книги / Стратегия устойчивого развития

или дренажных вод с угодий, обработанных пестицидами. Попавшие в водоемы пестициды могут включаться в сложные трофические циклы, в результате чего флора, фауна, а также донные отложения накапливают значительное количество стойких соединений, во много раз превышающее их содержание в воде. Исчезновение пестицидов из грунтовых вод и донных осадков происходит очень медленно.

Циркуляция пестицидов во внешней среде представлена на рис. 29.2. Мировая практика применения пестицидов свидетельствует о том, что они несут

всебепотенциальнуюопасность. Нетоксичныхдлячеловекапестицидовнет. Приопределенных условиях, связанных в первую очередь с теми или иными нарушениями регламентов, а также правил хранения и применения препаратов, существует вероятностьаллергенных, гонадотоксичных, канцерогенных, кожно-резорбтивных, мутагенныхилибластомогенных, тератогенных, эмбриотоксичных иэмбриотропныхвоздействий на людей, отравлений их сильнодействующими ядовитыми веществами.

С точки зрения устойчивого развития для обеспечения безопасности использования пестицидов необходимо управление тремя ключевыми связями: взаимоотношения между пестицидами и их целевыми объектами, взаимоотношения между пестицидами и окружающей средой в естественной или искусственной экосистеме и взаимоотношения в цепи пестицид – пища – человек.

Рис. 29.2. Циркуляция пестицидов во внешней среде

381

Вновь синтезируемые пестициды должны соответствовать следующим требованиям:

–умеренная персистентность в объектах окружающей среды в данной климатической зоне;

–возможно низкая токсичность для человека, животных и других живых организмов, в том числе гидробионтов;

–относительно быстрое разложение в почве, воде, атмосфере и в организмах теплокровных животных с образованием продуктов, безопасных для человека, животных и культурных растений;

–отсутствие кумуляции этих препаратов в организме человека, животных, птиц и гидробионтов;

–отсутствие отдаленных отрицательных последствий для человека, животных

идругих живых организмов при систематическом длительном использовании препаратов;

–возможность чередования препаратов из различных классов соединений во избежание привыкания к ним вредных организмов, а также накопления препаратов в объектах окружающей среды.

Кроме того, предотвратить отрицательные последствия внесения пестицидов возможно, ограничивая их применение. Для этого в настоящее время разрабатываются интегральные системы защиты растений: селекция новых устойчивых сортов, использование агротехнических и биологических методов, сочетание их с химическими методами и с минимальным числом обработок почвы.

Удобрения в сельском хозяйстве

Удобрение – вещество (или агент), создающее при внесении в почву условия для ускоренногоростаиразвитиярастенийимикроорганизмов. Различаютминеральные и органические удобрения.

Минеральные удобрения – добытые из недр или промышленно полученные химическиесоединения, содержащиевбольшомколичествеодинилинесколькоосновных элементов питания растений (азот, фосфор, калий), важные для жизни растений микроэлементы (медь, бор, марганец и др.), а также естественные продукты типа извести, гипса, золы и т. п., способные улучшить химические и/или структурные характеристики почвы.

Органические удобрения – перегной, торф, навоз, птичий помет, фекалии животных, компосты и т. п., используемые для повышения плодородия почвы или способствующие развитию полезной микрофлоры почв.

Естественное плодородие почв на современном этапе развития цивилизации не в состоянии обеспечивать высокие урожаи возделываемых культур. Кроме того, в результате систематического выноса одних и тех же элементов происходит обеднение почвы; многократная обработка приводит к активизации биохимических процессов, ускоренному разложению гумуса, что в итоге ведет к отрицательному балансу питательных веществ. Для регулирования баланса элементов питания и гумуса, как

382

известно, в почву вносят разные дозы и соотношения минеральных и органических удобрений.

Минеральные удобрения

Используя минеральные удобрения, можно получить дополнительно 30–40 млн т зерна, а общая прибавка растениеводческой продукции может составить 50–60 млн т в пересчете на зерновые единицы.

За счет продукции, получаемой с помощью удобрений, обеспечивается пищей каждый четвертый житель нашей планеты.

Отказ от удобрений приведет к резкому падению урожаев и сокращению производствапродовольствия, поэтомуоченьважноправильноиспользоватьминеральные удобрения, вноситьихоптимальнымидозамиивоптимальномсоотношении, эффективными способами и в лучшие сроки.

