Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Агроэкология. Учебное пособие
.pdf
Разработаны критерии физической деградации, химического и биологического загрязнений, которые целесообразно использовать при экологическом нормировании (табл. 5.2).
Этот перечень критериев требуется дополнить другими показателями. Особое место среди них принадлежит биологическим показателям – наиболее чувствительным к изменениям
окружающей природной среды.
При использовании для экологического нормирования микробиологических критериев в условиях
повышенного уплотнения почв, загрязнения легкосуглинистых и супесчаных
дерново-подзолистых почв токсичными тяжелыми металлами
и продуктами разложения пестицидов получены следующие
результаты (табл. 5.3).
Таблица 5.3. Оценка состояния экосистем
Степень
устойчи-
вости
экосисте-
Высокая Отсутствуют Отсутствуют 7–8 Отсутствуют Отсутствуют
Средняя 35–40 >> Не опре-
Слабая 52–50 >50 3 18–20 20–50
мы
Содержание
стерильных
актиномице-
тов, %
Микробиологические критерии
Наличие
актиномице-
тов группы
Niger, %
Число
видов
бацилл
деляли
Содержание
фитопатоген-
ных грибов, %
>> Не отмечено
Уменьшение
микробной
биомассы, %
Экосистемы, отличающиеся высокой и средней степенью
устойчивости, характеризуются значительным видовым разнообразием бацилл, отсутствием черноокрашенных актиномицетов группы Niger и фитопатогенных грибов, уравновешенным
количеством микробной биомассы. Нарушение устойчивости
диагностируется увеличением стерильных форм актиномицетов, появлением значительного количества черно окрашенных
микроорганизмов данной группы (группа Niger) (более 50 %),
уменьшением видового разнообразия бацилл.
Нормирование с
использованием экологических характеристик более адекватно отражает состояние экосистем, чем
санитарно-гигиенические нормативы (на основе ПДК). При
этом предусматривается повышение почвенного биопотенциала, что должно способствовать оздоровлению окружающей
природной среды.
81
5.3. Химическая мелиорация почв
Для ликвидации последствий загрязнения почв тяжелыми
металлами важное значение имеют предупредительные меры,
которые базируются на совершенствовании технологий производства, в том числе агрохимикатов. Хорошо очищенные отходы химической и машиностроительной промышленности
после обогащения фосфором (до 100 г/кг отходов) представляют большую ценность для сельского хозяйства.
Для очистки сточных вод, применяемых в
качестве удобрений, используют различные вещества: известняк, ионообменные смолы, синтетические сорбенты. Эффективными методами
являются обратный осмос, вымораживание, электролиз. Заслуживает внимания способность многих микроорганизмов концентрировать некоторые металлы, что позволяет получать
медь, уран и т.д. микробиологическим путем и тем самым
очищать сточные воды от присутствия тяжелых металлов.
ликвидации уже существующего загрязнения приме-
Для
няют материалы, связывающие тяжелые металлы в недоступные для растений формы (органические и минеральные уд обрения, известь, цеолиты, синтетические смолы и др.). Рекомендуют также возделывать культуры, толерантные к загрязнению или используемые на технические цели.
Для сильнозагрязненных территорий практикуют удаление
загрязненного слоя с последующим извлечением
тяжелых металлов путем перевода их соединений в подвижную форму и
дальнейшего вымывания раствором FeCl
сение в почву солей железа способствует улучшению ее физи-
в кислой среде. Вне-
3
ческого состояния: происходит агрегирование почв за счет
склеивающего эффекта железогуматных комплексов. По завершении очистки проводят комплексное окультуривание почвы: известкование, внесение органических и минеральных
удобрений, компенсирующих потери биогенных элементов
при промывке.
