Спецвозможности
Агрохимия

Риски нерационального применения удобрений

24.01.2017
8679
Риски нерационального применения удобрений фото, иллюстрация
Внесення добрив

Применение органических и минеральных удобрений, помимо улучшения питательного режима почвы, что способствует повышению продуктивности сельскохозяйственных культур, может иметь некоторые негативные последствия на агроценоз в целом.
 

Приведенные ниже потенциально опасные проявления химизации могут возникать только в случае несбалансированного, избыточного или научно необоснованного применения минеральных органических удобрений. Цель этой статьи — не призыв к отказу от их применения, а предупреждение о существующих факторах риска, которые следует учитывать при разработке системы минерального органического удобрения , выборе той или иной формы удобрений, нормы и способов внесения на определенном типе почвы для создания предпосылок для максимально безопасного регулирования питательного режима почвы без ухудшения экологического состояния окружающей среды.

Степень появления тех или иных негативных последствий от применения минеральных органических удобрений непосредственно связана с буферными свойствами самой почвы. Имеется в виду неодинакова способность различных типов почв сохранять свои свойства под действием агрогенного нагрузки и других внешних факторов. Например, изменение реакции почвенного раствора (рНН2О или рНКСl) дерново-подзолистой почвы легкого гранулометрического состава в результате применения физиологически кислых удобрений может проявиться достаточно быстро в течение двух-пяти лет в зависимости от дозы их внесения. В то же время, чтобы соответствующим образом снизить показатель рНН2О или рНКСl при применении эквивалентного количества тех же удобрений на черноземных почвах должно пройти около 10-20 лет за счет большего насыщения коллоидного комплекса катионами Са и Mg. То есть буферная способность черноземных почв обусловлена ​​их генезисом, химическим составом и т.п., превышает дерново-подзолистые или серые лесные почвы, и они, соответственно, менее уязвимы к нерационального применения минеральных органических удобрений в сельском хозяйстве и пестицидов или орошения водой ненадлежащего качества.

Потенциальные риски от нерационального применения удобрений можно условно разделить на три группы по механизму их проявления и последствиям:

1. Влияние минеральных органических удобрений непосредственно на жизнь и здоровье человека (загрязнение нитратами грунтовых вод, превышения содержания нитратов в растениеводческой продукции, попадание тяжелых металлов или радионуклидов в продукты питания).

2. Влияние минеральных органических удобрений на свойства почвы (подкисление почвенного раствора, снижение содержания кальция и ухудшение структурно-агрегатного состава почвы).

3. Влияние минеральных органических удобрений на качество растениеводческой продукции (снижение содержания масла в семенах подсолнечника, уменьшение содержания сахара в корнеплодах свеклы, снижение качества волокна льна).

Ниже подробно рассмотрим основные риски применения минеральных органических удобрений и меры по их предупреждению. Попадание нитратов в грунтовые воды происходит вследствие превышения допустимых норм азотных удобрений, в результате чего значительное количество нитратов вместе с влагой атмосферных осадков мигрирует вниз по профилю, за пределы корневой системы растений. Еще одной распространенной причиной упомянутого явления является внедрение системы минерального органического удобрения, которае не учитывает свойства почвы, химизм взаимодействия различных форм азота с грунтовым коллоидно-поглощающим комплексом и климатическими особенностями.

Например, однократное применение при удобрении в сельском хозяйстве высокой дозы азота в подпитке озимых зерновых культур или под основную обработку на почвах с легким гранулометрическим составом в зоне с промывочным режимом увлажнения будет опаснее, чем дробное применение той же дозы в два-три срока. В то же время однократное внесение удобрения эквивалентной дозы азотных удобрений на почвах с тяжелым гранулометрическим составом и высокой емкостью впитывания в зоне с непромывной водным режимом не приведет к существенным потерям нитратной формы с корнеобитаемым слоем почвы. Аммиачные формы азотных удобрений в сельском хозяйстве лучше закрепляются в почве, поэтому в первую очередь предназначены для основного внесения, другие формы (нитратные, аммонийно-нитратные, амидные) больше подойдут для подпитки и применения во предпосевную обработку почвы.

