Загрязнение почв азотными удобрениями

Загрязняем почву минеральными удобрениями

К минеральным удобрениям относятся неорганические химические соединения, применяемые в сельском хозяйстве с целью повышения плодородия почв. Различают макро- и микроудобрения. Минеральные макроудобрений — вещества, в состав которых входят основные элементы, повышающие плодородие (азот, фосфор, калий). Согласно макроудобрений делятся на азотные, фосфатные, калийные и комплексные.

Современная технология применения минеральных удобрений предотвращает их максимальное накопление фитомассой сельскохозяйственных растений. Значительная часть удобрений вымывается в подземные воды, мигрирует с поверхностным стоком, разлагается в почве, образуя летучие продукты, поступающие в приземный слой атмосферного воздуха. Сегодня в научной литературе достаточно убедительных данных о том, что при нерациональном использовании минеральных удобрений возникает реальная опасность для здоровья человека и окружающей среды. Наибольшее внимание уделяют азотным удобрениям.

Компоненты азотных удобрений (аммиак, нитраты, мочевина) при избыточном внесении в почву могут мигрировать в поверхностные и подземные водоемы, загрязняя их. Так, в Англии за 10 лет концентрация нитратов в речной воде увеличилась на 44-48%, в результате чего более чем в 100 источниках централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения концентрация нитратов превысило 50 мг / л. Наиболее вероятно поступления нитратов (самой подвижной формы азотных удобрений) в грунтовую воду. В отдельных селах Молдовы содержание нитратов в колодезной воде достигало 100-500 мг / л. При загрязнении воды источников водоснабжения нитратами в концентрациях, превышающих 45 мг / л, у новорожденных, находящихся на искусственном вскармливании, и людей пожилого возраста может возникнуть водно-нитратной метгемоглобинемии.

Нитраты, которые являются компонентами нитратных (натриевая, кальциевая и калиевая селитры) и аммонийно-нитратных (аммиачная селитра) удобрений, а также созданные в почве из аммиака аммиачных (аммиачная вода), аммония аммонийных (сульфат аммония) и мочевины амидных азотных удобрений, является предшественниками синтеза в объектах окружающей среды нитрозосоединений. Большинство из них имеют мутагенные и канцерогенные свойства. В почве постоянно присутствуют продукты разложения белковых веществ: амины и амиды, а также, при условии чрезмерного использования азотных удобрений, — нитраты и нитриты, из которых во время трансформации в почве могут образоваться нитрозамины и нитрозамиды (N-нитрозодиметиламин, N-нитрозодиэтиламин и др. ) Нитрозосоединения могут синтезироваться в фитомассе сельскохозяйственных растений при условии вступления в них избыточного количества нитратов. Нитрозосоединения относительно стабильны в объектах окружающей среды и мало растворимые в воде. По экспертным оценкам, в организм человека с питьевой водой, продуктами питания, атмосферным воздухом может поступить до 5-10 мкг нитрозаминов в сутки. Нитрозосоединения нитрозамины и нитрозамиды могут образовываться в организме человека в результате эндогенного синтеза, достигая 7 мкг / сут. Большинство нитрозаминов и нитро-замидов являются сильными химическими канцерогенами. Некоторые нитрозосоединения проникают в организм плода при беременности.

Поступление в открытии (поверхностные) водоемы минеральных удобрений, содержащих азот и фосфор, обусловливает их эвтрофикацию (способствует размножению микрофитов и водных растений), стимулирует «цветение» водоемов, ухудшает органолептические свойства воды, разрушает водные биоценозы, нарушает процессы самоочищения водоемов, препятствует использованию их в качества источников централизованного хозяйственно-питьевого водоснабжения.

Значительную роль в загрязнении почвы играют фосфатные удобрения. Озабочены почвой фосфаты малоподвижные и 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. Кроме того, фосфаты с поверхностным стоком могут попадать в открытые водоемы и вызвать их эвтрофикацию. Гигиеническое значение имеет тот факт, что фосфатные удобрения содержат примеси фторсодержащих соединений (от 02 до 4%), железа, стронция, селена, мышьяка (не менее +0006%), тяжелых металлов (не менее 0008%), в том числе кадмия (10-30 мг / кг), радионуклидов (урана, тория). Поэтому при несоблюдении гигиенических норм их применения они загрязняют почву, растения, воду подземных и поверхностных водоемов. Так, с фосфатными удобрениями в почву поступает фтор в количестве 8-20 кг / га; 01-04% его мигрирует в растения, 25% вымывается в открытые водоемы, а остальные накапливается в почве и мигрирует в подземные воды, иногда способствуя увеличению уровня фтора в грунтовых водах до 20 мг / л. Установлено, что при внесении в почву суперфосфата уровень кадмия в картофеле увеличивается в 4 раза по сравнению с нормой.

