9 Билет

41.Экологические аспекты применения удобрений и средств химической мелиорации почв.

Среди основных средств повышения урожайности с.х. культур останутся удобрения, поэтому с каждым годом доля их в круговороте питательных ве­ществ будет увеличиваться.

За счет применения промышленных мин. удоб. обеспечивается 50 % прироста урожая, а по некоторым культурам (хлопчатник на орошаемых землях, чай) - около 80 %.

Полный отказ от использования минеральных удобрений, ко­торый иногда предлагают в качестве одного из возможных путей развития с. хоз-ва, приведет к катастрофическому со­кращению производства продовольствия. Поэтому единственно правильное решение данной проблемы — это не отказ от приме­нения, а коренное улучшение технологии использования мин. уд., внесение их в опт. дозах и соотно­шениях, правильное хранение.

При неравномерном их внесении одни растения получают избыточное, а другие - недостаточное количество питательных веществ. Это приводит к неодинаковым темпам развития и созревания растений, снижению урожая и ка­чества продукции.

Наряду с основными элементами питания в мин. уд. часто присутствуют различные примеси в виде солей ТМ, орг. соединений, радиоактивных изото­пов. Сырье для получения мин. уд. (фосфориты, апатиты, сырые калийные соли), как правило, содержит значи­тельное количество примесей — от 10^-5 до 5 % и более. Из токсич­ных элементов могут присутствовать мышьяк, кадмий, свинец, фтор, стронций, которые должны рассматриваться как потенци­альные источники загрязнения окруж. среды и строго учи­тываться при внесении в почву мин. уд.

К критической группе вещ-в, накопление которых ведет к стрессу окружающей среды, относятся ртуть, свинец, кадмий, мы­шьяк и др. Высокая концентрация их в почвенном растворе полностью останавливает рост корней и вы­зывает гибель растений.

Выпадение кислотных дождей, обычное в районах загрязнения среды тяжелыми металлами, повышает их подвижность и создает угрозу попадания в грунтовые воды, а также увеличивает вероят­ность поступления избытка этих металлов в растения.

В результате с.х. деятель­ности многие экосистемы превратились в искусственные агроэкосистемы с существенно измененным химическим составом.

Среди загрязнителей химической природы ТМ имеют осо­бое эколог., биолог. и медицинское значение.

К ТМ относят группу хим. элементов плотностью более 5 г/см³, с отн. ат. массой более 40. Мин. (N, Р, К), орг. уд., средства хим. мелиорации почв и защиты растений также усиливают техногенную нагрузку на окружающую среду, так как с удобрениями (особенно фосфор­ными и органическими) и пестицидами в нее поступают многочисленные примеси ТМ.

ТМ, выделяемые антропогенными источниками, поступают в окружающую среду и вовлекаются в сложившиеся биогеохимические циклы. Одним из путей выявления и предуп­реждения негативных последствий антропогенных изменений в агроценозах является организация мониторинга, который включа­ет систему наблюдений, как за живой, так и за неживой частями биосферы.

Почвенный покров не только геохимически аккумулирует ком­поненты загрязнений, но и выступает как природный буфер, су­щественно снижающий токсичное действие ТМ и регулирующий поступление хим. элементов в растение. Почва практически не обладает способностью самоочищения. Металлы, накапливающиеся в по­чвах, удаляются крайне медленно лишь при выщелачивании, по­треблении растениями, эрозии и дефляции. В этой связи разра­ботка агротехнических мероприятий, снижающих поступление ТМ в с.х. растения, приобретает большую агроэкологическую значимость. Все это требует детального изучения характера распределения и путей трансформации подвижных и неподвижных форм соединений ТМ в почве и контроля за их поведением в агроценозах.

Кол-во подвижных форм хим. элементов в почвах связано с реакцией среды, содержани­ем в почве орг. вещ-ва, гранулометрическим составом, биологическим круговоротом элементов, раст. покровом и процессами миграции металлов в почвенном профиле.

Кадмий обладает более высокой, чем свинец, миграционной способностью. Кадмий, ртуть и свинец практически невозможно изъять из по­чвы, поэтому они все больше накапливаются в ней и различными путями попадают в организм человека.

При разработке мероприятий по снижению содержания ТМ в с.х.растениях, возделываемых на почвах, подвергающихся антропогенному загрязнению, возни­кает необходимость решения ряда проблем. С агрономической и экологической точек зрения необходимы такие приемы возделы­вания культур, которые одновременно способствовали бы сниже­нию поступления ТМ растения и уменьшению их содержания в корнеобитаемом слое почвы. Трудности решения данной проблемы состоят в том, что способствующие уменьшению поступления ТМ в растения (известкование, внесение орг. уд., повышение гумусированности почв и ЕКО), вызывают накопление их в почве в форме малорастворимых соединений.

Так, при известковании кислых почв кадмий, ртуть, свинец, кобальт, никель и другие металлы образуют практически нера­створимые гидроксиды и карбонаты. Ограниченные под­вижность и доступность металлов растениям приводят в этих ус­ловиях к снижению их содержания в продукции, но одновремен­но увеличивают степень загрязнения почвы в результате ослабления миграционных потоков.

Разработка технологий получения экологически чистой про­дукции растениеводства требует детального учета степени воздей­ствия биогенных и абиогенных факторов внешней среды на хими­ческий состав с.х. культур. Концентрация тяжелых металлов в продукции в значительной мере определяется видовыми особенностями куль­тур и характером антропогенного загрязнения. Агротехнические приемы, в том числе известкование, существенно ограничивают поступление ТМ в растения в случае загрязнения почвы. При интенсивном и систематическом поступлении метал­лов с осадками или пылью (вблизи дорог и промышленных зон) с помощью известкования не удается существенно снизить их со­держание в надземных органах растений.

