У1П.5. Экологические следствия использования минеральных удобрений

Темпы роста производства удобрений во многом сходны с ростом производства электроэнергии (объем удваивается каждые 8-10 лет). С 1950 г. до середины 80-х годов производство минеральных удобрений в мире возросло примерно в 8 раз, а в бывшем СССР - в 18 раз. С 1993 по 2000 г. прогнозируется увеличение мирового производства удобрений примерно в 2,5 раза (табл.26).

Таблица 26

Мировое производство минеральных удобрений, млн./т Виды удобрений Объемы проюводства удобрения 1993 год 2000 г. (прогноз) росте 1993 по 2000 гг. Азотные 63 170 107 Фосфорные 33 70 37 Калийные 29 60 31 Всего 125 300 175 224

Применение удобрений можно рассматривать как одно из проявлений закона увеличения вложения энергии в единицу производимой сельскохозяйственной продукции. Это значит, что для получения одной и той же прибавки урожая требуется все большее количество минеральных удобрений. Так, на начальных этапах применения удобрений прибавку 1 т зерна с га обеспечивает внесение 180-200 кг азотных туков. Следующая дополнительная тонна зерна связана с дозой удобрений в 2-3 раза большей.

Экологические последствия применения минеральных удобрений целесообразно рассматривать, по крайней мере, с трех точек зрения:

1) местное влияние удобрений на экосистемы и почвы, в которые они вносятся;

2) запредельное влияние на другие экосистемы и их звенья, прежде всего на водную среду и атмосферу;

3) влияние на качество продукции, получаемой с удобренных почв, и здоровье людей.

Влияние минеральных удобрений на почвы. Из рис.21 видно, что наступает такое состояние системы, когда внесение удоб-

Рис. 21

Изменения урожая в зависимости от количества вносимых удобрений (Н. Ф. Реймерс, 1990). Условные единицы в 5 - 4 Урожай 2 / * 1 —| 1 г^ 1 1 12 3 4 Количество минеральных удобрений 8-2937 225

рений практически не дает никакой прибавки уровня, а еще большие их дозы ведут к снижению урожая. Здесь срабатывает правило лимитирующего фактора по его максимальному значению.

В почве как системе происходят такие изменения, которые ведут к потере плодородия: повышается кислотность, изменяется видовой состав почвенных организмов, нарушается круговорот веществ, разрушается структура, ухудшаются другие свойства.

Имеются данные (Минеев, 1964), что следствием увеличения кислотности почв при применении удобрений (прежде всего кислых азотных) является повышенное вымывание из них кальция и магния. Для нейтрализации данного явления приходится вносить в почву эти элементы.

Фосфорные удобрения не обладают столь выраженным подкисляющим эффектом, как азотные, но они могут вызывать цинковое голодание растений и накопление стронция в получаемой продукции.

Многие удобрения содержат посторонние примеси. В частности, их внесение может повышать радиоактивный фон, вести к прогрессивному накоплению тяжелых металлов.

Основной способ уменьшить эти следствия - умеренное и научно обоснованное применение удобрений (оптимальные дозы, минимальное количество вредных примесей, чередование с органическими удобрениями и пр.). Следует также помнить выражение, что «минеральные удобрения являются средством маскировки реальностей». Имеются, например, данные, что с продуктами эрозии почв выносится больше минеральных веществ, чем их вносится с удобрениями.

Влияние минеральных удобрений на атмосферный воздух и воду. Влияние удобрений на атмосферный воздух, как и воду, связано в основном с их азотными формами. Азот минеральных удобрений поступает в воздух либо в свободном виде (в результате денитрифика-ции), либо в виде летучих соединений (например, в форме закиси N,0).

По современным представлениям, газообразные потери азота из азотных удобрений составляют от 10 до 50% от его внесения. Действенным средством снижения газообразных потерь азота является научно обоснованное их применение (внесение в корнеобитаемую зону для быстрейшего поглощения растениями, использование веществ-ингибиторов газообразных потерь, например нитропирина и др.).

Наиболее ощутимое влияние на водные источники, кроме азотных, оказывают фосфорные удобрения. Напомним, что привычная нам чистота водоемов связана с тем, что азот и фосфор выступа

226

ют здесь как лимитирующие факторы для автотрофного (растительного) звена экосистем. Обогащение вод азотом и фосфором неизбежно сопровождается зарастанием водоемов, размножением в них водорослей, в том числе и оказывающих наибольший отрицательный эффект на качество воды - сине-зеленых. Эти вопросы мы рассматривали в разделе, посвященном водным ресурсам.

Фосфор вследствие незначительного содержания в водах и малой токсичности практически не оказывает прямого отрицательного влияния на питьевую воду.