Калий, входящий в состав калийных удобрений, мигрирует из почвы в контактирующие среды чрезвычайно медленно, не оказывая негативного влияния на почвенный биоценоз и способность почвы к самоочищению. Вместе с калийными удобрениями в почву поступают хлорида анионы. Если вносят 45-50 кг / га калийных удобрений (в пересчете на К20), то вместе с ними поступает 30-35 кг / га хлорида аниона, что приводит к искусственному засоление почв. Накопление значительных количеств калия в почве может вызвать нарушение соотношения между калием и натрием в воде, пищевых продуктах и ​​негативно повлиять на здоровье человека — вызвать нарушения деятельности сердечно-сосудистой системы.

Минеральные микроудобрения вносят в почву в относительно небольших количествах (в 10-100 раз меньше, чем макроудобрений) для повышения ее плодородия. В их состав входят различные микроэлементы. Наиболее распространенными являются борьбе (0,5-1 кг / га), молибденовые, медных (10-15 кг / га), марганцевые (3-5 кг / га), цинковые (3-5 кг / га), кобальтовые (0, 1 0 2 кг / га) и полимикроудобрения (ПМУ-7 ПМУ-8 и другие). При превышении норм расхода микроудобрений микроэлементы могут накапливаться в почве и растениях в избыточных количествах, оказывая отрицательное влияние на здоровье населения. В состав микроудобрений входит достаточно много свинца (от 0,3 до 1%), иногда — кадмия и мышьяка. Таким образом, при нерациональном использовании микроудобрений существует реальная угроза загрязнения почвы тяжелыми металлами.

Источник

5.6. Загрязнение и отравление почв удобрениями и пестицидами

Загрязнение почв удобрениями. Применение минеральных удобрений в сельском хозяйстве направлено на по­вышение содержания в почве элементов питания с целью уве­личения продуктивности сельскохозяйственных культур. Однако когда их вносят в большем количестве, чем требуется рас­тениям, они становятся мощным источником загрязнения почв, сельхозпродукции, почвенных и грунтовых вод, водоемов, рек, атмосферы.

Применение избытка минеральных удобрений имеет следующие негативные последствия:

1. Длительное внесение удобрений изменяет свойства почв. Применение физиологически кислых удобрений повышает кислотность почв, ведет к значительным потерям гумуса.

2. Внесение больших количеств азотных удобрений при­водит к загрязнению почв, сельхозпродукции и пресных вод нитратами, а атмосферы — оксидами азота. При этом происходит эвтрофикация водоемов (эвтрофия — накопление в водных объектах биогенных элементов под воздействием антропогенных или природных факторов. Эвтрофия ведет сначала к по­вышению биологической продуктивности водных бассейнов, а затем к возрастающей нехватке кислорода — к заморам).

3. Минеральные удобрения служат источником загрязне­ния почв тяжелыми металлами (цветные металлы с плотностью большей, чем у железа — более 7874 кг/м 3 ). К ним относятся свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, ртуть и др,

4. Длительное применение минеральных удобрений ока­зывает существенное влияние на почвенную микробиоту, которое проявляется в изменениях родовых и видовых составов почвенных микроорганизмов, активизации и росте численности токсинообразующих видов. Применение минеральных удобре­ний увеличивает численность бактерий, актиномицетов и гри­бов в почвах.

Количество тяжелых металлов в минеральных удобрениях зависит от исходного сырья и способов его переработки. Наиболее загрязнены тяжелыми металлами фосфорные удобре­ния. Кроме того, фосфорные удобрения загрязнены и другими токсичными элементами — фтором, мышьяком. Так, фосфориты могут содержать фтора до 3%.

На 1 га почвы с нитратами и сульфатами, а также с моче­виной попадает от 1 до 10 г мышьяка; с двойным суперфосфа­том — до 30-300 г мышьяка.

Фосфорные удобрения являются источником загрязнения почв естественными радионуклидами — ураном, торием, ради­ем. Содержание урана в сырье фосфоросодержащих удобре­ний колеблется от 0,11 до 35 мг/кг, а тория — от 8 до 32 мг/кг.

Значительное количество тяжелых металлов попадает в почвы и с органическими удобрениями. Это происходит в ос­новном не за счет высокого содержания металлов и токсичных элементов в навозе, а за счет высоких доз внесения, Часто ис­пользуют не один навоз, а торфонавозные и другие компосты. А торф является концентратором тяжелых металлов и при больших дозах — до 100 т/га — может значительно повысить их уровень в пахотных почвах.

5. Минеральные и органические удобрения как источник загрязнения почв тяжелыми металлами могут изменять под­вижность их в почве и, следовательно, доступность для расте­ний. Одновременно увеличиваются потоки миграции металлов в аккумулятивные ландшафты и водоемы.