К основным причинам загрязнения окружающей среды удобрениями относятся несовершенство организационных форм, а также технологий транспортировки, хранения, тукосмешенияипримененияудобрений, нарушениеагрономическойтехнологииихвнесениявсевооборотеиподотдельныекультуры(втомчисленеумеренное или несбалансированное), несовершенство самих удобрений, их химических, физических и механических свойств.

Неблагоприятное влияние удобрений на окружающую природную среду может бытьразличным: загрязнениепочв, поверхностныхигрунтовыхвод, усилениеэвтрофирования водоемов, уплотнение почв; нарушение круговорота и баланса питательных веществ, ухудшение фитосанитарного состояния посевов, снижение продуктивности сельскохозяйственных культур и качества получаемой продукции и т. д.

Неравномерноевнесениеудобренийприводиткизбыточномуилинедостаточному снабжению растений элементами питания, что вызывает их неодинаковую продуктивность, недоиспользованныеудобрениямогутнакапливатьсявпочвевизбыточном количестве. Помимо этого, в минеральных удобрениях имеются различные примеси в виде солей тяжелых металлов, радиоактивных соединений и т. д. Из токсичных элементов в них могут быть мышьяк, кадмий, свинец, фтор, стронций, ртуть и др. Накапливаясь в почве и растениях, эти элементы становятся источниками загрязнения окружающей среды. Степень их накопления в почве и поглощения растениями зависит от типа почвы, вида растений и вносимых минеральных удобрений. Так, с фосфорными удобрениями обычно поступают в почву фтор, свинец и другие тяжелые металлы, которые даже при сравнительно низких концентрациях угнетающе действуют на растительные организмы.

Большинство минеральных удобрений характеризуется физиологической кислотностью, поэтому их применение в избыточных количествах обусловливает развитие процессов подкисления почв. Кроме того, это приводит к снижению суммы поглощенных оснований, усилению минерализационных процессов, нарушению соотношения подвижных форм макро- и микроэлементов в почве и элементного состава растений.

383

В результате подкисления почвенного раствора фосфаты фиксируются почвой, что ухудшает фосфорное питание растений; кроме того, при этом высвобождаются ионы алюминия, которые токсичны для почвенной биоты и растений.

Избыток минеральных удобрений приводит к появлению ряда негативных для почвенной биоты эффектов. Так, в кислых почвах происходит активное развитие микроскопических грибов и снижение числа бактерий. В этих условиях сохраняются преимущественно виды, обладающие активным метаболизмом и способностью выделять токсические вещества. С развитием фототоксичных грибов связывают явлениетоксикозапочв, проявляющеесявснижениипрорастаниясемяниухудшении развития растений. Токсины грибов могут влиять и на почвенных беспозвоночных.

Большое значение среди минеральных удобрений имеют азотные и фосфорные удобрения.

Азотные удобрения

Азотные минеральные удобрения выпускают и применяют в твердом и жидком видах.

По форме азота твердые азотные удобрения подразделяют:

–на аммонийные: сульфат аммония, хлорид аммония;

–аммонийно-нитратные: аммиачная селитра, сульфат-нитрат аммония;

–нитратные: нитрат натрия (натриевая селитра), нитрат кальция (кальциевая селитра);

–амидные: карбамид (мочевина), цианамид кальция.

К жидким азотным удобрениям относятся аммиачные удобрения, в которых весь азот находится в виде аммиака (водного или безводного).

Под воздействием нитрифицирующих бактерий аммонийный и амидный азот удобрений постепенно переходит в нитратный. В условиях, благоприятных для нитрификации, процесс происходит в течение двух-трех дней. 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

вдождливую погоду легко вымывается за пределы корнеобитаемого слоя, особенно на легких почвах.

Накопление нитратов в растениях происходит в результате того, что поглощенный азот не полностью расходуется на синтез аминокислот и белков.

Повышение содержания нитратов в произведенной продукции приводит к снижению содержания в ней витамина С, сахаров и других веществ, а следовательно, ухудшает качество выращиваемой продукции.

Из 23 млн т азота, вносимого в почву с удобрениями, с урожаем выносится только 12 млн т, а остальное попадает в атмосферу путем денитрификации (7–8 млн т) и уходит с поверхностным и подземным стоком (2 млн т). Выделение азотных соединений из почвы в атмосферу – это не только экономические потери, но и вклад

в«парниковый эффект» и, соответственно, в потепление климата Земли.