Отрицательное влияние на воды и их обитателей оказывают хлор-содержащие удобрения (NH4C1, KCl), а также примеси к различным удобрениям. Последнее наиболее характерно для фосфорных форм удобрений, содержащих в своем составе фтор, тяжелые металлы и радиоактивные элементы.

Наряду с загрязнением минудобрениями поверхностных вод, прогрессирует поступление их в грунтовые воды. Имеются случаи, когда в воде из скважин и колодцев содержалось до 500-700 мг/л нитратов. Особенно прогрессирует загрязнение грунтовых вод в тех случаях, когда они не прикрыты плотными (глинистыми, скальными) породами и залегают на небольшой глубине.

Вынос удобрений в водные источники сводится к минимуму при правильном их внесении. В частности, недопустимо разбрасывание удобрений по снеговому покрову, рассеивание их с летательных аппаратов вблизи водоемов, хранение под открытым небом и т. п.

Влияние минеральных удобрений на качество продукции и здоровье людей. Минудобрения способны оказывать отрицательное воздействие как на растения, так и на качество растительной продукции, а также на организмы, ее потребляющие. Основные из таких воздействий представлены в таблицах27,28.

При высоких дозах азотных удобрений увеличивается риск заболеваний растений (рис.22). Имеет место чрезмерное накопление зеленой массы, и резко возрастает вероятность полегания растений.

227

Таблица 27

Воздействие минеральных удобрений на растения и качество растительной продукции (по разным источникам)

Виды удобрений

Влияние

положительное

отрицательное

Азотные

Фосфорные

Калийные

Повышают содержание белка в зерне, улучшают хлебопекарные качества зерна

Снижают отрицательные воздействия азота, улучшают качество продукции, способствуют повышению устойчивости растений к болезням

Аналогично фосфорным

При высоких дозах или несвоевременных способах внесения — накопление в виде нитратов(особенно в овощах), буйный рост в ущерб устойчивости, повышенная заболеваемость, особенно грибными болезнями. Хлористый аммоний способствует накоплению хлора. Основные накопители нитратов - овощи, кукуруза, овес, табак. При высоких дозах возможны токсикозы растений. Действуют в основном через содержащиеся в них тяжелые металлы (кадмий, мышьяк, селен), радиоактивные элементы и фтор. Основные накопители -петрушка, лук, щавель. В основном через накопление хлора при внесении хлористого калия. При избытке калия - токсикозы. Основные накопители калия - картофель, виноград, гречиха, овощи закрытого грунта.

Фосфор и калий, как правило, смягчают вредное воздействие азота (см.рис.21). Однако при высоких дозах и эти элементы могут вызывать легкие виды отравления растений (токсикозы).

228

Таблица 28

Воздействие минеральных удобрений на животных и человека (по разным источникам)- Виды удобрений Основные воздействия Азотные (нитратные формы)

Фосфорные (суперфосфат и содержащийся в нем фтор, кадмий, и другие тяжелые металлы)

Хлорсодержащие удобрения (хлористый калий, хлористый аммоний) Нитраты (ПДК для воды 10 мг/л, для пищевых продуктов - 500 мг/день на человека) восстанавливаются в организме до нитритов, вызывающих нарушение обмена веществ, отравления, ухудшение иммунологического статуса, мет-гемоглобинию (кислородное голодание тканей). При взаимодействии с аминами (в желудке) образуют нитрозами-ны - опаснейшие канцерогены. У детей могут вызывать тахикардию, цианоз, потерю ресниц, разрыв альвеол. В животноводстве: авитаминозы, уменьшение продуктивности, накопление мочевины в молоке, повышение заболеваемости, снижение плодовитости. В основном через фтор. Избыток его в питьевой воде (более 2 мг/л) вызывает повреждение эмали зубов у человека, потерю эластичности кровеносных сосудов. При содержании более 8 мг/л — остеохондрозные явления. Потребление воды с содержанием хлора более 50 мг/л вызывает отравления (токсикозы) человека и животных. Многие удобрения, особенно хлорсодержащие (хлористый аммоний, хлористый калий), отрицательно действуют на животных и человека в основном через воду, куда поступает высвобождающийся хлор.

Отрицательное действие фосфорных удобрений связано в основном с содержащимися в них фтором, тяжелыми металлами и радиоактивными элементами. Фтор при его концентрации в воде более 2 мг/л может способствовать разрушению эмали зубов.

229

Рис. 22

Влияние основных биогенных элементов минеральных удобрений на заболеваемость растений. Условные единицы.

Более высокие его концентрации (свыше 8 мг/л) способны снижать эластичность кровеносных сосудов, увеличивать вероятность остеохондрозных явлений.

Другие влияния удобрений, как и механизмы этих явлений, представлены подробнее в табл.27,28 и в разделах УП.4 и УП.5 учебника.