Наряду с известкованием большое влияние на урожай и каче­ство с.х. продукции оказывают окультуренность почвы, мин. и орг. уд.

Высокий уровень содержания подвижного фосфора в почве приводит к заметному снижению подвижности в ней свинца, кад­мия и других тяжелых металлов в результате образования нера­створимых фосфатов. Аналогичное влияние оказывает также вне­сение высоких доз фосфорных удобрений.

При повышении гумусированности почв различных агроценозов подвижность и миграционная способность ТМ в них значительно снижаются, вследствие чего существенно уменьшается опасность загрязнения ими источников питьевой воды, рек, водоемов, продукции растениеводства.

Важным агротехническим приемом, оказываю­щим непосредственное влияние на урожай и его качество, являет­ся система обработки почвы. Получившая в последнее время ши­рокое распространение минимальная поверхностная обработка почвы может быть экономически оправдана в экологически чис­тых регионах на слабозасоренных высокогумусированных плодо­родных почвах. В районах повышенного поверхностного загрязне­ния почвы возникает необходимость оборота пласта с глубокой заделкой верхнего слоя.

Таким образом,

в районах антропогенного загрязнения почв систематическое применение известковых и минеральных удобрений значительно снижает уровень содержания ТМ в с.х. продукции и тем самым существенно повышает ее каче­ство;

в районах систематического интенсивного атмосферного за­грязнения (вблизи промышленных зон и автострад) различные способы основной обработки почв, внесение удобрений и средств химической мелиорации не являются достаточно надежными аг­ротехническими приемами получения экологически чистой про­дукции и могут быть малоэффективными;

при антропогенном загрязнении почвы мин. и орг. уд. существенно снижают концентрацию ТМ в растениях в результате «ростового разбавления» при повышении урожайности сельскохозяйственных культур, в то вре­мя как суммарное их количество, отчуждаемое с урожаем, значи­тельно увеличивается;

применение орг. уд. заметно снижает опас­ность загрязнения ТМ источников питьевой воды, рек, водоемов и с.х. продукции в резуль­тате снижения растворимости и миграционной способности ТМ;

в зонах активной антропогенной нагрузки необходима периодическая глубокая вспашка, которая устраняет локализацию ТМ в верхнем корнеобитаемом слое почвы и снижает их накопление в продукции.

Явления конкурентного и неконкурентного взаимоотноше­ний лежат в основе антагонизма и синергизма элементов, что следует учитывать при создании оптимизированных систем пи­тания растений и преодолении влияния того или иного загрязни­теля.

В условиях вторичных биогеохимических аномалий, возникаю­щих в зоне загрязнения от автодорог, при планировании выращи­вания с.х. культур необходимо учитывать рас­стояние от дороги, преимущественное направление ветров, рель­еф. В качестве мероприятия, снижающего поступление ТМ в почву и растения, предлагают посадку лесозащитных полос.

Вводят также с.х. культуры, которые допус­тимо выращивать при повышенных концентрациях в среде эле­ментов-токсикантов (технические культуры).

Огромный ущерб окружающей среде наносят использование природных источников энергии (уголь, нефть, газ), при сгорании которых в атмосферу выбрасывается большое количество вредных веществ, строительство индустриальных комплексов, мощное раз­витие транспорта, вследствие чего загрязняются воды и почвы с.х. назначения.

В качестве показателя техногенного загрязнения введен специ­альный коэффициент обогащения. Он представляет собой отно­шение концентраций двух элементов в атмосферных осадках, де­ленное на отношение концентраций тех же элементов в земной коре. В нормальных условиях этот коэффициент близок к едини­це. Значение коэффициента обогащения больше единицы, осо­бенно в несколько математических порядков, свидетельствует о техногенном загрязнении.

Наряду с основными элементами мин. питания в ми­н. уд. часто присутствуют различные примеси в виде солей ТМ, радиоактивных веществ и т. д. Так, при внесении фосфорных удобрений в почву попадает кадмий, обладающий высокой токсичностью по отношению к живым организмам и канцерогенными свойствами.

Фосфатные руды в зависимости от геологического происхожде­ния и географического положения содержат различное количество ТМ. Особенно большие различия в содержании кад­мия. В простом суперфосфате есть примеси меди (17 мг/кг), цин­ка (95 мг/кг), мышьяка (300 мг/кг).

Источником загрязнения почв являются также пестициды. На­пример, в результате многолетнего применения медьсодержащих пестицидов в почве под виноградниками резко возросла концент­рация меди. Присутствующая в почве в избыточных количествах медь поступает в растения, изменяет окраску их листьев, нарушает рост.

Однако на данном этапе развития сельского хозяйства невоз­можно полностью отказаться от химических средств защиты рас­тений, поскольку это приведет к значительному недобору урожая всех культур.

Необходимы комплексное применение химических и биологи­ческих средств защиты растений, более тщательный подход к раз­работке рекомендаций по применению пестицидов, введение строжайшего контроля за содержанием этих соединений и про­дуктов их распада в с.х. продукции.

Во избежание внесения в почвы избытка ТМ во многих странах введены ограничения на их содержание в сточных водах, в оросительной и питьевой воде.

На современном этапе необходимо не только заботиться об ох­ране окружающей среды, но и решать вопросы, связанные с ее улучшением в связи с применением удобрений на основе оптими­зации минерального питания и получения продукции высокого качества.

Распределение металлов в органах растений носит отчетливо выраженный характер: корни > стебли > листья > плоды, что сви­детельствует о наличии у растений защитного механизма, который препятствует поступлению тяжелых металлов из корней в надзем­ные органы.