«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
Содержание тяжелых металлов удобрениях
ГОСТ Р 53218-2008
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Атомно-абсорбционный метод определения содержания тяжелых металлов
Organic fertilizers. Atomic-absorption method for heavy metals content
Дата введения 2010-01-01
Предисловие
1 РАЗРАБОТАН Государственным научным учреждением «Всероссийский научно-исследовательский, конструкторский и проектно-технологический институт органических удобрений и торфа» Российской академии сельскохозяйственных наук и Государственным научным учреждением «Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им.Д.Н.Прянишникова» Российской академии сельскохозяйственных наук
2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 25 «Качество почв и грунтов»
4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
5 ИЗДАНИЕ (май 2020 г.) с Поправкой* (ИУС 10-2014)
* См. ярлык «Примечания».
Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ «О стандартизации в Российской Федерации». Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе «Национальные стандарты», а официальный текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на все виды органических удобрений и торфа и устанавливает атомно-абсорбционный метод определения массовой доли меди, свинца, цинка, никеля, хрома и кадмия.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 12.1.007 Система стандартов безопасности труда. Вредные вещества. Классификация и общие требования безопасности
ГОСТ 12.1.018 — Система стандартов безопасности труда. Пожаровзрывобезопасность статического электричества. Общие требования
ГОСТ 12.1.019 Система стандартов безопасности труда. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты
ГОСТ 61 Реактивы. Кислота уксусная. Технические условия
ГОСТ 450 Кальций хлористый технический. Технические условия
ГОСТ 1770 (ИСО 1042-83, ИСО 4788-80) Посуда мерная лабораторная стеклянная. Цилиндры, мензурки, колбы, пробирки. Общие технические условия
ГОСТ 3118 Реактивы. Кислота соляная. Технические условия
ГОСТ 3760 Реактивы. Аммиак водный. Технические условия
ГОСТ 4055 Реактивы. Никель (II) азотнокислый 6-водный. Технические условия
ГОСТ 4165 Реактивы. Медь (II) сернокислая 5-водная. Технические условия
ГОСТ 4174 Реактивы. Цинк сернокислый 7-водный. Технические условия
ГОСТ 4204 Реактивы. Кислота серная. Технические условия
ГОСТ 4212 Реактивы. Методы приготовления растворов для колориметрического и нефелометрического анализа
ГОСТ 4220 Реактивы. Калий двухромовокислый. Технические условия
ГОСТ 4236 Реактивы. Свинец (II) азотнокислый. Технические условия
ГОСТ 4456 Реактивы. Кадмий сернокислый. Технические условия
ГОСТ 4459 Реактивы. Калий хромовокислый. Технические условия
ГОСТ 4461 Реактивы. Кислота азотная. Технические условия
ГОСТ 5396 Торф. Методы отбора проб
ГОСТ 5457 Ацетилен растворенный и газообразный технический. Технические условия
ГОСТ 6709 Вода дистиллированная. Технические условия
ГОСТ 9147 Посуда и оборудование лабораторные фарфоровые. Технические условия
ГОСТ 10929 Реактивы. Водорода пероксид. Технические условия
ГОСТ 11120 Реактивы. Кадмия оксид. Технические условия
ГОСТ 12026 Бумага фильтровальная лабораторная. Технические условия
ГОСТ 14919 Электроплиты, электроплитки и жарочные электрошкафы бытовые. Общие технические условия
ГОСТ 17644 Торф. Методы отбора проб из залежи и обработки их для лабораторных испытаний
ГОСТ 22861- Свинец высокой чистоты. Технические условия
ГОСТ 24104 Весы лабораторные. Общие технические требования
ГОСТ 25336 Посуда и оборудование лабораторные стеклянные. Типы, основные параметры и размеры
ГОСТ 26712 Удобрения органические. Общие требования к методам анализа
ГОСТ 26713 Удобрения органические. Метод определения влаги и сухого остатка
ГОСТ 29169 (ИСО 648-77) Посуда лабораторная стеклянная. Пипетка с одной отметкой
ГОСТ 29228 (ИСО 835-2-81) Посуда лабораторная стеклянная. Пипетки градуированные. Часть 2. Пипетки градуированные без установленного времени ожидания
ГОСТ 29252 (ИСО 385-2-84) Посуда лабораторная стеклянная. Бюретки. Часть 2. Бюретки без установленного времени ожидания
ГОСТ Р ИСО 5725-6 Точность (правильность и прецизионность) методов и результатов измерений. Часть 6. Использование значений точности на практике
ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025 Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий
Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Сущность метода
Метод основан на минерализации продукта способом сухого озоления и определении концентрации элемента в растворе минерализата методом пламенной атомной абсорбции.