Менее дорогой прием рекультивации почв –
внесение
веществ-инактиваторов. В некоторых странах (Великобритания, Германия, Франция, Япония) для этого используют
меркапто-8-триазин. При этом кадмий, свинец, ртуть и никель
прочно фиксируются в почве в нерастворимом и недоступном
для растений виде. Элементы питания – кальций, магний, калий и другие – в данном случае не закрепляются. Недостатки
этого приема – ограниченная
емкость и инактивирующая спо-
собность веществ-инактиваторов.
82
В Германии нашли применение ионообменные смолы, образующие с металлами хелатные соединения, обладающие высокой прочностью связи. Их используют в кислотной или солевой форме, внося в почву в виде порошка или гранул в дозах, определяемых уровнем загрязнения. Так, натриевая форма
катионита сорбировала около 95 % свинца.
В основе химической мелиорации лежит
также перевод тяжелых металлов в недоступное состояние, главным образом
изменением реакции среды. В гумидных регионах с избыточным увлажнением это достигается с помощью известкования.
Защитное действие извести проявляется в результате замены
водорода в почвенном поглощающем комплексе (ППК) на
кальций. При этом происходят нейтрализация среды и образование коллоидов гидроксидов
тяжелых металлов, находящихся в почвенном растворе. Одновременно активизируется деятельность бактериальной микрофлоры, существенно возрастает биомасса микроорганизмов, часть которых может аккумулировать металлы. Если процесс биологической аккумуляции
активнее процесса минерализации органического вещества, то
наблюдается снижение подвижности тяжелых металлов, которые закрепляются в составе ППК.
Наибольший эффект проявляется от совместного внесения
извести и минеральных удобрений, так как последние компенсируют отрицательное воздействие избытка тяжелых металлов, а известкование приводит к образованию менее подвижных соединений металлов (карбонатов, фосфатов, гидроксидов) и, как следствие, к значительному уменьшению содержания данных элементов в растениях.
Важное место в детоксикации отводится органическим удобрениям, которые
также снижают подвижность тяжелых металлов вследствие образования органоминеральных соединений,
обладающих низкой растворимостью. Однако при этом необходимо учитывать степень разложения органического вещества.
Внесение в почву неразложившейся и слаборазложившейся соломы при рН 8 повышало подвижность тяжелых металлов.
Для снижения фитотоксичности тяжелых металлов можно
использовать природные цеолиты, которые являются не только
хорошими сорбентами, но и источниками элементов питания,
а также веществами, улучшающими структуру почвы. Широко
распространенный цеолит-клиноптиллолит фиксирует свинец
в 5–10 раз активнее, чем почва.
83
Для снижения опасности загрязнения почв тяжелыми металлами важно применять агрономические средства защиты (подбор сельскохозяйственных культур, использование различных
частей растений с учетом неодинаковой способности их к накоплению металлов и др.). Так, по степени устойчивости к токсичному действию тяжелых металлов растения можно расположить
в порядке убывания: травы – злаковые – зерновые
– картофель –
сахарная свекла. При одинаковом содержании свинца в почве
(1000 мг/кг) картофель и томаты незначительно накапливали
этот элемент, а морковь и редис аккумулировали его в количествах, в 1,5–2 раза превышающих ПДК. Различия в поглощении
кадмия у разных гибридов кукурузы достигали 13–18 раз. Особенно нежелательно возделывать на загрязненных территориях
овощные листовые
культуры – салат, шпинат, лук, щавель и т.п.
Нельзя использовать загрязненные почвы для выращивания кормов, так как скоту скармливают те части растений и в той фазе,
когда в них накапливается особенно много металлов.
Уровень почвенного плодородия и «здоровье» земли во
многом зависят от состояния живых компонентов почвы. Зна-
законов функционирования почвенной биоты, учет осо-
ние
бенностей поведения различных ингредиентов имеют первостепенное значение для создания продуктивных, устойчивых
агроэкосистем, что будет способствовать выращиванию экологически безопасной сельскохозяйственной продукции и минимизации загрязнения окружающей природной среды.
5.4. Оценка загрязнения почв
Степень загрязнения почв можно оценивать на основе уче-
та ПДК химических веществ (табл. 5.4).
