (N 2 ), либо в воду как нитраты (NO 3 – ).
Воздействие азотных удобрений на атмосферу. Азотные удобрения попадают в воздух главным образом в виде аммиака (NH 3 ) в процессе испарения и в виде оксидов азота (NO x ) и оксида диазота (N 2 O) соответственно при нитрификации и денитрификации.
Выделение в атмосферу может быть непосредственным, между начальным применением азотного удобрения и его поглощения растением, и косвенным, возникающим из-за переработки азота, инкорпорированного в ткань растений или микробную биомассу и выделяющегося в виде органических продуктов разложения азота. Большая часть аммиака (NH 3 ) и оксидов азота (NО x ), попадающих в атмосферу, возвращаются на поверхность земли в течение нескольких дней. Однако оксиды азота (NО x ), соединяясь с летучими составляющими органического углерода, могут повысить уровень озона в атмосфере или преобразоваться в азотную кислоту (HNO 3 ), которая задерживается в воздухе в виде взвеси, или осаждаться на почве либо воде.
Аммиак обычно осаждается на поверхность почвы или воды либо преобразуется в аммонийные взвеси, которые входят в состав взвесей мелких твердых частиц и смога. Таким образом, выделение азота в окружающую среду вызывает три типа экологических проблем – парниковый эффект, накопление озона и образование взвесей твердых частиц. Атмосферный азот также может воздействовать на окружающую среду, когда осаждается на землю и воду.
Оксид диазота – газ, в значительной мере влияющий на создание парникового эффекта и оказывающий согревающий эффект на молекулярном уровне; его мощность в 250 раз превышает мощность углекислого газа (CO 2 ). Сельское хозяйство – основной источник оксида диазота (N 2 O), главным образом из-за внесения азота и его последующего участия в земледелии.
Внесение азотных удобрений увеличивает потенциал производства закиси азота как напрямую, когда удобрение вносится в почву, так и косвенно, когда пожнивные остатки, навоз и другие биопродукты, обогащенные азотным удобрением, возвращаются в почву.
Озон (O 3 ) косвенным образом связан с выделением в атмосферу газообразных оксидов азота (NO x ). Приземный озон может привести к воспалительным заболеваниям дыхательной системы, обострению заболеваний сердца и легких, также может повысить чувствительность астматиков к аллергенам.
Выбросы оксидов азота (NO x ) в ходе серий химических реакций с летучими органическими соединениями приводят к образованию озона; в результате этих реакций диоксид азота (NO 2 ) окончательно разлагается под воздействием солнечного света, выделяя атомарный кислород, который, соединяясь с кислородом (O 2 ), образует озон. Озон – сильный окислитель и также оказывает негативное влияние на здоровье человека; кроме того, он вреден для листвы, поскольку снижает фотосинтез и производство биомассы.
Выделение в воздух аммиака может привести к прямому отравлению растительности, деградации лесов, кислотным дождям, подкислению почвы и эвтрофикации водных источников.
Аммиак является предшественником образования таких взвесей как нитрат и сульфат аммония, которые участвуют в образовании взвесей мелких твердых частиц (ТЧ 2,5). Взвесь или смог, образованные такими частицами, представляют проблему как в городской, так и в сельской местности. Эти взвеси могут вызывать бронхит и хронический кашель, астму, пневмонию и хронические обструктивные заболевания легких.
Воздействие азотных удобрений на воду. Нитраты поступают напрямую из азотных удобрений или в результате разложения пожнивных остатков и навоза, что в конечном счете высвобождает нитраты в почвенные воды, откуда они могут быть вымыты или перенесены поверхностным стоком в поверхностные или подземные воды.
Также азот переносится с частицами почвы в поверхностные воды вследствие эрозии почвы или при выделении в атмосферу осаждается на поверхность воды.
Азот с сельхозугодий – главная причина увеличивающейся концентрации азота в почве и в поверхностных водах в самых разных частях света.
Продукты выщелачивания из сельскохозяйственных химических соединений – главный источник нитратов, накапливающихся в грунтовых водах. Согласно оценкам, 2% населения США и 2,7% населения Европы употребляет питьевую воду с содержанием нитратов выше рекомендованной нормы (50 мг/л -1 ), что теоретически может вызвать целый букет заболеваний.
Это метгемоглобинемия (повышенное содержание метгемоглобина в эритроцитах периферической крови; дети рождаются «синюшными»), повышенный риск онкологических заболеваний, дефекты нервной трубки и прочие врожденные пороки.
В Канаде в 60% источников в отдельных регионах концентрация нитратов выше предельного значения в 10 мг/л -1 , которое считается допустимым для питьевой воды в этой стране. Особенно чувствительны к загрязнению нитратами неглубокие водоносные пласты в песках и пористых почвах.
