ПРОБЛЕМА ПРИМЕНЕНИЯ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ
ПРОБЛЕМЫ ЗАГРЯЗНЕНИЯ ПОЧВЕННЫХ ЭКОСИСТЕМ
Применение органических и минеральных удобрений – одно из основных условий повышения урожайности сельскохозяйственных культур, а также важное звено технологий их выращивания, поскольку функционирование агроценозов основывается на систематическом отчуждении больших количеств биогенных элементов. Использование удобрений (особенно органических) позволяет возвращать и вовлекать в круговорот питательные вещества взамен изъятых из агроценозов с основной о побочной продукцией, обеспечивая таким образом определенную устойчивость продукционных процессов. Статистические данные свидетельствуют о том, что в настоящее время за счет продукции, получаемой с помощью удобрений, обеспечивается пищей каждый четвертый житель нашей планеты. Неслучайно академик Д.Н. Прянишников сравнивал прирост продукции, получаемой благодаря внесению удобрений, с открытием новых земледельческих континентов. Д.Н. Прянишников еще в далеком 1937г. заметил, что авторы, думающие, что они знают секрет получения высоких урожаев без применения удобрений (и без знания агрохимии), напрасно называют себя учеными-материалистами.
Признавая исключительно важную роль агрохимии в увеличении производства продуктов питания для человека и кормов для животных и в повышении эффективности сельскохозяйственного производства в целом, нельзя не отметить, что те же самые химические средства при неправильном их использовании могут оказывать и оказывают негативноевоздействие на ОС. Именно неграмотное использование средств химизации, нарушение существующих регламентов служат источником наблюдающихся отрицательных последствий.
Основными причинами загрязнения ОС удобрениями считают несовершенство организационных форм, а также технологий транспортировки, хранения, тукосмешения и применения удобрений, нарушение агрономической технологии их внесения в севообороте и под отдельные культуры (в том числе неумеренное или несбалансированное), несовершенство самих удобрений, их химических, физических и механических свойств. Основным показателем следует считать прибавку урожая или повышение содержания того или иного элемента в почве, а не количество удобрений, внесенных на 1га поля. Это требование диктуется законом предельной урожайности, в соответствии с которым повышение урожайности имеет тенденцию к замедлению, по мере того как растет количество вносимого удобрения.
Неблагоприятное влияние удобрений на окружающую природную среду, те или иные компоненты агроценозов может быть самое различное:
– нарушение круговорота и баланса питательных веществ, ухудшение агрохимических свойств и снижение плодородия почвы;
– ухудшение фитосанитарного состояния посевов и развитие болезней растений, снижение продуктивности сельскохозяйственных культур и качества получаемой продукции;
– загрязнение поверхностных и грунтовых вод, усиление эвтрофирования водоемов.
Азотные удобрения.Азот – основной элемент питания растений, поэтому вполне закономерно, что азотные удобрения относятся к базисным компонентам химизации земледелия. Однако при несбалансированности элементов питания, нарушении водного режима, недостаточной освещенности и других неблагоприятных условиях высокие доза азотных удобрений могут привести к снижению почвенного плодородия и загрязнению продуктов питания нитратами. По данным Б. Коммонера (автора знаменитых «четырех законов экологии») в США растения поглощают в среднем примерно половину азота, вносимого с удобрениями. Остальное его количество улетучивается в атмосферу, сбрасывается в водоемы и накапливается в почве, вызывая загрязнение ОС.