Таблица 5.4. Предельно допустимые концентрации химических веществ
в почвах и допустимые уровни их содержания по показателям
вредности (Методические указания по оценке степени опасности
загрязнения почвы химическими веществами, 1987)
ПДК,
мг/кг
Вещество
123456
Медь 3,0 3,5 72,0 – 3,0
почвы
с учетом
фона
Транслока-
ционный
(накопле-
ние в
растениях)
Подвижные формы
Показатели вредности
Миграционный
водный
воз-
душ-
ный
Общесани-
тарный
84
Продолжение табл. 5.4
123456
Никель 4,0 6,7 14,0 – 4,0
Цинк 23,0 23,0 200,0 – 37,0
Кобальт 5,0 25,0 Более 1000 – 5,0
Фтор 2,8 2,8 – – –
Хром 6,0 – – – 6,0
Водорастворимые формы
Фтор 10,0 10,0 10,0 – 25,0
Валовое содержание
Сурьма 4,5 4,5 4,5 – 50,0
Марганец 1500,0 3500,0 1500,0 – 50,0
Ванадий 150,0 170,0 350,0 – 150,0
Марганец +
+ ва на дий
Свинец 30,0 35,0 260,0 – 30,0
Мышьяк 2,0 20,0 15,0 – 10,0
Ртуть 2,1 2,1 33,3 2,5 5,0
Свинец + ртуть 20,0 + 1,0 20,0 + 1,0 30,0 + 2,0 – 30,0 + 2,0
Медь 55* – – – –
Никель 85* – – – –
Цинк 100* – – – –
Хлорид калия 560,0 100,0 560,0 1000,0 5000,0
Нитраты 130,0 180,0 130,0 – 225,0
Бенз(а)пирен 0,02 0,2 0,5 – 0,02
Бензол 0,3 3,0 10,0 0,3 50,0
Тол уол 0,3 0,3 100,0 0,3 50,0
Изопропилбен-
зол
Стирол 0,1 0,3 100,0 0,1 1,0
Ксилолы ( орто-,
мета-, пара-)
Сернистые со-
е динения:
сероводород
элементарная
сера
серная кис
лота
Отходы флотации угля
1000,0 +
+ 100,0
0,5 3,0 100,0 0,5 50,0
0,3 0,3 100,0 0,4 1,0
0,4
160,0
-
160,0
3000,0 9000,0 3000,0 6000,0 3000,0
1500,0 +
+ 150,0
160,0
180,0
180,0
2000,0 +
+ 200,0
140,0
380,0
380,0
– 1000,0 +
0,4
–
–
+ 100,0
160,0
160,0
160,0
85
Окончание табл. 5.4
123456
Комплексные
гранулированные удобрения
Жидкие комплексные удобрения
* Ориентировочные ПДК.
120,0 800,0 120,0 800,0 800,0
80,0 Более 800,0 80,0 Более 800,0 800,0
Фоновое содержание химического вещества в почве – содер-
жание, соответствующее ее природному химическому составу.
Транслокация загрязняющего почву химического веще-
ства – переход вещества из почвы в растения.
При валовом содержании загрязняющих веществ в почве,
превышающем его ПДК, определяют подвижную форму этого
загрязняющего вещества.
При определении загрязнения почвы металлами, для которых отсутствует ПДК
, сравнивают уровни загрязнения с фоновым уровнем. При оценке почв с учетом степени экологического неблагополучия учитывают физическую деградацию,
химическое и биологическое загрязнения. При этом состояние
территории оценивают согласно классификации степени экологического неблагополучия: относительно удовлетвори-
тельное, напряженное, критическое, кризисное (зона чрезвычайной экологической ситуации), катастрофическое (зона
экологического бедствия).
Оценку
почв можно проводить также с учетом интенсивности и характера загрязнений. В данном случае загрязнение
почвы может иметь четыре уровня (категории): допустимое,
умеренно опасное, высоко опасное, чрезвычайно опасное.
