Ризики нераціонального застосування добрив
Застосування органічних і мінеральних добрив, крім поліпшення поживного режиму ґрунту, що сприяє підвищенню продуктивності сільськогосподарських культур, може мати деякі негативні наслідки на агроценоз у цілому.
Наведені нижче потенційно небезпечні прояви хімізації можуть виникати лише у випадку незбалансованого, надлишкового або науково необґрунтованого застосування мінеральних та органічних добрив сільському господарстві. І мета цієї статті — не заклик до відмови від їхнього застосування, а попередження про існуючі фактори ризику, які слід враховувати під час розробки системи мінерального та органічного удобрення, обранні тієї чи іншої форми добрив, норми і способів внесення на певному типі ґрунту для створення передумов для максимально безпечного регулювання поживного режиму ґрунту без погіршення екологічного стану довкілля.
Ступінь появи тих чи інших негативних наслідків від застосування мінеральних та органічних добрив у сільському господарстві безпосередньо пов'язана з буферними властивостями самого ґрунту. Тобто мається на увазі неоднакова здатність різних типів ґрунтів зберігати свої властивості під дією агрогенного навантаження та інших зовнішніх факторів. Наприклад, зміна реакції ґрунтового розчину (рНН2О або рНКСl) дерново-підзолистого ґрунту легкого гранулометричного складу внаслідок застосування фізіологічно кислих мінеральних добрив може проявитися досить швидко впродовж двох-п'яти років залежно від дози їхнього внесення. Водночас, щоб відповідним чином знизити показник рНН2О або рНКСl за застосування еквівалентної кількості тих самих мінеральних добрив у сільському господарстві на чорноземних ґрунтах має минути близько 10–20 років за рахунок більшого насичення колоїдного комплексу катіонами Са й Mg. Тобто буферна здатність чорноземних ґрунтів обумовлена їхнім генезисом, хімічним складом тощо, перевищує дерново-підзолисті чи сірі лісові ґрунти, і вони, відповідно, менш уразливі до нераціонального застосування мінеральних та органічних добрив і пестицидів або зрошення водою неналежної якості.
Потенційні ризики від нераціонального застосування мінеральних і органічних добрив можна умовно розподілити на три групи за механізмом їхнього прояву та наслідками:
1. Вплив мінеральних та органічних добрив безпосередньо на життя та здоров'я людини (забруднення нітратами ґрунтових вод, перевищення вмісту нітратів у рослинницькій продукції, потрапляння важких металів або радіонуклідів у продукти харчування).
2. Вплив мінеральних та органічних добрив на властивості ґрунту (підкислення ґрунтового розчину, зниження вмісту кальцію й погіршення структурно-агрегатного складу ґрунту).
3. Вплив мінеральних та органічних добрив на якість рослинницької продукції (зниження вмісту олії в насінні соняшнику, зменшення вмісту цукру в коренеплодах буряків, зниження якості волокна льону).
Нижче детальніше розглянемо основні ризики застосування мінеральних та органічних добрив та заходи щодо їхнього запобігання. Потрапляння нітратів до ґрунтових вод відбувається внаслідок перевищення допустимих норм азотних добрив, у результаті чого значна кількість нітратів разом із вологою атмосферних опадів мігрує вниз за профілем, за межі кореневої системи рослин. Ще однією поширеною причиною згаданого явища є впровадження системи мінерального та органічного удобрення, що не враховує властивостей ґрунту, хімізму взаємодії різних форм азоту із ґрунтовим колоїдно-поглинальним комплексом та кліматичних особливостей.
Наприклад, однократне застосування високої дози мінеральних добрив азоту в підживленні озимих зернових культур або під основний обробіток на ґрунтах із легким гранулометричним складом у зоні з промивним режимом зволоження буде небезпечнішим, ніж дробне застосування тієї ж дози у два-три строки. Водночас однократне внесення еквівалентної дози мінеральних азотних добрив на ґрунтах із важким гранулометричним складом та високою ємністю вбирання в зоні з непромивним водним режимом не призведе до істотних утрат нітратної форми з кореневмісного шару ґрунту. Аміачні форми мінеральних азотних добрив краще закріплюються в ґрунті, тому насамперед призначені для основного внесення, інші форми (нітратні, амонійно-нітратні, амідні) більше підійдуть для підживлення та застосування під передпосівний обробіток ґрунту.