Процессом, в результате протекания которого в почве образуются нитраты, является нитрификация. Под воздействием организмов-нитрификаторов, присутствующих в любой почве, происходит минерализация органических веществ почвы и внесенных органических удобрений (навоза, торфа, перегноя). Один из конечных продуктов минерализации – нитраты. Еще один источник нитратов – азотные удобрения (сульфат аммония, нитрат аммония, нитрат калия, нитрат натрия, мочевина и др.). Под воздействием тех же нитрифицирующих микроорганизмов аммонийный и амидный азот в почве постепенно переходит в нитратный. При условиях, благоприятствующих нитрификации, весь внесенный в почву азот может в течение двух-трех дней превратиться в нитратный. Поэтому при внесении высоких доз азотных удобрений, даже не содержащих нитратного азота, в почве может накапливаться большое количество нитратов. Это естественный физиологический процесс. Нитратный азот в почве очень подвижен и при обильных поливах или в дождливую погоду легко вымывается за пределы корнеобитаемого слоя, особенно в легких почвах.
Наряду с аммонийным азотом нитраты являются основным источником питания растений. В последние годы прослеживается тенденция увеличения производства сельскохозяйственной продукции (особенно овощной) с повышенным содержанием нитратов. Сам факт наличия нитратов в сельскохозяйственной продукции не вызывает опасения. поскольку они представляют одну из форм существования азота – естественного составного элемента биосферы, присутствовавшего в ней еще до появления человека. Важно другое – в каких количествах присутствуют эти соединения в растениях. Накопление нитратов в растениях происходит в результате того, что поглощенный азот не полностью расходуется на синтез аминокислот и белков (т.е. не все поглощенные нитраты восстанавливаются до аммиака). В нарушении этого процесса важную роль играют ферменты азотного обмена – нитрат- и нитритредуктазы, а также углеводное питание растений.
Причин нарушения процессов ассимиляции нитратов в растениях насчитывается около 20, среди них такие как:
— сроки, формы и дозы внесения удобрений;
— метеорологические условия;
— сортовые различия;
— сроки посадки и густота посевов;
— качество известкования;
— наличие и соотношение питательных веществ и т.д.
Источник
Экологические последствия применения удобрений
Удобрения, особенно при неправильном применении, могут служить фактором экологической напряженности не только там, где они применяются, негативное их действие может проявляться более широко. За счет вымывания из почвы потери удобрений могут достигать 40% и более. Негативное действие минеральных удобрений на объекты окружающей природной среды, а также опосредованное отрицательное их действие на человека и животных представлено схематично на рисунке 1.
Остатки удобрений попадают в грунтовые воды, загрязняя их нитратами. Открытые водоемы после попадания биогенов из удобрений подвергаются эвтрофикации, что ведет к бурному развитию в водоемах растительности. В наибольшей степени этому способствует присутствие азота и фосфора. При соотношении данных биогенов 2:1 начинается развитие сине-зеленых водорослей. Неблагоприятное воздействие сине-зеленых водорослей на водные экосистемы, связанное с «цветением» водоемов, было рассмотрено в разделе 4, посвященном охране и рациональному использованию водных ресурсов.
Попадая в растения, при определенных условиях (высокий агрохимический фон, затененность плантаций, пасмурная погода) остатки азотных удобрений — нитраты — могут накапливаться в растениеводческой продукции. Накопление нитратов в продукции при несоблюдении норм внесения азотных удобрений бывает значительным, что может привести к отравлению людей и сельскохозяйственных животных (известны случаи отравления людей арбузами, дынями, животных — кормовой свеклой).
Удобрения содержат в качестве примесей тяжелые металлы (Cu, Pb, As, Cd и др.), радиоактивные элементы (U, Ra, Th, 90 Sr, 40 K), которые в процессе транслокации из почвы поступают в растения, и также загрязняют растениеводческую продукцию, снижая ее качество.
О загрязненности фосфоpных и калийных удобpений тяжелыми металлами свидетельствуют следующие данные: суперфосфат на каждый
килограмм может содержать до 2,2 мг мышьяка, 4,5 мг селена, 0,9 мг кобальта, более 17 мг цинка, апатит до 90 мг свинца, нитроаммофоска 20 мг кадмия [Минеев, 1990], калийные соли (КС1, K2SO4) — свинец, кадмий, хром, ртуть в количествах соответственно 12, 1, 0,25 и 0,075 мг. Загpязненность 90 Sr некотоpых фосфоритных pуд — сырья для производства фосфорных удобрений, составляет 30-40 кг на 1 т P2O5 (Кузина и дp., 1982).