В зависимости от категории почв по степени загрязнения
предъявляют иск предприятиям, учреждениям, организациям.
Размеры ущерба предлагают определять путем использования
утвержденных соответствующими постановлениями нормати
вов стоимости освоения новых земель взамен изымаемых для
несельскохозяйственных нужд.
Указанные нормативы стоимости рекомендуют применять в
объеме 100 % для IV категории загрязнения почв (чрезвычайно
опасное загрязнение), при которой исключается возможность
использования почв в сельскохозяйственном производстве.
-
86
Для III категории загрязнения почв (высоко опасное загрязнение) размеры ущерба рекомендуется определять в объеме
около 50 % нормативов стоимости, поскольку содержание токсичных веществ в почвах по большинству показателей превышает ПДК, а следовательно, использование таких почв ограничено (только под технические культуры без получения на
них продуктов питания и кормов для животноводства
того, требуется выполнение некоторых других мероприятий,
что связано с затратами.
Для II категории загрязнения почв (умеренно опасное) размеры ущерба составляют 25 % нормативов стоимости с учетом
высокого содержания токсичных веществ в почвах и существующей опасности получения «экологически грязных» продуктов
питания и кормов для животноводства, а также необходимости
затрат на постоянный
и содержанием опасных веществ в зоне пребывания рабочих,
почвах и подземных водах, затрат на выполнение работ по ограничению поступления токсикантов из почвы в растения.
аналитический контроль за их качеством
). Кроме
Глава 6
ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ПРИМЕНЕНИЯ
ХИМИЧЕСКИХ СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ
В АГРОЭКОСИСТЕМАХ
6.1. Классификация пестицидов по их целевому назначению
и устойчивости к разложению
Уже более 100 лет химические средства защиты растений
играют важную роль в борьбе с возбудителями болезней,
насекомыми-вредителями и сорной растительностью. Наибольшее распространение этот способ борьбы получил после
Второй мировой войны. Необходимость такой борьбы достаточно очевидна, если учесть, что потери урожая, как свидетельствуют данные, представленные в табл. 6.1, составляют в
настоящее время от 23,9 до 46,4 %.
Таблица 6.1. Потери урожая сельскохозяйственных культур
в мировом земледелии (Соколов и др., 1994)
Культура
Пшеница 5,0 9,1 9,8 23,9
Кукуруза 12,4 9,4 13,0 34,8
Просо, сорго 9,6 10,6 17,8 38,0
Рис 26,7 8,9 10,8 46,4
Хлопчатник 11,0 9,1 4,5 24,6
Соя 4,5 11,1 13,5 29,1
Картофель 6,5 21,8 4,0 32,3
Том ат ы 7,5 11,6 5,4 24,5
от вредителей от болезней от сорняков Итого
Потери урожая, %,
По оценкам ФАО (1989), каждый год от насекомыхвредителей, болезней растений и сорняков мировое сельское
хозяйство несет убытки в 75 млрд дол. Потенциальные потери
урожая в России достигают 71,3 млн т зерновых единиц.
При этом на долю возбудителей болезней приходится 45,1 %
потенциальных потерь, сорных растений – 31,4 % (без учета
затрат на механические способы борьбы) и вредителей расте
ний – 23,5 %.
88
-
В США в 1900 г. один среднестатистический фермер обеспечивал продуктами питания 7 человек, в 1970 г. – 46, а в 1980 г. –
55 (причем в последние 10 лет рост этого показателя был обусловлен исключительно применением химических средств защиты растений – ХСЗР). Подсчитано, что если в США прекратить применение ХСЗР, то для сохранения валового сбора зерна
на прежнем уровне потребуется дополнительно распахать 52
млн га; стоимость продукции растениеводства возрастет (из-за
снижения производительности труда) на 50–70 %.
В связи с этим вполне закономерно, что к началу 80-х гг.
ХХ в. мировое производство ХСЗР составляло 2,3–2,5 млн т.