4 Диапазоны измерений массовой доли металла и значения характеристик погрешности измерений
Диапазоны измерений массовой доли металла, значения и характеристики погрешности измерений при доверительной вероятности P=0,95 приведены в таблице 1.
Диапазон измерения массовой доли металла, млн (мг/кг)
Источник
Минеральные удобрения
Ведущее место среди агрохимических средств в восполнении обеспеченности растений элементами питания и увеличении их урожайности занимают минеральные удобрения.
Простые минеральные удобрения (азотные, фосфорные, калийные) содержат один основной питательный элемент, комплексные — два и более. Микроудобрения содержат соли микроэлементов (бор, цинк, медь, кобальт, марганец, молибден).
Помимо основных компонентов удобрения (элементов питания) в их составе обычно присутствуют примеси тяжелых металлов и металлоидов. Уровень их содержания зависит от качества исходного сырья и технологии его переработки. В калийных и азотных удобрениях содержание тяжелых металлов и мышьяка невелико.
Обобщение собственных и многочисленных литературных данных позволило сделать заключение о том, что в азотных и калийных удобрениях могут встречаться наибольшие количества примеси Mn, Cr, Ni, Zn, Ti — до 100—400 мг/кг, а также В — до 50—60 мг/кг.
Наиболее обогащены химическими элементами-примесями фосфорные удобрения. В России значительную долю фосфатного сырья составляют апатитовые месторождения. Из фосфоритов основное место в балансе отечественных запасов фосфора занимают конкреционные фосфориты. И фосфориты, и апатиты отличаются высоким содержанием F и Sr. Однако доля F в фосфатном сырье из стран СНГ несколько ниже, чем в фосфоритах крупнейших зарубежных месторождений.
Отечественное сырье выделяется и относительно низким содержанием Cd.
Все виды фосфорных удобрений из всех элементов-примесей содержат наибольшие количества F: от 0,1—0,6 % в диаммофосе до 2,1 % в двойном суперфосфате. В процессе изготовления удобрений по сравнению с сырьем содержание большинства металлов в них снижается. Однако простой и двойной суперфосфат, независимо от исходного сырья, а также фосфоритная мука большей части месторождений содержат существенные примеси Sr — от 0,2 до 1,2 %. В меньших количествах Sr присутствует в концентрированных удобрениях, особенно из фосфоритов — аммофосе, диаммофосе.
В удобрениях из фосфоритов повышено содержание Mn (до 0,1 %). В некоторых формах фосфорных удобрений присутствуют существенные количества Ва и Zn (до 0,01—0,05 %).
Длительное внесение минеральных удобрений может приводить к накоплению некоторых тяжелых металлов и металлоидов в почвах агроэкосистем и сельскохозяйственной продукции.
В зависимости от форм применяемых удобрений в пахотных горизонтах почв может наблюдаться накопление Mn, V, Ni, Ва, Sr, В, F, Zr, Ti, Pb, Cr, Co, Cu, Zn, As и Cd. Большинство зарубежных исследователей связывают накопление Cd и As в почвах агроэкосистем с применением фосфорных удобрений, изготовленных из североамериканских, австралийских или африканских фосфоритов.
Для F увеличение валового содержания в пахотных почвах под влиянием длительного внесения удобрений обычно не превышает 10—20 %, для Sr и Ti — 30 %, для Mn, Zn, В, Cr, Zr, V, Со, Ni, As может достигать 1,4—2 раз (Карпова, 2006).
Если длительно (более 70 лет) применять минеральные удобрения на почвах с исходным (фоновым) относительно низким содержанием тяжелых металлов (например, на дерново-подзолистых почвах Московского региона), то это не приводит к достижению в них предельных или ориентировочно допустимых уровней концентраций металлов. Но даже в этих случаях отдельные виды сельскохозяйственных культур, особенно их вегетативная масса, могут содержать металлы и металлоиды на уровне ПДК. Это может быть связано с более широким действием удобрений на систему почва-растение. Таким образом, минеральные удобрения не только служат источником поступления металлов в агроэкосистемы, но и являются мощным средством интенсификации их циклов как за счет прямого взаимодействия удобрений и почвы, так и косвенного (через стимуляцию роста и развития растений).
В почвах же с высоким региональным фоном тяжелых металлов применение минеральных удобрений может приводить к накоплению металлов в сельскохозяйственных растениях выше ПДК. Так, по данным Т. М. Минкиной (2008), из-за высокого регионального фона в растениеводческой продукции из Ростовской области часто превышена предельно допустимая концентрация Pb. В работах шведских исследователей (Eriksson, 1990; Jonsson, Eriksson, 2003; Wangstrand, Eriksson, 2003) отмечается накопление Cd (выше ПДК) в зерновых культурах при применении даже очищенных от металла минеральных удобрений. В центральных районах Швеции отмечены геохимические аномалии, характеризующиеся повышенным содержанием Cd в почвообразующих породах и почвах (Башкин, Касимов, 2004).