Потенційну загрозу екологічному стану агроценозу може завдати застосування безводного аміаку. Для мінімалізації можливих утрат азоту з ґрунту необхідно враховувати наступні фактори: вологість, гранулометричний склад, вміст гумусу, ємність вбирання ґрунту, його кислотність. За літературними даними, внесення безводного аміаку в повітряно-сухий або перезволожений ґрунт призводить до збільшення обсягів азоту, вилученого з біологічного колообігу, величина яких може становити до 300% порівняно із проведенням подібного агрозаходу на оптимально зволоженому ґрунті. Глибину заробки безводного аміаку визначають гранулометричним складом ґрунту та його вологістю, проте провідну роль відіграє саме відстань точки внесення аміаку від поверхні ґрунту. Навіть на сухому супіщаному ґрунті збільшення глибини заробки безводного аміаку з 5 см до 10 см сприяло скороченню в 16 разів газоподібних утрат азоту протягом першої доби спостережень.
Результати досліджень М.М. Мірошниченка, Є.Ю. Гладкіх, а також А.В. Ревтьє свідчать, що глибина міграції нітратного азоту залежить від кількості опадів у період відновлення нітрифікаційної активності. За 50 мм опадів у квітні високі концентрації нітратів виявлено на глибині 100–140 см як за стрічкового внесення безводного аміаку, так і розкидного застосування аміачної селітри в дозах 100 кг/га д. р. У рік із меншою кількістю квітневих опадів (32 мм) нітратний азот був зосереджений на глибині 60–100 см, а його обсяг за внесення безводного аміаку був удвічі більшим, ніж відповідний показник за удобрення аміачною селітрою.
Забруднення рослинницької продукції нітратами зазвичай відбувається внаслідок застосування необґрунтовано високих норм азотних добрив сільському господарстві. Для польових культур цю загрозу зводять до мінімуму завдяки особливостям споживання та перерозподілу різних форм азоту між вегетативними й генеративними органами рослин. Також обмежувальним фактором виступає економічна доцільність внесення великої кількості добрив. Але для овочевих, баштанних та плодово-ягідних культур із високим рівнем рентабельності перевищення допустимих концентрацій нітратів цілком ймовірне. Утім не лише надмірне застосування мінеральних добрив сільському господарстві може призвести до одержання продукції з небезпечно високим умістом нітратів. В окремих випадках за систематичного внесення дуже високих норм гною( органічних добрив) в органічному виробництві теж може спостерігатися забруднення рослинницької продукції нітратами.
До інших ймовірних екологічних ризиків хімізації належать потенційна загроза поступового накопичення та забруднення ґрунтів важкими металами та іншими токсичними елементами. Серед найпоширеніших джерел цих речовин, пов'язаних із сільськогосподарським виробництвом, органічні та мінеральні добрива (табл. 1). Окрім позитивної дії, на підвищення ефективної родючості ґрунту та продуктивності сільськогосподарських культур, їхнє систематичне застосування може супроводжуватися накопиченням важких металів та інших полютантів у верхньому кореневмісному шарі ґрунту.
Технологія застосування мінеральних та органічних добрив в сільському господарстві. Різні види добрив містять неоднакову кількість важких металів. Найбільш екологічно чистими можна вважати азотні добрива. Фосфорні, калійні та органічні добрива містять їх у більших концентраціях (табл. 2).
Інтенсивність забруднення агроценозу залежить від рівня концентрації важких металів, фтору або природних радіоактивних елементів у корисних копалинах, що слугують сировиною для виготовлення фосфорних і калійних добрив (табл. 3).
Але з іншого боку науково обґрунтоване застосування екологічно безпечних фосфорних добрив сільському господарстві— це ефективний захід, який посилює фізіологічні бар'єрні функції рослин щодо важких металів на забруднених землях, розташованих поряд із промисловими об'єктами або іншими джерелами аерозольного забруднення (інтенсивними автошляхами тощо). Детоксикаційний ефект більш виражений у простих мінеральних фосфорних добрив сільському господарстві, оскільки фосфоритне борошно та суперфосфат через вищий вміст баласту у вигляді активного кальцію сприяє зниженню кислотності ґрунтового розчину й відповідно рухомості важких металів. За наявності достатньої кількості фосфору в ґрунті рослини набувають здатності зв’язувати надлишкові важкі метали в нерозчинні фосфорорганічні комплекси в межах коренемісткого шару ґрунту. Крім того, створення оптимального поживного режиму дає змогу за рахунок так званого ростового розбавлення істотно знизити концентрацію полютантів у вирощеній продукції.