В стоимостном же выражении мировое потребление ХСЗР
оценивалось в 1986 г. в 17,5 млрд дол. Из
общего количества
производимых во всем мире препаратов США и Канада применяли 33 %, страны Западной Европы – 25, страны ЮгоВосточной Азии – 22, страны Восточной Европы (включая
Россию) – 10, страны Латинской Америки – 9, Австралия и
Новая Зеландия – 1 %. На 1 га посевов в Италии используют
21 кг ХСЗР, в Японии – около 16, в других развитых странах
Западной Европы – в среднем
2–3, в республиках бывшего
СССР – от 0,6 (Эстония) до 13,2 (Молдавия), а во всем мире –
в среднем – 0,3–0,4 кг д. в. на 1 га.
Общепринятое собирательное название ХСЗР – пестициды
(от лат. pestis – зараза и caedo – убиваю). По разным оценкам,
в последние годы в мире насчитывается более 1000 химических соединений, на основе которых выпускают десятки ты
-
сяч препаративных форм пестицидов. Обычно пестициды
классифицируют по их целевому назначению. Наиболее часто
применяют следующие из них: гербициды – для борьбы с сорными растениями; инсектициды – с вредными насекомыми;
фунгициды – с грибными болезнями растений и различными
грибами; зооциды – с вредными позвоночными; родентици-
ды – с грызунами; бактерициды – с бактериями и бактериаль-
болезнями растений; альгициды – для уничтожения водо-
ными
рослей и сорной растительности в водоемах; дефолианты – для
удаления листьев и ботвы; десиканты – для подсушивания
листьев перед уборкой; ретарданты – для торможения роста
растений и повышения устойчивости стеблей к полеганию и др.
Пестициды подразделяют также по стойкости в окружающей среде или по способности к бионакоплению
. Эти свойства
обусловлены химической структурой и физико-химическими
особенностями препаратов. Наиболее стойкими и одновремен-
89
но обладающими четко выраженными кумулятивными свойствами являются хлорорганические пестициды, для которых
наиболее характерно концентрирование в последующих
звеньях пищевых цепей.
По устойчивости к разложению в почве пестициды подразделяют на очень стойкие (время разложения на нетоксичные
компоненты составляет свыше 2 лет); стойкие (от полугода до
2 лет); умеренно стойкие (до 6 месяцев); малостойкие (1
Большинство пестицидов относится к синтетическим химическим соединениям – ксенобиотикам, т.е. к веществам,
чуждым биосфере (от греч. xenos – чужой). Эти продукты еще
до сравнительно недавнего времени отсутствовали на планете,
что осложняет процесс их детоксикации. При возрастающих
объемах применения пестицидов их остатки или продукты метаболизма могут накапливаться в объектах окружающей
родной среды, мигрировать по пищевым цепям и вызывать нежелательные последствия, негативно влияя на качество питьевой воды, и т.д.
месяц).
при-
6.2. Особенности использования пестицидов
в сельском хозяйстве
К особенностям использования пестицидов в сельском хозяйстве относятся их циркуляция в биосфере, высокая биологическая активность, необходимость применения значительных локальных концентраций, вынужденный контакт населения с пестицидными препаратами. Накапливаясь в почвах,
растениях, животных, пестициды могут вызвать глубокие и
необратимые нарушения нормальных циклов биологического
круговорота веществ и снижение продуктивности почвенных
экосистем.
Подавляющее число пестицидов – кумулятивные яды, токсичное действие которых зависит не только от концентрации,
но и от длительности воздействия. Так, в процессе биоаккумуляции происходит многократное (до сотен тысяч раз) повышение концентрации пестицида по мере продвижения его по пищевым цепям.
В процессе биотрансформации пестицидов наряду с детоксикацией имеет место и токсификация, т.е. образование
веществ, обладающих высокой токсичностью. Мерой токсичности является доза (количество вещества, достаточное для
отравления). Токсичность пестицидов обычно сравнивают
90
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]