Грунт і добрива - негативні наслідки
Недолік мінеральних добрив з одного боку, і використання неякісних високо баластних видів, з іншого, вимагають вирішення комплексної проблеми: забезпечити сільське господарство України достатньою кількістю мінеральних добрив і попередити можливі негативні наслідки їх застосування шляхом заборони використання низькоякісних видів.
Безпечне застосування добрив, утилізація їх відходів вимагають організації чіткої системи контролю якості та відповідності мінеральних добрив безпеки для здоров'я людини і навколишнього середовища.
Мінеральні добрива - це екзогенні хімічні сполуки, за своїм складом поділяються на прості (містять тільки один компонент із головних елементів живлення) і комплексні (що містять не менш двох головних елементів живлення). Прості мінеральні добрива, в залежності від елемента живлення, діляться на азотні, фосфорні, калійні, магнієві, сірчані і т.д. а комплексні - складні, складно-змішані і змішані. За характером безпосереднього впливу на грунт і рослини мінеральні добрива класифікують як фізіологічно і біологічно кислі, хімічно і фізіологічно лужні і фізіологічно нейтральні.
В основі класифікації мінеральних добрив за ступенем небезпеки лежить структура показників, що враховує їх вплив на екотоксикологічних, агрохімічне, гідрохімічний стан агроекосистеми. В рамках певних показників мінеральні добрива діляться на 4 класи небезпеки (згідно з рекомендаціями ВООЗ по розділу хімічних речовин): I - високонебезпечні; II - небезпечні; III - помірно небезпечні; IV - малонебезпечні. Діапазон показників у межах класів небезпеки визначають за існуючими українськими та міжнародними нормативами.
Розроблена класифікація мінеральних добрив дає можливість провести їх агроекологічну оцінку, визначити можливі негативні впливи і вчасно ввести обмеження на використання в сільськогосподарському виробництві добрив, які не відповідають певним екологічним нормативам.
При вивченні адитивних ефектів, ступінь стійкості агроекосистеми щодо хімічних речовин-забруднювачів оцінюють для конкретної речовини, джерелом якого може виступати мінеральне добриво. За М. Глазовського розрізняють:
педохіміческі активні речовини, які створюють кислотно-основні та окисно-відновні умови в грунті і впливають таким чином на загальний стан ґрунтової системи (переважно макроелементи та їх сполуки - NO 3. SO4 2-. Сl -. Na +);
біохімічно активні речовини, які перш за все впливають на живі організми: мікрофлору, рослини, тварини (As, Cd, Pb, Cr, Zn, Ni, Cu, Sn, Hg, F - і т.д.);
речовини, здатні перебувати в грунті в таких формах, що призводить до їх міграції в поверхневі, грунтові і підземні води (NO 3. SO4 2-. Сl -. F -. Cd, Zn і т.д.).
За класифікацією В. Патика та Н. Макаренко, мінеральні добрива в залежності від особливостей впливу на агроекосистем діляться на (рис.1):
директивного (прямого) дії - негативний вплив на навколишнє середовище викликано токсичними домішками мінеральних добрив, серед яких найбільш небезпечними є ТМ, галогени, радіонукліди і т.д. які і є безпосередніми забруднювачами (до цієї групи, перш за все, відносяться фосфорні добрива);
індіректівного (непрямого) дії - негативний вплив на навколишнє середовище відбувається в результаті фізико-хімічних властивостей мінеральних добрив, які в грунті виявляють себе як хімічно, фізіологічно, біологічно кислі (лужні) і певним чином впливають на стан грунтового комплексу. При цьому змінюється реакція ґрунтового розчину, спрямованість процесів синтезу і розпаду гумусових сполук, активність біохімічних, мікробіологічних та інших процесів. Тим самим, зазначені добрива змінюють рухливість біогенів і токсикантів і можуть активізувати процеси міграції останніх в системах «добриво-грунт-рослина», «добриво-грунт-природні води». До таких добрив, перш за все, відносяться азотні, які в основному є фізіологічно кислими або лужними.
Поділ мінеральних добрив за особливостями впливу на ґрунтову систему
Наведений поділ певною мірою умовно. Зокрема, фосфорні добрива можуть змінювати реакцію ґрунтового розчину, але цей вплив не настільки значно, як азотних добрив. Азотні добрива можуть бути джерелом токсичних елементів, хоча в значно меншій мірі, ніж фосфорні. Слід зазначити, що відповідно до наведеної угруповання, більшість калійних і комплексних добрив займає проміжне положення.
Зараз агрохімічна наука має більш ніж достатньо доказів того, що під дією мінеральних добрив відбуваються зміни кислотно-основних властивостей ґрунтів.
В основі негативного впливу мінеральних добрив на кислотно-основні властивості ґрунту лежить процес біологічного окислення азоту і освіти кислот (в прикладі з сульфатом амонію - HNO3 і H2 SO4). У грунті кислоти нейтралізуються, вступаючи у взаємодію з бікарбонатами ґрунтового розчину і катіонами поглинювального комплексу.