Потенциальную угрозу экологическому состоянию агроценоза может нанести применение безводного аммиака в сельском хозяйстве. Для минимизации возможных потерь азота из почвы необходимо учитывать следующие факторы: влажность, гранулометрический состав, содержание гумуса, емкость впитывания почвы, его кислотность. По литературным данным, внесения безводного аммиака в воздушно-сухую или переувлажненную почву приводит к увеличению объемов азота, извлеченного из биологического круговорота, величина которого может составлять до 300% по сравнению с проведением подобного агромероприятия на оптимально увлажненной почве. Глубину заделки безводного аммиака определяют гранулометрическим составом почвы и его влажностью, однако ведущую роль играет именно расстояние точки внесения аммиака от поверхности почвы. Даже на сухой супесчаной почве увеличение глубины заделки безводного аммиака с 5 см до 10 см способствовало сокращению в 16 раз газообразных потерь азота в течение первых суток наблюдений.

Результаты исследований М.М. Мирошниченко, Е.Ю. Гладких, а также А.В. Ревтье свидетельствуют, что глубина миграции нитратного азота зависит от количества осадков в период восстановления нитрификацийнои активности. 50 мм осадков в апреле высокие концентрации нитратов обнаружены на глубине 100-140 см как при ленточном внесения безводного аммиака, так и при разбросном применении аммиачной селитры в дозе 100 кг/га д. в. В год с меньшим количеством апрельских осадков (32 мм) нитратный азот был сосредоточен на глубине 60-100 см, а его объем при внесении безводного аммиака был вдвое больше, чем соответствующий показатель при удобрении аммиачной селитрой.

Загрязнение растениеводческой продукции нитратами обычно происходит в результате применения необоснованно высоких норм азотных удобрений в сельском хозяйстве. Для полевых культур эту угрозу сводят к минимуму благодаря особенностям потребления и перераспределения различных форм азота между вегетативными и генеративными органами растений. Также ограничительным фактором выступает экономическая целесообразность внесения большого количества удобрений. Но для овощных, бахчевых и плодово-ягодных культур с высоким уровнем рентабельности превышение допустимых концентраций нитратов вполне вероятно. Впрочем, не только чрезмерное применение минеральных удобрений в сельском хозяйстве может привести к получению продукции с опасно высоким содержанием нитратов. В отдельных случаях при систематическом внесении очень высоких норм навоза в органическом производстве тоже может наблюдаться загрязнение растениеводческой продукции нитратами.

К другим вероятным экологическим рискам химизации принадлежат потенциальная угроза постепенного накопления и загрязнения почв тяжелыми металлами и другими токсичными элементами. Среди самых распространенных источников этих веществ, связанных с сельхозпроизводством, органические и минеральные удобрения (табл. 1). Кроме положительного влияния на повышение эффективного плодородия почвы и продуктивности сельхозкультур, их систематическое применение может сопровождаться накоплением тяжелых металлов и других загрязнителей в верхнем корнеобитаемом слое почвы.

Технология применения удобрений.

Различные виды удобрений содержат неодинаковое количество тяжелых металлов. Наиболее экологически чистыми можно считать азотные удобрения. Фосфорные, калийные и органические удобрения содержат их в больших концентрациях (табл. 2).

Интенсивность загрязнения агроценоза зависит от уровня концентрации тяжелых металлов, фтора или природных радиоактивных элементов в полезных ископаемых, которые служат сырьем для изготовления фосфорных и калийных удобрений (табл. 3).

Но с другой стороны научно обоснованное применение экологически безопасных фосфорных удобрений в сельском хозяйстве — это эффективная мера, который усиливает физиологические барьерные функции растений к тяжелым металлам на загрязненных землях, расположенных рядом с промышленными объектами или другими источниками аэрозольного загрязнения (интенсивными автодорогами и т.д.). Детоксикационный эффект более выражен в простых фосфорных удобрениях в сельском хозяйстве, поскольку фосфоритная мука и суперфосфат из-за высокого содержания балласта в виде активного кальция способствует снижению кислотности почвенного раствора и соответственно подвижности тяжелых металлов. При наличии достаточного количества фосфора в почве растения приобретают способность связывать избыточные тяжелые металлы в нерастворимые фосфорорганические комплексы в пределах коренесодержащего слоя почвы. Кроме того, создание оптимального питательного режима позволяет за счет так называемого ростового разбавления существенно снизить концентрацию загрязнителей в выращенной продукции.