Аммиак и нитраты при высоких концентрациях могут оказывать прямое токсическое воздействие на водные организмы, а также приводить к подкислению и эвтрофикации.
Экосистемы пресноводных водоемов, таких как реки, озера, ручьи и болота, получают большую часть азота из воды, попадающей в них из близлежащих водоразделов, атмосферных осадков и как результат биологическая фиксация азота внутри самой системы. Заболоченные территории – болота, трясины, топи, поймы и воронки – помогают уменьшать попадание азота в прилегающие водоемы, способствуя денитрификации.
В качестве средства контроля часто применяются искусственные болота – они позволяют удалять активный азот из воды, поступающей в реки и озера.
Внесение азота способствует росту растений и производству биомассы на болотах, с одной стороны, но с другой – ведет к снижению биологического разнообразия этой биомассы. При очень высоком содержании питательных веществ рост растений сдерживается из-за конкуренции между ними за свет и пространство, и в системе может наступить доминирование агрессивных азотолюбивых растений.
Главная экологическая проблема – подкисление открытых водоемов. Моноксид (NO) и ди-, три-, тетраоксиды (NO x ) азота преобразуются в атмосфере, производя азотную кислоту, которая либо участвует в формировании кислотных дождей, либо осаждается непосредственно в виде кислого газа или пыли с подкисляющим эффектом.
Кислотные осадки, попадая в озера, могут приводить к уничтожению планктона, ракообразных, насекомых и рыбы, которые являются важными составляющими пищевой цепочки. Подкисление открытых водоемов также увеличивает подвижность и токсичность таких микроэлементов, как кадмий (Cd) и алюминий (Al).
Избыток азота может также способствовать эвтрофикации (избыточному росту растений, животных и микроорганизмов в водных экосистемах), которая способствует дефициту кислорода в воде.
Это приводит к развитию организмов-анаэробов и подавляет аэробные организмы, что служит причиной утраты биоразнообразия. В пресноводных системах катализатором эвтрофикации является скорее фосфор, нежели азот; в большинстве умеренных прибрежных экосистемах азот выступает в роли главного ограничителя развития и роста водорослей.
Повышенный уровень азота может привести к цветению воды, изменению биоразнообразия и видового состава, к увеличению осаждения органического материала и снижению содержания кислорода – гипоксии. Цветение ухудшает качество воды, потому что увеличивает количество болезнетворных бактерий, делает воду непригодной для купания и снижает рекреационный потенциал водоемов.
Цветение воды также ведет к высвобождению токсинов, ядовитых для человека, домашнего скота и рыбы. В тропиках ограничивающим фактором в прибрежных биоценозах является фосфор, а не азот, но в условиях высокой фосфорной нагрузки азот может стать главным фактором эвтрофикации.
В исследовании, оценивающем поступление азота из рек, впадающих в северную часть Атлантического океана, соотношение азота и фосфора в поступающих питательных веществах (нутриентах) указывает, что эстуарии (дельты) большинства регионов ограничены либо по азоту, либо по фосфору.
В большинстве регионов северной части Атлантического океана самым значимым источником азота являются удобрения.
Рост количества азота, попадающего в прибрежные воды в основном из удобрений, приводит и к росту объемов воды либо бескислородной, т. е. лишенной O 2 , либо гипоксической, в которой концентрация O 2 ниже 2- 3 мг на литр.
Такие «мертвые зоны» существуют в разных частях мира, включая Чесапикский и Мексиканский заливы, а также Балтийское и Адриатическое моря; совсем недавно появились сообщения о возникновении мертвых зон и в Южном полушарии.
Гипоксия ведет к сокращению ареалов некоторых океанических видов, которым необходимы более глубокие и холодные насыщенные кислородом воды; распространение гипоксии приводит к снижению количества таких вод, и это плохо сказывается на нересте, поскольку одновременно уменьшается и количество областей, подходящих для выживания икринок.
С цветением воды связана еще одна проблема: составляющий цветение специфический фитопланктон вырабатывает токсины. Употребление в пищу водорослей или ракообразных (моллюсков), накапливающих эти токсины, может отрицательным образом сказаться на здоровье других организмов, находящихся выше в пищевой цепочке, включая и человека.
Моллюски (ракообразные) не слишком подвержены воздействию этих токсинов, но способны накапливать токсины в таком количестве, что одного моллюска хватить, чтобы убить человека.
Естественные наземные экосистемы
Азот обычно является главным ограничивающим фактором роста растений в экосистемах естественных лесов и лугов. Если в лесной экосистеме наблюдается сильный дефицит азота, его осаждение в виде атмосферных осадков поначалу увеличивает продуктивность системы.