В практике земледелия теряется до 30-50% вносимых ор­ганических и минеральных удобрений. Поэтому необходимы повышение общей культуры земледелия и осторожность при внесении удобрений. Кроме того, требуются точные расчеты норм, правильная техника и последовательность внесения удобрений, также нежелательны сверхвысокие нормы азотных удобрений.

Соединения фосфора интенсивно поступают в поверхно­стные и подземные воды, а далее в моря и океаны. Главный источник — эрозионный смыв вместе с гумусом, стоки в районах интенсивного животноводства, городские стоки. Все это дает 60-70% фосфора, поступающего в сточные воды. Поэтому очень актуальны вопросы экономичного применения фосфор­ных удобрений и повторного использования в сельском хозяй­стве отходов, содержащих фосфор. Минеральные ресурсы фосфора на Земле очень ограничены, и может начаться «»фосфорный голод», если бесхозяйственно обращаться с его запасами.

Проблема азота имеет другое значение- Потери азотных удобрений путем вымывания могут быть очень большими, достигая 15-20% от внесенного количества. Вместе с нитратами городских нечистот, стоков навозной жижи, продуктами вы­хлопных газов и других отходов нитраты могут достигать опас­ных концентраций (более 400 мг/л NO₃) в питьевой воде и ово­щах, становясь канцерогенами. Загрязнение почв и вод нитра­тами ведет к росту раковых заболеваний населения.

Для предотвращения загрязнения почв различными токсикантами в результате внесения удобрений следует применять комплекс агротехнических, агролесомелиоративных и гидро­технических приемов в сочетании с интенсификацией природных механизмов очистки, т.е. целенаправленное преобразова­ние агробиоценозов в сбалансированные комплексы.

Загрязнение почв пестицидами. Пестициды — (от лат. pestis — зараза и ceado — убиваю) — общепринятое собирательное название ядохимикатов, используемых в сельском хо­зяйстве для уничтожения тех или иных видов вредных орга­низмов. В зависимости от направления использования пестициды подразделяются на ряд групп:

— гербициды — для борьбы с сорняками;

— арборициды — для уничтожения древесной и кустарниковой растительности;

— фунгициды — для борьбы с грибными болезнями расте­ний;

— зооциды — для борьбы с грызунами;

-инсектициды — для борьбы с вредными насекомыми и т.д. Наибольшую группу (до 40-50%) пестицидов составляют гербициды.

Применение пестицидов резко снижает потери урожая сельскохозяйственных культур, в 2-3 раза сокращает затраты труда в сельском хозяйстве.

Признавая несомненный положительный эффект химиче­ского способа борьбы с сорняками, грызунами, болезнями рас­тений, следует учитывать побочное негативное действие пес­тицидов на почву и биоту.

Охрана почв от загрязнения гербицидами и восстановле­ние плодородия уже загрязненных токсикантами почв требуют знания основных аспектов поведения гербицидов в почве, осуществления контроля за остаточными их количествами, •

Обычно гербициды вносят с водой путем опрыскивания вегетирующих растений или почвы. В первом случае на растения попадает только 5-30% гербицида, в то время как 70-95% ядохимиката поступает в почву. Во втором случае (при предпо­севном или довсходовом опрыскивании) все 100% гербицида попадает в почву. Другие технологии использования — разбра­сывание гранулированных препаратов или их внесение с по­ливной водой — также приводят к тому, что в почву поступает весь примененный гербицид.

При попадании в почву гербициды связываются с органи­ческим веществом почвы или с ее глинистой фракцией. Сте­пень адсорбции гербицида определяется как его собственными свойствами, так и почвенными условиями. Основными почвен­ными свойствами, определяющими их адсорбционную способ­ность по отношению к гербицидам, являются гранулометриче­ский и минералогический состав, а также содержание органи­ческого вещества.

Адсорбция гербицидов почвой зависит также от внешних условий, таких как рН, температура, влажность. Так, сухая поч­ва адсорбирует большие количества гербицида по сравнению с влажной. Влияние температуры обусловлено тем, что адсорб­ция является экзотермическим процессом и поэтому при повы­шении температуры адсорбция уменьшается.

На длительность сохранения остаточных количеств герби­цидов в значительной мере влияет доза его внесения. Превы­шение норм расхода выше рекомендуемых, а также системати­ческое внесение гербицидов могут привести к загрязнению почвы.