Численні дослідження на різних типах ґрунтів свідчать про можливість збільшення вмісту деяких елементів (Pb, Cd, F та ін.) шляхом систематичного застосування мінеральних добрив у сільському господарстві. За даними А.І. Фатєєва, у тривалому стаціонарному досліді на чорноземі типовому із застосуванням різних форм фосфорних і калійних добрив на азотно-калійному та азотно-фосфорному фонах відповідно встановлено зміну вмісту мікроелементів, що вилучаються амонійно-ацетатним буферним розчином. Зокрема, на тлі 50-річного внесення N1400Р1400К1400 уміст рухомого кадмію підвищився від 0,20 мг/кг на неудобреному контролі до 0,25–0,35 мг/кг, нікелю від 0,40 до 0,60–0,95 мг/кг, заліза від 1,5 до 2,5 мг/кг, марганцю від 17 до 23–55 мг/кг (табл. 4). Також спостерігалося певне збільшення вмісту міді й свинцю.
Дослідження Б.С. Носка та Є.Ю. Гладкіх екологічних наслідків використання високих доз (1800 кг/га д.р і вище) мінеральних добрив на чорноземі опідзоленому показали, що під упливом дії та післядії різних видів добрив відбувається накопичення і важких металів, і водорозчинного фтору в кількостях, які дещо перевищують їхній уміст на контрольному варіанті, але є значно нижчими за гранично допустимі концентрації. Таким чином, подібне антропогенне навантаження може нівелюватися за рахунок буферних властивостей чорноземних ґрунтів.
Крім інтенсивної хімізації, до погіршення еколого-меліоративного стану ґрунтів може призвести іррігація шахтними, промисловими чи недостатньо очищеними побутовими стічними водами. Зазвичай вони характеризуються підвищеною мінералізацією, містять органічні домішки та забруднені важкими металами. Тому важливо проводити попередню оцінку їх придатності до зрошення.
Як зазначалося вище, аби мінеральні добрива у сільському господарстві не стали джерелом забруднення радіоактивними речовинами, слід суворо контролювати санітарно-гігієнічні показники сировини, з якої їх виробляють. Що стосується сільськогосподарського виробництва на майже 2 млн га радіоактивно забруднених у результаті аварії на Чорнобильській АЕС орних земель, слід дотримуватися принципів оптимізації живлення рослин усіма необхідними макро- й мікроелементами. Оскільки інтенсивність надходження небезпечних радіоактивних ізотопів цезію (Cs-137) та стронцію (Sr-90) із тривалим періодом напіврозпаду до рослинницької продукції пов'язана з наявністю достатньої кількості доступних конкуруючих елементів калію та кальцію. Тобто, що вищий уміст мінеральних добрив- калію в ґрунті, то менша кількість Cs-137 засвоюватиметься кореневою системою рослин. Аналогічна залежність стосується кальцію та Sr-90. У зв'язку з цим незбалансоване застосування добрив, наприклад переважання азоту над іншими елементами живлення, може призвести до накопичення радіонуклідів у рослинницькій продукції.
Як свідчать результати численних досліджень на територіях, прилеглих до зони відчуження ЧАЕС, істотного зменшення забруднення рослин радіоактивними ізотопами через кореневе живлення можна досягнути за рахунок застосування підвищених норм добрив, у яких співвідношення макроелементів зміщене на користь фосфору й калію. Крім того, у забезпеченні одержання продукції з допустимою концентрацією небезпечних речовин важлива роль належить усуненню кислої реакції ґрунтового розчину шляхом проведення хімічної меліорації. За слабокислої, нейтральної чи слаболужної реакції, підвищеного вмісту Са та Mg міграційна здатність радіонуклідів істотно зменшується (табл. 5).