Лиственные леса, в частности, могут отреагировать на первоначальные поступления азота усиленным ростом, а вот вечнозеленые леса часто демонстрируют замедление роста и повышенный процент гибели даже при сравнительно низком осаждении азота. Когда норма осаждения высока и поступление азота превышает потребность растения, избыток азота приводит к чистой нитрификации, накоплению нитратов (NO 3 – ) в почве, подкислению почвы, усиленному выщелачиванию катионов из почвы, развитию у растений дисбаланса питательных веществ, сокращению лесов, повышению чувствительности к морозам и вредителям, изменению видового состава.
Повышенная нитрификация и денитрификация могут стать причиной повышенного выделения оксида азота (NO) и оксида диазота (N 2 O). Кислотные осадки повреждают листву и иглы деревьев, что снижает их сопротивляемость вредителям и холоду.
На дикорастущих лугах атмосферные осадки являются главным источником доступного для растений азота. Природные луга обычно ассоциируются с низкой нормой осадков, так что выщелачивание азота или поверхностный сток зачастую минимальны. Большая часть азота, попадающего на луга, может инкорпорироваться в биомассу и остаться в почвенном органическом веществе, что теоретически может привести к секвестрации углекислого газа (CO 2 ). Травяные палы высвобождают азот в атмосферу, в первую очередь в форме N 2 , завершая азотный цикл.
Поступление азота на луга благоприятно сказывается на видах с высокой потребностью в азоте и с хорошей реакцией на его внесение, и менее благоприятно для видов, которые хуже реагируют на азот или фиксируют его; из-за этого возможно изменение биологического состава и снижение биологического разнообразия.
Азотное удобрение может также привести к подкислению почвы как напрямую, т. е. на полях, где применяется удобрение, так и косвенным образом, когда азот, попадающий в воздух, переносится и осаждается в естественных экосистемах. Попадание в кислотные осадки азотной кислоты, аммиака или аммония ускоряет подкисление. Катионы нутриентов могут выщелачиваться из почвы, что ведет к снижению количества питательных веществ.
Фосфор и эвтрофикация
Фосфор – второе по силе (после азота) вещество, ограничивающее урожайность культур и часто употребляемое в качестве удобрения.
В отличие от азота, он не поступает в систему естественным образом, несмотря на биологическую фиксацию, поэтому фосфор, выносимый из почвы, необходимо заменять во избежание долговременного истощения. В почве присутствуют как органический, так и неорганический фосфор (рис. 2).
Растения поглощают фосфор из почвенного раствора, главным образом в виде ионов неорганического ортофосфата, хотя возможно поглощение и растворимых органических фосфатов. Как и у азота, минерализация органического вещества высвобождает неорганический фосфор, а иммобилизация преобразует неорганический фосфор в органический. Фосфор из почвенного раствора в процессе адсорбции и осаждения реагирует с поверхностными и вторичными почвенными минералами и с другими соединениями, благодаря чему концентрация неорганического фосфора в почвенном растворе снижается.
Фосфор выносится из почвенной системы главным образом при уборке урожая.
С агрономической точки зрения главный фактор, ведущий к снижению эффективности использования фосфора, – это фиксация фосфора кальцием (Ca) и магнием (Mg), в результате чего на почвах с высокой кислотностью образуются фосфаты кальция и магния, и с оксидами железа (Fe) и алюминия (Al) на почвах с низкой pH дающие фосфаты железа и алюминия.
Продукты реакции, образующиеся со временем, менее растворимы, чем вносимые продукты удобрений, из-за чего доступность вносимого фосфора для растений снижается.
Фосфор, связываемый почвенными частицами, может потеряться из системы за счет эрозии, тогда как фосфор в почвенном растворе может быть смыт поверхностным стоком. Чем ближе фосфор к поверхности почвы, тем выше вероятность его потерь именно этими двумя путями. Может происходить также выщелачивание фосфора, особенно в сильно унавоженных системах, в регионах, где производится интенсивное внесение фосфора, и в областях с большим количеством осадков.
Самая значительная экологическая проблема, связанная с фосфором, – это эвтрофикация пресноводных водоемов из-за нагрузки нутриентами. Процесс и последствия эвтрофикации озер, рек, болот и прибрежных зон обсуждались достаточно подробно в разделе, посвященном азоту.
Однако в пресноводных водоемах развитие водорослей обычно ограничено по фосфору, так что добавление фосфора усиливает рост растительности и способно привести к эвтрофикации. Концентрация фосфора в воде озера и, следовательно, рост водорослей в ограниченной по фосфору системе зависит от количества, сроков и биоаккумулирования нутриентов, от нормы внесения богатых водой питательных веществ относительно нормы протока и глубины водоема.