Для сведения к минимуму непроизводительных потерь азота, предотвращения и снижения загрязнения нитратами растениеводческой продукции, водоемов, атмо384

сферыит. д. необходимочеткособлюдатьсуществующиерегламентыпотранспортировке, хранению и применению минеральных и органических удобрений.

Исключительно важным приемом снижения (предотвращения) нитратного загрязнения сельскохозяйственной продукции является внесение достаточного количества полноценного органического удобрения (навоз, компосты). Как свидетельствует опыт ряда стран, органические удобрения целесообразно вносить в сочетании с минеральными в соотношении 4:1.

Фосфорные удобрения

Используемые в сельском хозяйстве фосфорные удобрения представлены в основном наиболее легко усваиваемыми растениями водорастворимыми формами (суперфосфат и двойной суперфосфат), а также сложными удобрениями (аммофос, диаммофос, нитроаммофоска, карбоаммофоска). Фосфор относится к важнейшим биогенным элементам. Хотя потребность живых организмов в фосфоре примерно

в10 раз меньше, чем в азоте, он не только является важным источником питания для растений, но и играет основную роль в процессах массо- и энергообмена, а также

впроцессах размножения.

Основной источник загрязнения водоемов фосфором – вымывание фосфорных удобрений с полей за счет эрозионных процессов. Попадание соединений фосфора в озерные и речные воды, в водохранилища вызывает эвтрофикацию водоемов. Крометого, сфосфорнымиудобрениямивпочвупопадаютмногочисленныетоксические элементы, малоподвижные в почвенной среде, но способные мигрировать при изменении условий среды.

Схема некоторых последствий недостаточного или избыточного внесения удобрений представлена на рис. 29.3.

Органические удобрения

Годовое применение органических удобрений в России приближается к 1–1,5 млрд т (4,5 т на 1 га пашни). С ними поступает более 11 млн т питательных веществ, т. е. почти половина того, что дают сельскому хозяйству минеральные удобрения.

Органическиеудобрения, кромеважнейшихэлементовпитания, содержатибольшое количество микроорганизмов. Действие органических удобрений сказывается на урожайности растений на протяжении 3–4 лет и более. В частности, они позволяют сохранить и повышают запасы гумуса в почве, оздоровляют ее фитосанитарное состояние, увеличивают биологическую активность, улучшают водный режим, усиливают буферность почвенного раствора. Однако по содержанию элементов питания органические удобрения являются значительно менее концентрированными и действуют на растения медленнее, чем минеральные, так как существенная часть питательных веществ в них становится доступной растениям лишь после минерализации органических веществ.

К органическим удобрениям относятся навоз, навозная жижа, птичий помет, солома, торф, компосты, зеленые удобрения (сидераты), сапропель, органические отходы городского хозяйства (сточные воды, их осадки, мусор). Химический состав некоторых из них представлен в табл. 29.1.

385

Рис. 29.3. Схема некоторых последствий недостаточного или избыточного внесения удобрений

386

Навоз – основное органическое удобрение, представляющее собой смесь твердых и жидких выделений сельскохозяйственных животных. В нем содержатся все питательные вещества, необходимые растениям, и поэтому навоз называют полным удобрением. В зависимости от способа содержания животных получают подстилочный и бесподстилочный навоз.

Подстилочный (стойловый) навоз включает около 25 % сухого вещества и 75 % Н2О. В состав навоза входят микроэлементы (марганец, бор, медь, цинк, молибден), а также значительное (10–15 кг на 1 т) количество живых микроорганизмов, обогащающих почву полезными группами бактерий. Лучшей подстилкой является торф, хорошо поглощающий жидкость и газы, повышающий питательную ценность удобрения, задерживающий развитие патогенных бактерий. Хорошей подстилкой служат также солома и ее резка. В зависимости от продуктивности животных, типа подстилки за 200 дней от одной коровы можно получить 6–12 т навоза. Подстилочный навоз складируют в специальных навозохранилищах или на поле в штабелях. В мелких кучах его держать нецелесообразно, так как он промерзает зимой, пересыхает летом и весной, из него быстро удаляется значительное количество аммиачного азота. Простейшее навозохранилище – это котлован, окруженный земляным валом, где материал укладывают штабелями высотой до 1,5–2,0 м. На поле навоз хранят по краям в штабелях шириной 3–4 м, длиной 8–10 и высотой 1,5–2,0 м. При этом имеют место потериорганического вещества иазота. Сцельюихснижения разработан метановый способ хранения навоза аналогично метановому сбраживанию.