Наибольшую опасность представляют стойкие пестициды и их метаболиты, способные накапливаться и сохраняться в почвах и водах десятки лет — триазин, симтриазин, хлордан, гептахлор. При определенных условиях из метаболитов пести­цидов образуются метаболиты второго порядка, роль, значение и влияние которых на окружающую среду во многих случаях остаются пока неизвестными. Последствия неумеренного при-менения пестицидов могут быть самыми неожиданными, а главное — биологически непредсказуемыми: на смену одним видам вредных организмов часто приходят другие, которые вырабатывают иммунитет к препаратам и способны выживать даже после самых эффективных обработок. Для преодоления иммунитета устойчивых особей к пестицидам необходимо уве­личивать дозу препаратов, а это усиливает опасность загрязнения почв и вод.

К сожалению, часто пестициды применяют бесконтрольно — с помощью авиации. Препараты, запрещенные в ряде развитых стран, экспортируются в менее развитые страны. Пестици­ды не только истребляют носителей заболеваний, вредных на­секомых, сорные растения, но ведут к гибели полезных птиц и насекомых (пчел, шмелей). Сильное влияние пестициды ока­зывают на почвенную микробиоту. Гербициды триазинового ряда подавляют активность протеазы. При многолетнем применении хлорорганических пестицидов на 49-60% подавляется активность фосфатазы (Лозановская и др., 1998).

Гербициды угнетают дыхание почвы, процессы разложе­ния органического вещества, понижают численность нитрификаторов и почвенных грибов. Поступая в почву, пестициды миг­рируют по профилю почвы, причем скорость и глубина мигра­ции зависят от дозы внесенного пестицида, его летучести и адсорбируемости. от водного и теплового режимов почв. Они мо­гут проникать на глубину более двух метров. При поверхност­ном и внутрипочвенном боковом стоке они перемещаются и скапливаются в депрессиях рельефа. Попадая в грунтовые во­ды даже в малых концентрациях, пестициды ухудшают свойст­ва воды и делают ее непригодной для пищевого использова­ния.

Применение гербицидов в нашей стране неравномерно по видам сельскохозяйственных культур, регионам и отдельным хозяйствам. При выращивании основных зерновых культур ис­пользуется значительно меньше пестицидов, чем при возделы­вании риса, сахарной свеклы, картофеля, сои. За последние 10 лет пестицидная нагрузка на гектар пашни была выше в Астра­ханской, Ленинградской, Московской областях и Краснодарском крае (Деградация. 2002).

В 1998 г. гербицидами в Российской Федерации было об­работано всего 15,6 млн га, что в два раза меньше по сравнению с применением гербицидов в 1986-1990 гг. Следует отме­тить, что в мире производство, применение и ассортимент пес­тицидов, в том числе и гербицидов, с каждым годом увеличиваются.

В настоящее время в США, Великобритании, Канаде и России проводятся исследования по разработке новых путей защиты растений в земледелии без применения или с мини­мальным применением пестицидов и минеральных удобрений. Это методы так называемого «органического земледелия», «биологического земледелия», «альтернативного земледелия». Обязательным условием при этих системах землепользования является обязательное исключение монокультуры, обязательный плодосмен во времени, севообороты с бобовыми травами.

Для предотвращения возможного загрязнения почв герби­цидами в настоящее время рекомендуются следующие предупредительные меры:

• строгое соблюдение регламентов применения препара­тов <норма расхода, сроки, технология внесения);

• чередование гербицидов, различных по длительности токсического действия и механизмам действия на сорные растения;

• контроль за остаточными количествами гербицидов в почве и сельскохозяйственной продукции;

• повышение квалификации специалистов по защите рас­тений и охране окружающей среды.

Несоблюдение указанных мер при применении гербицидов может приводить к загрязнению почв.

По восстановлению загрязненных гербицидами почв применяют следующие способы:

• внесение высоких доз органических удобрений, торфа и других органических материалов с высокой степенью поглотительной способностью;

• применение активированных углей (АУ), цеолитов и пре­паратов на их основе• использование химических соединений, являющихся ка­тализаторами или индукторами различных процессов разложения гербицидов;

• глубокая вспашка с оборотом пласта, снижающая кон­центрацию остатков гербицидов в пахотном слое;

• проведение промывных поливов на загрязненных участ­ках;

• правильный подбор культур севооборота, размещение на загрязненных участках культурных растений, устойчивых к данному гербициду.

В настоящее время более 80% гербицидов, прошедших регистрацию в Российской Федерации, малотоксичны и по сте­пени безопасности для человека и теплокровных животных превосходят гербициды первых поколений. Они являются бо­лее высоко эффективными, экономически приемлемыми и эко­логически безопасными.

Таким образом, оптимальным решением проблемы за­грязнения почв гербицидами является их грамотное применение_: позволяющее избежать отрицательных последствий для окружающей среды. Постоянное совершенствование ассорти­мента препаратов, появление высоко эффективных гербицидов нового поколения предполагает проведение исследований по изучению особенностей поведения гербицидов в конкретных почвенно-климатических условиях страны.

Источник