Саме застосування зернистих або жовнових фосфоритів із високим умістом кальцію обумовило зменшення коефіцієнту переходу радіоцезію в зелену масу в 1,63–1,57 разу порівняно з показниками до контролю. Активність рослинної проби за їхнього внесення становила 113,5–116,5 Бк/кг, що на 74,7–71,7 Бк менше за відповідний показник на контролі.
Крім підвищення кислотності ґрунту через систематичне застосування фізіологічно-кислих форм мінеральних добрив, про що вже зазначалося на початку статті, під упливом інтенсивного антропогенного навантаження спостерігається певна тенденція до погіршення структурно-агрегатного складу ґрунту, яка виявляється у зростанні його об'ємної ваги за основними генетичними горизонтами. За нашими даними, до закладки досліду чорнозем типовий характеризувався наступними показниками: шар 0–20 см — 1,09 г/см3, шар 20–30 см — 1,16 г/см3, шар 45–60 см — 1,22 г/см3, шар 80–90 см — 1,13 г/см3, шар 120–140 см — 1,19 г/см3 (табл. 6).
Збільшення об'ємної ваги ґрунту за мінеральної системи удобрення ми пов'язуємо з декальцинацією верхніх шарів чорнозему внаслідок виносу із значними обсягами врожаю основної та нетоварної продукції сільськогосподарських культур та вилуговування разом із низхідними потоками вологи.
Показники якості продукції істотно залежать від умов трофічного режиму ґрунту. Ранні зернові культури за оптимальних агрохімічних параметрів ґрунтового середовища формують продукцію кращої якості, ніж на контролі. У технічних культур спостерігається зворотна залежність між поліпшенням поживного режиму ґрунту та показниками якості продукції. Зменшення вмісту корисних речовин на удобреному фоні порівняно з контролем пояснюється насамперед так званим ефектом розбавлення їх у більшому об'ємі продукції. Крім того, погіршення показників якості рослинницької продукції зазвичай є наслідком порушення оптимального співвідношення макроелементів у системі удобрення.
Для одержання високоякісної продукції конкретного виду сільськогосподарської культури поживний режим ґрунту має відповідати певним вимогам, що обумовлені біологічними особливостями накопичення господарсько-корисних речовин у товарній частині урожаю в окреслених ґрунтово-кліматичних умовах. Показники якості зернових культур тісно корелюють із поліпшенням азотного режиму ґрунту. Коефіцієнт кореляції між умістом мінерального азоту в 0–30 см шарі ґрунту та вмістом сирої клейковини в зерні озимої пшениці становить 0,99. Збільшення вмісту азоту з 17,5 до 28,2 мг/кг забезпечує зростання вмісту клейковини в зерні на 5,3% — до показників другого класу якості (рис. 1).
Покращення поживного режиму ґрунту обумовило збільшення вмісту білка в зерні сої на 1,0–5,2% та зменшення вмісту жиру на 0,6–2,6% порівняно з контролем. Оскільки саме вміст білка визначає товарну цінність сої, можна відзначити позитивний вплив добрив на якість продукції.
Зростання олійності насіння соняшнику на 0,7–0,8% досягають шляхом підвищення рівня забезпеченості ґрунту рухомими формами фосфору та калію, а одностороннє покращення азотно-фосфорного режиму призводить до зменшення вмісту олії на 1,7–1,8%.
Унесення мінеральних азотних добрив під буряки цукрові в дозі N180 спричинило зменшення вмісту цукру в продукції на 2,3% порівняно з контролем. Регулювання калійного режиму ґрунту за допомогою застосування мінеральних добрив в дозі К150 сприяло збільшенню вмісту цукру в коренеплодах на 1,1%. Збалансоване внесення основних елементів живлення в дозі N180P180K150 не призводить до істотного зменшення вмісту цукру в сировині, а за рахунок зростання урожайності дозволяє на 22,1 ц збільшити вихід цукру з 1 га посівів порівняно з контролем.
Для уникнення потенційного погіршення екологічного стану сільськогосподарських земель під час проектування системи мінерального та органічного удобрення варто враховувати властивості мінеральних добрив, особливості ґрунтово-кліматичних умов господарства, біологічні потреби культур сівозміни та поточні агрохімічні й фонові токсикологічні показники агроценозу.
О. Доценко, кандидат с.-г. наук,
ННЦ «Інститут ґрунтознавства та агрохімії імені О.Н. Соколовського»