После брожения навоз превращается в рассыпчатую массу, в которой отсутствуют жизнеспособные семена сорняков и гельминты. Для обеззараживания применяют также его обработку формалином или термическую обработку в течение суток при температуре 56–58 °С.

При внесении в почву навоз быстро запахивают, иначе он теряет свою удобрительную ценность. Использование этого органического вещества повышает урожайность всех культур в различных почвенно-климатических зонах нашей страны на 30–50 %.

Бесподстилочный (жидкий) навоз образуется на крупных животноводческих фермах при бесподстилочном содержании скота и гидравлической системе уборки экскрементов. Такой навоз представляет собой подвижную смесь продуктов выделения животных, остатков корма, воды и газообразных веществ, образующихся в период хранения.

Птичий помет – полное быстродействующее удобрение, так как все элементы питания присутствуют в нем в форме, пригодной для усвоения растениями.

Из смеси растительных остатков, навоза с торфом, земли, фосфоритной муки, фекалий и т. д. в результате аэробной деструкции органических веществ с участием аборигенной или привнесенной микрофлоры получают компосты – органические удобрения. Наиболее распространены торфонавозные комбинации компостов. Сроки, способы внесения и глубина заделки компостов такие же, как и навоза. Дозы их внесения 10–40 т/га.

387

Зеленыеудобрения(сидераты) – свежаярастительнаямасса, запахиваемаявпочву для обогащения ее органическим веществом и азотом. В качестве сидератов выращивают люпин, донник, озимую вику, гречиху, горчицу и другие растения, которые при хорошей агротехнике дают 30–40 т и более зеленой массы с 1 га.

29.5.ОТХОДЫ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Растительная биомасса

Врезультате сельскохозяйственного производства образуется значительное количество отходов и побочных продуктов растениеводства: соломы, рисовой, соевой, хлопковой шелухи, древесных остатков, зеленой части и т. п. Объемы таких отходов очень значительны и только в США составляют 3 млн т ежегодно. Понятие «биомасса» обычно связывают с органическими отходами различных производств,

впервую очередь сельского хозяйства. Все виды биомассы относятся к категории горючих веществ, обладающих, как правило, достаточно высокой удельной теплотой сгорания. Так, теплота сгорания сухих растительных остатков колеблется в пределах

16500–18500 кДж/кг.

Растительныеостаткиипобочныепродуктырастениеводствамогутбытьиспользованы в промышленных установках по получению биогаза, спиртов, при производстве удобрений, в качестве корма сельскохозяйственных животных (барда), местного топлива, ионообменных агентов и сорбентов при очистке сточных вод от тяжелых цветных металлов.

Среди различных биохимических методов конверсии биомассы наибольшее распространение имеют два процесса: спиртовое сбраживание, в результате которого образуется этанол, и анаэробная (без доступа кислорода) переработка, позволяющая получить конечные продукты в виде биогаза и органических удобрений.

Биогаз, образующийся в результате анаэробной деструкции органических веществ, представляет собой смесь различных компонентов с преобладанием метана и диоксида углерода. Кроме получения газообразного топлива, анаэробное сбраживание приводит к полной минерализации азота, фосфора, калия и других микроэлементов, делая их более доступными для усвоения растениями, способствует уничтожению семян сорняков и патогенной микрофлоры.

Энергетическое использование растительной биомассы предусматривает либо ее сжигание с получением теплоты или с целью производства электроэнергии, либо специальную переработку с получением товарной продукции и энергетического газа или жидкого топлива. К наиболее разработанным методам переработки биомассы относятся газификация, пиролиз и ферментация биомассы.

Злаковые растения, включая хлебные злаки, кукурузу, сладкое сорго и их отходы

ввиде соломы, стеблей, шелухи, уже в настоящее время имеют огромное энергетическое значение. США, например, располагают 240 млн т сухих остатков, которые пригодны для переработки, Россия – 100 млн т. По существующим оценкам, европейские страны способны выделить до 10 млн т зерна для энергетических целей.

388

Большие возможности для поставки энергетического сырья имеет сахарная промышленность. Сырье может быть представлено первичной биомассой в виде сахарного тростника, свеклы и вторичной – в виде обрезки, отжимки, патоки.