Технология применения удобрений. Многочисленные исследования на различных типах почв свидетельствуют о возможности увеличения содержания некоторых элементов (Pb, Cd, F и др.) Путем систематического применения минеральных удобрений в сельском хозяйстве. По данным А.И. Фатеева, в длительном стационарном опыте на черноземе типичном с применением различных форм фосфорных и калийных удобрений в сельском хозяйстве на азотно-калийном и азотно-фосфорном фонах соответствии установлено изменение содержания микроэлементов, изымаются аммонийно-ацетатным буферным раствором. В частности, на фоне 50-летнего внесения N1400Р1400К1400 содержимое подвижного кадмия повысился от 0,20 мг/кг неудобреному контролю до 0,25-0,35 мг/кг, никеля от 0,40 до 0,60-0,95 мг/кг, железа от 1,5 до 2,5 мг/кг, марганца от 17 до 23-55 мг/кг (табл. 4). Также наблюдалось некоторое увеличение содержания меди и свинца.

Исследование Б.С. Носка и Е.Ю. Гладких экологических последствий использования высоких доз (1800 кг/га д.в. и выше) минеральных удобрений в сельском хозяйстве на черноземе оподзоленном показали, что под влиянием действия и последействия разных видов удобрений происходит накопление и тяжелых металлов, и водорастворимого фтора в количествах, которые несколько превышают их содержимое на контрольном варианте, но значительно ниже предельно допустимых концентраций. Таким образом, подобная антропогенная нагрузка может нивелироваться за счет буферных свойств черноземных почв.

Кроме интенсивной химизации, к ухудшению эколого-мелиоративного состояния почв может привести ирригация шахтными, промышленными или недостаточно очищенными бытовыми сточными водами. Обычно они характеризуются повышенной минерализацией, содержащей органические примеси и загрязнения тяжелыми металлами. Поэтому важно проводить предварительную оценку их пригодности к орошению.

Чтобы минеральные удобрения не стали источником загрязнения радиоактивными веществами, следует строго контролировать санитарно-гигиенические показатели сырья, из которого их производят. Что касается сельхозпроизводства почти 2 млн га радиоактивно загрязненных в результате аварии на Чернобыльской АЭС пахотных земель, следует придерживаться принципов оптимизации питания растений всеми необходимыми макро- и микроэлементами. Поскольку интенсивность поступления опасных радиоактивных изотопов цезия (Cs-137) и стронция (Sr-90) с длительным периодом полураспада в растениеводческой продукции связана с наличием достаточного количества доступных конкурирующих элементов калия и кальция. То есть, чем выше содержание калия в почве, тем меньше количество Cs-137 усваиваться корневой системой растений. Аналогичная зависимость касается кальция и Sr-90. В связи с этим несбалансированное применение минеральных удобрений в сельском хозяйстве, например преобладание азота над другими элементами питания, может привести к накоплению радионуклидов в растениеводческой продукции.

Как свидетельствуют результаты многочисленных исследований на территориях, прилегающих к зоне отчуждения ЧАЭС, существенного уменьшения загрязнения растений радиоактивными изотопами через корневое питание можно достичь за счет применения повышенных норм минеральных удобрений в сельском хозяйстве, в которых соотношение макроэлементов смещено в пользу фосфора и калия. Кроме того, в обеспечении получения продукции с допустимой концентрацией вредных веществ важная роль принадлежит устранению кислой реакции почвенного раствора путем проведения химической мелиорации. По слабокислой, нейтральной или слабощелочной реакции, повышенному содержанию Са и Mg миграционная способность радионуклидов существенно уменьшается (табл. 5).

Именно применение зернистых или жовновых фосфоритов с высоким содержанием кальция обусловило уменьшение коэффициента перехода радиоцезия в зеленую массу в 1,63-1,57 раза по сравнению с показателями до контроля. Активность растительного пробы по их внесения составляла 113,5-116,5 Бк/кг, что на 74,7-71,7 Бк меньше соответствующего показателя на контроле.