Даже если озеро отличается низкой общей концентрацией фосфора, могут быть проблемы вблизи береговой линии, где реки вносят нутриенты и разбавление ограничено.
Многие виды сине-зеленых водорослей способны фиксировать N 2 , поэтому в воде с низкой концентрацией азота при повышении уровня фосфора сине-зеленые водоросли часто подавляют другие водоросли.
При определенных условиях многие сине-зеленые водоросли выделяют токсины, воздействие которых на человека, а именно на нервную систему и печень, может привести к психическим расстройствам, нарушению походки, тремору, болям в животе и даже к смерти почти любого млекопитающего, птицы или рыбы.
Накопление в почве следовых микроэлементов
Еще одна проблема, связанная с фосфорными удобрениями, – это внесение в почву незначительного количества следовых микроэлементов в виде примесей к удобрениям.
Фосфорное удобрение содержит широкий спектр следовых элементов, включая заметные количества следовых нутриентов наподобие цинка и незначительные количества таких элементов как кадмий.
Могут присутствовать и радиоактивные следовые микроэлементы, например, уран (U) и торий (Th).
В природе эти элементы находятся в породах, из которых производят фосфорное удобрение, и сохраняются в течение всего процесса изготовления конечного продукта. Многие сельскохозяйственные угодья в Европе и Австралии насыщены следовыми микроэлементами из атмосферных осадков, осадка сточных вод и фосфорных удобрений. Степень их накопления зависит от первоначального содержания следовых элементов в удобрении и нормы внесения и уравновешивается выносом.
Накопление следовых микроэлементов может оказать влияние на почвенный биоценоз; следовые элементы могут также накапливаться в растениях, что способно привести к долговременному воздействию на здоровье при потреблении животными и человеком.
Особую озабоченность вызывает кадмий, поскольку в высоких концентрациях присутствует в некоторых фосфорных удобрениях и легко накапливается в растениях до уровней, опасных для человека, если эти растения потребляются без ограничения (или прекращения) роста растения.
Удобрения – не только вред для природы
Хотя азот и фосфор способны оказывать негативное влияние на экологию, оба они являются важными элементами жизнедеятельности и при сбалансированном применении могут оказывать на окружающую среду благоприятное воздействие.
Земля, вода и энергия – ограниченные ресурсы и в интересах долгосрочной устойчивости должны использоваться эффективно. При эффективном, сбалансированном применении удобрения играют важную роль в повышении производительности на единицу земельной площади.
Сокращение площади земель, необходимых для сельскохозяйственного производства, снижает потребность в превращении природных экосистем в обрабатываемые, таким образом поддерживая естественную среду обитания и биоразнообразие. Аналогичным образом, вода для полива поступает из рек, озер и подземных водоносных слоев, что может привести к снижению качества воды и ухудшению водной среды, необходимой для живой природы и аборигенных растений.
Сбалансированное внесение удобрений может улучшить продуктивность культур в условиях как богарного, так и поливного земледелия, повышая эффективность водопользования и снижая объем полива, необходимого для этой производственной единицы.
При эффективном удобрении почв с нехваткой питательных веществ вырастет урожайность, а неиспользованные элементы поступят в почву.
Пожнивные остатки могут стабилизироваться в почвенном органическом веществе, таким образом изолируя углерод в почве. Улучшение содержания почвенного органического вещества несет ряд дополнительных преимуществ: улучшается обработка почвы (soil tilth), удержание влаги, просачивание воды, сопротивление эрозии почвы, микробная деятельность и возможность почвы служить резервуаром питательных веществ.
В долгосрочной перспективе увеличение содержания почвенного органического вещества улучшит продуктивность почвы.
Во многих регионах мира, включая субсахарскую Африку (субсахарская Африка – 48 стран к югу от пустыни Сахары) и части Латинской Америки, серьезное недоиспользование либо несбалансированное применение удобрений привело к истощению питательных веществ и выносу из почвы азота, фосфора и калия.
Снижение количества питательных веществ не только снизило плодородие почвы, но и вызвало деградацию земель, потому что уменьшение органического вещества ведет к снижению водоудерживающей способности, снижению физической спелости и ухудшению физической структуры почвы и увеличивает подверженность эрозии. Вынос нутриентов и органического вещества вызывает цикл постепенно снижающихся урожаев, еще больше сокращая поступление органического вещества и усиливая деградацию почвы.
Особенную озабоченность это вызывает в условиях тропиков, где деградация почвы может оказаться быстрой и разрушительной. Сбалансированное применение химических удобрений в рамках эффективно интегрированной программы контроля нутриентов способно улучшить продуктивность земель в долгосрочном периоде за счет обеспечения достаточного количества нутриентов и создания подходящей для роста растений физической и химической среды.
Источник