При выращивании сельскохозяйственных культур в условиях высокого регионального фона тяжелых металлов почвах необходимо сочетать применение минеральных удобрений с другими агрохимическими средствами (известь, органические удобрения, цеолиты и др.), которые могут снижать подвижность металлов, а также способствовать усилению физиологических барьеров растений, ограничивающих поступление металлов.
Другим видом негативного воздействия минеральных удобрений на природную среду является избыточное накопление в почве и сельскохозяйственных культурах нитратов, миграция их в грунтовые и поверхностные воды при применении повышенных доз азотных удобрений.
Большое значение имеет обеспечение растений оптимальными дозами минеральных удобрений. При несбалансированности элементов питания, нарушении водного режима, недостаточной освещенности и других неблагоприятных условиях высокие дозы азотных удобрений могут привести к повышенному содержанию нитратов в выращиваемой продукции. В данном случае необходимо учитывать, что нитраты в повышенных количествах негативно влияют на организм человека и животных. В частности, они могут вызывать такое заболевание, как метгемоглобинемия (нитраты, восстанавливаясь в крови человека и животных, окисляют двухвалентное железо гемоглобина до трехвалентного, переводя гемоглобин в метгемоглобин, который не способен быть переносчиком кислорода), которое приводит к удушью.
Нитраты являются предшественниками нитрозаминов — сильнейших канцерогенов, образующихся в природной среде, продуктах питания и в организме человека и животных. Доказан эндогенный синтез нитрозаминов у животных и человека, в частности в кислой среде желудочного сока из нитратов и вторичных аминов или амидов.
Попадание азота из удобрений и почвы в грунтовые и поверхностные воды может приводить к эвтрофикации природных водоемов и загрязнению источников питьевого водоснабжения населения. Оптимальный рост водных организмов (эвтрофирование) происходит при концентрации нитратного азота в водах 0,9—3,5 мг/л и фосфора — 0,09—1,8 мг/л. ПДК нитратов в питьевых водах составляет 45 мг/л, нитритов — 3 мг/л, аммония — 2 мг/л.
Поступление азота в водные объекты зависит от природных (погодные условия, рельеф, гидрология, тип и гранулометрический состав почв) и антропогенных (система удобрения, степень сельскохозяйственного использования территории) факторов.
Идентифицировать основные процессы поступления нитратов в природные воды (миграция из минеральных удобрений, естественные почвенные процессы, привнос сельскохозяйственных или городских фекальных стоков и др.) можно по изотопному составу азота (Крайнов, Закутан, 1993). Соединения азота минеральных удобрений имеют изотопное соотношение, близкое атмосферному азоту со средним значением δ 15 N 0,07±0,15 для NH4 + и 2,4±2,1 для NO3 (величина δ 15 N определяется как отношение тяжелого 15 N и легкого 14 N в исследуемом образце к отношению тяжелого 15 N и легкого 14 N в стандарте); нитраты почвенного происхождения характеризуются значениями δ 15 N 8—9; нитраты продуктов окисления животноводческих и коммунальных стоков обогащены тяжелым азотом, их δ 15 N в среднем равно 12 (Кастани, 1984).
Основным элементом, обусловливающим процесс эвтрофикации природных вод, является фосфор. Обычно в водоемах его недостаточно и поэтому поступление даже относительно небольших количеств фосфора (в основном с поверхностным и жидким стоком из почв агроландшафтов) приводит к значительному увеличению биологической продуктивности водного объекта. В 1980-е гг. (в период наивысшего уровня применения удобрений в нашей стране), по ориентировочным расчетам (Коплан-Дикс и др., 1985), в водные объекты поступало порядка 665 тыс. т Р2O5 из всего фосфора, использовавшегося в земледелии Нечерноземной зоны. При этом доля его поступлений в природные воды, происходящих в результате потерь при транспортировке и хранении удобрений, составляла 34 %. В результате поверхностного и жидкого стока из почв агроландшафтов поступало порядка 21 % (от всех поступлений). Около 45 % от всех поступлений фосфора в природные воды обеспечивают животноводческие и коммунальные стоки.
Снижение потерь питательных элементов из агроэкосистем в природные воды, по данным В. Г. Минеева (1988), может быть достигнуто за счет реализации оптимальных агрохимических и агротехнических приемов.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Источник