Кроме повышения кислотности почвы из-за систематического применения физиологически кислых форм минеральных удобрений в сельском хозяйстве, о чем уже говорилось в начале статьи, под воздействием интенсивного антропогенной нагрузки наблюдается определенная тенденция к ухудшению структурно-агрегатному состава почвы, которое проявляется в росте его объемного веса по основным генетическим горизонтами. По нашим данным, в закладки опыта чернозем типичный характеризовался следующими показателями: слой 0-20 см - 1,09 г/см3, слой 20-30 см - 1,16 г/см3, слой 45-60 см - 1,22 г/см3, слой 80-90 см - 1,13 г/см3, слой 120-140 см - 1,19 г/см3 (табл. 6).

Увеличение объемного веса грунта при минеральной системе удобрения мы связываем с декальцинацией верхних слоев чернозема в результате выноса со значительными объемами урожая основной и нетоварной продукции сельхозкультур и выщелачивания вместе с нисходящими потоками воды.

Показатели качества продукции существенно зависят от условий трофической режима почвы. Ранние зерновые культуры при оптимальных агрохимических параметров почвенной среды формируют продукцию лучшего качества, чем на контроле. В технических культур наблюдается обратная зависимость между улучшением питательного режима почвы и показателями качества продукции. Уменьшение содержания полезных веществ на удобренном фоне по сравнению с контролем объясняется прежде всего так называемым эффектом разбавления их в большем объеме продукции. Кроме того, ухудшение показателей качества растениеводческой продукции обычно является следствием нарушения оптимального соотношения макроэлементов в системе удобрения.
Для получения высококачественной продукции конкретного вида сельскохозяйственной культуры питательный режим почвы должна соответствовать определенным требованиям, которые обусловлены биологическими особенностями накопления хозяйственно-полезных веществ в товарной части урожая в определенных почвенно-климатических условиях. Показатели качества зерновых культур тесно коррелируют с улучшением азотного режима почвы. Коэффициент корреляции между содержанием минерального азота в 0-30 см слое почвы и содержанием сырой клейковины в зерне озимой пшеницы составляет 0,99. Увеличение содержания азота с 17,5 до 28,2 мг /кг обеспечивает рост содержания клейковины в зерне на 5,3% - до показателей второго класса качества (рис. 1).

Улучшение питательного режима почвы обусловило увеличение содержания белка в зерне сои на 1,0-5,2% и уменьшение содержания жира на 0,6-2,6% по сравнению с контролем. Поскольку именно содержание белка определяет товарную ценность сои, можно отметить положительное влияние удобрений на качество продукции.

Рост масличности семян подсолнечника на 0,7-0,8% достигают путем внесения минеральных удобрений, повышения уровня обеспеченности почвы подвижными формами фосфора и калия, а одностороннее улучшение азотно-фосфорного режима приводит к уменьшению содержания масла в 1,7-1,8%.

Внесение минеральных удобений, азотных удобрений под сахарную свеклу в дозе N180 привело к уменьшению содержания сахара в продукции на 2,3% по сравнению с контролем. Регулирования калийного режима почвы с помощью применения удобрений в дозе К150 способствовало увеличению содержания сахара в корнеплодах на 1,1%. Сбалансированное внесение основных элементов питания в дозе N180P180K150 не приводит к существенному уменьшению содержания сахара в сырье, а за счет роста урожайности позволяет на 22,1 ц увеличить выход сахара с 1 га посевов по сравнению с контролем.

Для предотвращения потенциального ухудшения экологического состояния сельскохозяйственных земель при проектировании системы минерального и органического удобрения следует учитывать свойства минеральных удобрений, особенности почвенно-климатических условий хозяйства, биологические потребности культур севооборота и текущие агрохимические и фоновые токсикологические показатели агроценоза.

О. До­цен­ко, кан­ди­дат с.-х. на­ук,
ННЦ «Инсти­тут почвоведения и аг­рохимии имени О.Н. Со­ко­ловско­го»

 

Интервью
Игорь Чечетко, директор компании HZPC Ukraine
После того, как заработало соглашение о свободной торговле с ЕС, ряд украинских сельхозпроизводителей попытались выйти на европейский рынок. Стало понятно, что продукция, которая продается в свежем
Совсем недавно у Украинской зерновой ассоциации появился новый руководитель - Николай Горбачов. Мы поговорили с ним о проблемах, которые волнуют УЗА, прогнозах на нынешний сезон и личном видении

1
0