Отходы животноводства

Проблема загрязнения окружающей среды отходами животноводства возникла в связи с переходом этой важнейшей отрасли сельскохозяйственного производства на промышленную основу. Внедрение современных технологий, обеспечивающих достаточно высокую производительность труда, возможно лишь при высокой концентрации производства, в данном случае – при создании крупных животноводческих комплексов. В отличие от промышленного производства основной производственной единицей, вовлекаемой в процесс концентрации, здесь является не машина, а биологический объект – животное. Следствием этого является целый ряд специфических трудностей. Одна из них – повышенная заболеваемость животных, связанная с повышенной их численностью на небольшой площади, малой подвижностью, дефицитом ультрафиолетовых лучей и т. д. Другая трудность – большие объемы стоков и, в первую очередь, жидкого навоза, образующегося в результате гидросмыва

итвердых отходов (навоза).

Внастоящее время отсутствие экономичных и надежных систем дезодорации, обезвреживания и утилизации этих отходов препятствует созданию крупных животноводческих комплексов. Животноводческие стоки и твердые отходы являются источниками химического и биологического загрязнения. Они не только загрязняют грунтовые воды и водоемы биофильными элементами, но и содержат значительное количество болезнетворных организмов и яиц гельминтов.

Отходы животноводства и птицеводства составляют значительную долю энергетической биомассы. Их количество в России составляет 150 млн т в год, в Украине – 60 млн т в год, в США – до 1/4 всего объема органических отходов, т. е. 250 млн т. Если эти отходы не подвергать энергетической конверсии, то их накопление и хранение представляет серьезную экологическую угрозу. В некоторых странах СНГ уже бывали случаи прорыва отходов из хранилищ и загрязнения близлежащих рек и водоемов.

Вцелях уменьшения негативного воздействия животноводческих ферм и комплексов на окружающую среду необходимо удалять их от близкорасположенных сел

иводоемов, организовывать вывоз навоза, строить навозохранилища с учетом возможности организации санитарно-защитной зоны, строительства очистных сооружений, исключающих загрязнение почв, поверхностных и подземных вод, поверхностей водосборов водоемов и атмосферного воздуха.

Животноводческие комплексы являются потенциальными источниками загрязнения атмосферного воздуха. Зловония от ферм распространяются на многие километры и создают неблагоприятную эстетическую обстановку. Основными вредными веществами, выделяющимися животноводческими фермами в воздух, являются аммиак и его производные, метан, сероводород, оксиды азота, дурнопахнущие вещест-

389

ва (индол, скатол и др.). Животноводческие фермы занимают одно из ведущих мест по выбросам метана.

Переработка животноводческих отходов

Одно из основных направлений переработки навоза – его метановое сбраживание. При этом образуются биогаз и сброженная масса, приравниваемая по своему питательному действию к минеральным удобрениям. Сброженный продукт можно применять сразу для внутрипочвенного внесения и орошения полей или для приготовления компостов.

В табл. 29.2 приведен объем биогаза, который можно получить из 1 т различных животноводческих отходов (по сухому веществу).

Таблица 29.2

Объем биогаза, получаемого из различных отходов

Для реализации контролируемого анаэробного сбраживания во многих зарубежных странах и некоторых странах СНГ (Россия, Украина) созданы биоэнергетические установки различного масштаба для применения в условиях индивидуальных хозяйств или крупных животноводческих комплексов и птицефабрик.

29.6. ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ СНИЖЕНИЯ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ НАГРУЗКИ ПРИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОМ ПРОИЗВОДСТВЕ

Как свидетельствует опыт развития смежных отраслей экономики, снижение экологической нагрузки при сельскохозяйственном производстве может быть достигнутозасчетреализациипринциповотказаотэкстенсивноговеденияхозяйства

иперехода к интенсивному на основе применения экологически чистых технологий

ивнедрения современных методов экологического менеджмента. Опыт ФРГ, Дании, Финляндии и других европейских стран свидетельствует о перспективности этих направлений.

Всовременных условиях развития сельского хозяйства важным является проведение всесторонней инвентаризации земель, учета их количества и качества, что позволит эффективно вести земельный мониторинг, способствовать правильному выбору мероприятий по улучшению земель, прогнозировать изменения природной среды в целом.

Интенсификация сельскохозяйственного производства должна вестись без нарушения научно обоснованных норм и правил природопользования. Возникающие при

390