Минеральные удобрения могут не только повышать, но при определенных условиях и снижать почвенное плодородие. Это наблюдается, когда в почву не вносят или вносят в недостаточном количестве органические удобрения. Внесение удобрений повышает активность почвенной микрофлоры, ускоряющей естественный процесс разложения (минерализации) гумуса в 2-3 раза (в норме 1,5 % в год), и без пополнения почвы органикой почвенное плодородие будет снижаться, т.е. при внесении только одних минеральных удобрений экологическое равновесие в почвах нарушается, и добиться бездефицитного баланса гумуса в почвах можно путем внесения, наряду с минеральными, органических удобрений.
Внесение жидкого аммиака или аммиачной воды сопровождается загрязнением атмосферного воздуха аммиаком. Аммиак — хорошая азотная подкормка для растений, но он токсичен для животных и человека. Во время подкормки растений происходит загрязнение воздуха этим веществом на значительных территориях.
Азотные удобрения в почве могут разлагаться некоторыми почвенными микроорганизмами до оксидов и молекулярного азота. Это процесс денитрификации, сопровождающийся образованием N0, N02, N20, NO3, N205, N2, которые поступают веатмосферный воздух. Оксиды N0, N20 являются токсичными газами, а N02 наряду с диоксидом углерода С02 выступает как парниковый газ.
Удобрения могут представлять опасность для диких животных: склевывание гранул удобрений птицами, так же как и слизывание слежавшихся калийных удобрений зверями (лосями, кабанами, косулями),
вызывает отравление животных. Внесение чрезмерно высоких доз минеральных удобрений ведет к сокращению в почве дождевых червей — важных объектов почвенного биоценоза.
Пути преодоления экологического пресса минеральных удобрений на объекты окружающей природной среды могут быть следующие:
— необходимо соблюдать нормы внесения и сбалансированность между элементами питания в удобрениях;
— вносить минеральные удобрения следует дробно, до 40 % азотных удобрений вносить в виде подкормок. Это позволяет растениям более рационально использовать удобрения, уменьшает вероятность потерь от смыва дождями;
— правильно заделывать удобрения в почву на глубину 8-12 см (корнеобитаемый почвенный горизонт). Заделка на такую глубину исключает доступность удобрений для птиц;
— применять более совершенную рядковую технологию внесения удобрений;
— применять минеральные удобрения необходимо в комплексе с органическими: вносить на 1 га угодий не менее 10 т перепревшего навоза, что создаст бездефицитный баланс гумуса в почве. Положительный баланс гумуса может быть обеспечен внесением не менее 20-30 т навоза;
— исключить загрязненность почв тяжелыми металлами и радионуклидами можно путем применения более чистых и качественных удобрений;
— вводить в севообороты бобовые культуры, которые накапливают в почве азот в органической экологически безопасной форме.
Рекомендуемая литература
1. Агpоэкология/Под pед. д.с.-х.н. В.А. Чеpникова и к.геогp.н. А.И.Чекеpеса.- М.: Колос, 2000.- 536 с.
2. Бадина Г.В., Королев А.В., Королева Р.О. Основы агрохимии. — Л.: Агропромиздат, 1988. — 448 с..
3. Кольцов А.С. Сельскохозяйственная экология: Учебно — спpавочное пособие.- Ижевск: Изд-во Удмуpского ун-та, 1995.-275 с.
4. Кудеяpов В.Н. Экологические пpобемы пpименения минеpальных удобpений.- М, 1984. — 212 с.
5. Минеев В.Г. Биологическое земледелие и минеpальные удобpения. — М.: Агpопpомиздат, 1990. — 154 c.