Через деякий час в грунтовому поглинальному комплексі, крім Н + з'являється обмінний Аl 3+. який токсичний для багатьох рослин. Вже при концентрації в розчині 2 мг / л А1 спостерігають різке погіршення розвитку кореневої системи, порушується вуглецевий, азотний, фосфатний обмін у рослинах. Високі концентрації алюмінію призводять до різкого зниження врожаю зернових культур і навіть їх загибелі.
Зараз в науковій літературі накопичений великий обсяг даних, які свідчать, що підвищення кислотності ґрунтового розчину може впливати на рухливість в грунті багатьох хімічних елементів, в тому числі токсичних, тим самим активізуючи перехід їх у рослини і міграції за профілем грунту. У кислих грунтах (рН <6,5) подвижность таких элементов как Zn, Mn, Cu, Fe, Co, В и др. значительно увеличивается. Влияние минеральных удобрений на геохимические свойства почв проявляется не столько в привнесении ряда элементов-загрязнителей, сколько в изменении особенностей миграции отдельных групп ТМ, что приводит к их подвижности. Изменяя реакцию почвенного раствора, минеральные удобрения приводят к повышению подвижности токсичных элементов и опосредованно действуют на процессы перехода их в растения: снижение рН водной вытяжки с 6,5 до 4,0 повышает загрязнения растений токсичными элементами с 4 до 20 раз.
Серед традиційних мінеральних добрив, які можуть активно впливати на кислотно-основні властивості ґрунту, найбільшою активністю характеризуються азотні, серед яких ті, що зміщують рівновагу ґрунтового розчину в бік: підкислення - аміачна селітра (NH4) 2 NO3. аміак рідкий NH3. аміак водний NH4 OH, сульфат амонію (NH4) 2 SO4. сульфат амонію натрію (NH4) 2 SO4 + Na2 SO4. хлористий амоній NH4 C1, сечовина (карбамід) CO (NH2) 2. ощелачивания - натрієва селітра NaNO3 (16% N), кальцієва селітра Ca (NO3) 2 -3H2 O (17,5% N).
Використання мінеральних добрив може істотно змінювати біогеохімічний круговорот речовин (рис.2), що нерідко призводить до загострення екологічних проблем.
Хоча наявність в мінеральних добривах домішок ТМ є фактом встановленим, але інформація про забруднення грунту цими елементами в результаті застосування мінеральних добрив носить дещо суперечливий характер.
Як правило, внесення азотних добрив призводить до підвищення рухливості Mn, Fe, Zn, Cd в грунтах і практично не змінює рухливості Сu і Ni, a рухливість РЬ при цьому знижується. Фосфорні добрива зменшують рухливість ТМ в грунті в результаті утворення важкорозчинних фосфатів металів. Калійні добрива менше, ніж азотні і фосфорні впливають на зміну рухливості металів.
В результаті тривалого застосування мінеральних добрив в грунті відбувається інтенсивне накопичення фтору. Доведено, що з фосфорними добривами в грунт надходить 2 - 12 кг / га фтору на рік: при внесенні 60 кг / га Р2 ПРО5 у вигляді суперфосфату в грунт може надійти 6-8 кг фтору; внесення 40 кг фосфору у вигляді амофосу супроводжується внесенням 7 кг / га фтору; з кожною тонною фосфоритного борошна - 19-37 кг фтору. Слід зазначити, що застосування фосфорних добрив призводить не тільки до підвищення загального вмісту фтору в грунті, а й до погіршення біологічної активності грунту і швидкого накопичення фтору безпосередньо доступного рослинам, яке може скласти 90% у порівнянні з контролем.
Серед хімічних елементів I класу небезпеки (Cd, Pb, As, F), що надходять в агроекосистеми з мінеральними добривами, більше внесено фтору. Його кількість, що надходить на сільськогосподарські угіддя в цілому по Україні в різні періоди, може коливатися в межах 89-340 тис т. Надходження свинцю дещо менше - 54-560 т, кадмію та миш'яку - 7,2-91,5 і 19,2 -27,6 т відповідно.
Основні негативні ефекти, що виникають при застосуванні мінеральних добрив: забруднення верхніх шарів ґрунту потенційно небезпечними ТМ, галогенами, радіонуклідами тощо; зміна кислотно-основних властивостей ґрунту при застосуванні мінеральних добрив; вплив на біологічну активність грунту; активізація процесів міграції токсичних і біогенних елементів у горизонтальному і вертикальному напрямках. Зміни, що відбуваються в грунті, викликають певні порушення в суміжних компонентах агроекосистеми. Через грунт мінеральні добрива опосередковано впливають на фізіологічні процеси в рослинах, стає причиною погіршення їх гігієнічної якості. Вони також активізують процеси міграції, що призводить до погіршення якості грунтових вод, а також вод наземних водоймищ із впливом на екотоксикологічні стан водних екосистем.
кандидат сільськогосподарських наук