6. Минеев В.Г., Ремпе Е.Х. Агрохимия, биология и экология почвы. — М.: Росагропромиздат, 1990. — 206 с.
7. Хайниш Э. Агpохимикаты в окpужающей сpеде.- М.: БИ, 1979. — 373 с.
Вопросы для самостоятельного контроля
1. Масштабы применения удобрений и их влияние на урожайность сельскохозяйственных культур.
2. Назвать причины снижения масштабов применения минеральных удобрений.
3. Отрицательные последствия применения минеральных удобрений для объектов окружающей природной среды (атмосферного воздуха, водных объектов, почв).
4. В чем проявляется влияние минеральных удобрений на животных в агроценозах.
5. Пути снижения экологического пресса минеральных удобрений на объекты окружающей среды.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Источник
Удобрения: проблемы и решения
В начале ХХ века немецкие химики Фриц Габер и Карл Бош разработали метод получения азота из воздуха и смешивания его с водородом. Это окажется одним из величайших научных достижений века.
Вместе эти два элемента образовали жидкий аммиак, ключевой ингредиент синтетических удобрений, который приведет к беспрецедентному развитию сельского хозяйства и поможет накормить быстрорастущий мир.
Но есть и обратная сторона. За последние 100 лет количество антропогенных соединений азота в воде, почве и воздухе увеличилось вдвое. Этот рост во многом обусловлен широким использованием синтетических удобрений.
Азот необходим для жизни на Земле, но его чрезмерное количество опасно, т.к. он является загрязнителем и отравляет водоемы, растения, животных и людей, способствуя изменению климата из-за выбросов сильного парникового газа – закиси азота. Хотя широкому кругу людей об этом почти неизвестно, эксперты называют избыток азота одной из самых серьезных угроз загрязнения, с которыми сегодня сталкивается человечество.
Фото: Эрик Вэнс
Проблемы
В начале ХIX века в природе почти не было антропогенных соединений азота. Однако спустя годы после прорыва Габера-Боша его уровень благодаря массовому потреблению синтетических удобрений, производству боеприпасов и сжиганию ископаемого топлива, при этом оба создают химически активные формы азота, начал стремительно расти.
По данным Межправительственной научно-политической платформы по биоразнообразию и экосистемным услугам (IPBES), стоки питательных веществ с ферм, приправленные синтетическими удобрениями, отрицательно повлияли на наземные экосистемы. Но больше всего пострадали пресноводные и морские воды. Примерами могут служить периодическое цветение водорослей в озере Эри или лишенные водной флоры и фауны «мертвые зоны» в Мексиканском заливе.
Под угрозой оказалось и здоровье человека. Выбросы аммиака в сельском хозяйстве смешиваются с загрязнением транспортными выхлопными газами, создавая в воздухе опасные твердые частицы и обостряя респираторные заболевания, включая КОВИД-19. По результатам исследования, загрязнение воздуха может стать причиной увеличения смертности, связанной с заболеванием КОВИД-19, на 15 процентов.
Для того, чтобы остановить волну загрязнения азотом, правительства, компании и международные организации, включая Программу ООН по окружающей среде (ЮНЕП), совместно с учеными работают над исследованием угроз от использования азота и повышением информированности об этом.
С этой целью почти год назад государства-члены ООН одобрили Коломбскую декларацию об устойчивом управлении азотом, цель которой – сокращение азотных отходов вдвое от всех источников к 2030 году.
Кроме того, недавно ЮНЕП учредила глобальную кампанию «Сократить вдвое азотные отходы», подчеркнув тем самым, что повышение эффективности использования азота не только способствует достижению целей в области борьбы с изменением климата, защиты природы и здоровья человека, но также дает миру возможность сберечь 100 миллиардов долларов США в год (оценка основана на половине стоимости мировых продаж синтетических удобрений).
«Устойчивое использование азота дает тройную победу – для экономики, здоровья человека и окружающей среды»
Источник