5.6. Загрязнение и отравление почв удобрениями и пестицидами

Загрязнение почв удобрениями. Применение минеральных удобрений в сельском хозяйстве направлено на по­вышение содержания в почве элементов питания с целью уве­личения продуктивности сельскохозяйственных культур. Однако когда их вносят в большем количестве, чем требуется рас­тениям, они становятся мощным источником загрязнения почв, сельхозпродукции, почвенных и грунтовых вод, водоемов, рек, атмосферы.

Применение избытка минеральных удобрений имеет следующие негативные последствия:

1. Длительное внесение удобрений изменяет свойства почв. Применение физиологически кислых удобрений повышает кислотность почв, ведет к значительным потерям гумуса.

2. Внесение больших количеств азотных удобрений при­водит к загрязнению почв, сельхозпродукции и пресных вод нитратами, а атмосферы - оксидами азота. При этом происходит эвтрофикация водоемов (эвтрофия - накопление в водных объектах биогенных элементов под воздействием антропогенных или природных факторов. Эвтрофия ведет сначала к по­вышению биологической продуктивности водных бассейнов, а затем к возрастающей нехватке кислорода - к заморам).

3. Минеральные удобрения служат источником загрязне­ния почв тяжелыми металлами (цветные металлы с плотностью большей, чем у железа - более 7874 кг/м³). К ним относятся свинец, медь, цинк, никель, кадмий, кобальт, ртуть и др,

4. Длительное применение минеральных удобрений ока­зывает существенное влияние на почвенную микробиоту, которое проявляется в изменениях родовых и видовых составов почвенных микроорганизмов, активизации и росте численности токсинообразующих видов. Применение минеральных удобре­ний увеличивает численность бактерий, актиномицетов и гри­бов в почвах.

Количество тяжелых металлов в минеральных удобрениях зависит от исходного сырья и способов его переработки. Наиболее загрязнены тяжелыми металлами фосфорные удобре­ния. Кроме того, фосфорные удобрения загрязнены и другими токсичными элементами - фтором, мышьяком. Так, фосфориты могут содержать фтора до 3%.

На 1 га почвы с нитратами и сульфатами, а также с моче­виной попадает от 1 до 10 г мышьяка; с двойным суперфосфа­том - до 30-300 г мышьяка.

Фосфорные удобрения являются источником загрязнения почв естественными радионуклидами - ураном, торием, ради­ем. Содержание урана в сырье фосфоросодержащих удобре­ний колеблется от 0,11 до 35 мг/кг, а тория - от 8 до 32 мг/кг.

Значительное количество тяжелых металлов попадает в почвы и с органическими удобрениями. Это происходит в ос­новном не за счет высокого содержания металлов и токсичных элементов в навозе, а за счет высоких доз внесения, Часто ис­пользуют не один навоз, а торфонавозные и другие компосты. А торф является концентратором тяжелых металлов и при больших дозах - до 100 т/га - может значительно повысить их уровень в пахотных почвах.

5. Минеральные и органические удобрения как источник загрязнения почв тяжелыми металлами могут изменять под­вижность их в почве и, следовательно, доступность для расте­ний. Одновременно увеличиваются потоки миграции металлов в аккумулятивные ландшафты и водоемы.

В практике земледелия теряется до 30-50% вносимых ор­ганических и минеральных удобрений. Поэтому необходимы повышение общей культуры земледелия и осторожность при внесении удобрений. Кроме того, требуются точные расчеты норм, правильная техника и последовательность внесения удобрений, также нежелательны сверхвысокие нормы азотных удобрений.

Соединения фосфора интенсивно поступают в поверхно­стные и подземные воды, а далее в моря и океаны. Главный источник - эрозионный смыв вместе с гумусом, стоки в районах интенсивного животноводства, городские стоки. Все это дает 60-70% фосфора, поступающего в сточные воды. Поэтому очень актуальны вопросы экономичного применения фосфор­ных удобрений и повторного использования в сельском хозяй­стве отходов, содержащих фосфор. Минеральные ресурсы фосфора на Земле очень ограничены, и может начаться ""фосфорный голод", если бесхозяйственно обращаться с его запасами.

Проблема азота имеет другое значение- Потери азотных удобрений путем вымывания могут быть очень большими, достигая 15-20% от внесенного количества. Вместе с нитратами городских нечистот, стоков навозной жижи, продуктами вы­хлопных газов и других отходов нитраты могут достигать опас­ных концентраций (более 400 мг/л NO₃) в питьевой воде и ово­щах, становясь канцерогенами. Загрязнение почв и вод нитра­тами ведет к росту раковых заболеваний населения.

Для предотвращения загрязнения почв различными токсикантами в результате внесения удобрений следует применять комплекс агротехнических, агролесомелиоративных и гидро­технических приемов в сочетании с интенсификацией природных механизмов очистки, т.е. целенаправленное преобразова­ние агробиоценозов в сбалансированные комплексы.

Загрязнение почв пестицидами. Пестициды - (от лат. pestis - зараза и ceado - убиваю) - общепринятое собирательное название ядохимикатов, используемых в сельском хо­зяйстве для уничтожения тех или иных видов вредных орга­низмов. В зависимости от направления использования пестициды подразделяются на ряд групп:

- гербициды - для борьбы с сорняками;

- арборициды - для уничтожения древесной и кустарниковой растительности;

- фунгициды - для борьбы с грибными болезнями расте­ний;

- зооциды - для борьбы с грызунами;

-инсектициды - для борьбы с вредными насекомыми и т.д. Наибольшую группу (до 40-50%) пестицидов составляют гербициды.

Применение пестицидов резко снижает потери урожая сельскохозяйственных культур, в 2-3 раза сокращает затраты труда в сельском хозяйстве.

Признавая несомненный положительный эффект химиче­ского способа борьбы с сорняками, грызунами, болезнями рас­тений, следует учитывать побочное негативное действие пес­тицидов на почву и биоту.

Охрана почв от загрязнения гербицидами и восстановле­ние плодородия уже загрязненных токсикантами почв требуют знания основных аспектов поведения гербицидов в почве, осуществления контроля за остаточными их количествами, •

Обычно гербициды вносят с водой путем опрыскивания вегетирующих растений или почвы. В первом случае на растения попадает только 5-30% гербицида, в то время как 70-95% ядохимиката поступает в почву. Во втором случае (при предпо­севном или довсходовом опрыскивании) все 100% гербицида попадает в почву. Другие технологии использования - разбра­сывание гранулированных препаратов или их внесение с по­ливной водой - также приводят к тому, что в почву поступает весь примененный гербицид.

При попадании в почву гербициды связываются с органи­ческим веществом почвы или с ее глинистой фракцией. Сте­пень адсорбции гербицида определяется как его собственными свойствами, так и почвенными условиями. Основными почвен­ными свойствами, определяющими их адсорбционную способ­ность по отношению к гербицидам, являются гранулометриче­ский и минералогический состав, а также содержание органи­ческого вещества.

Адсорбция гербицидов почвой зависит также от внешних условий, таких как рН, температура, влажность. Так, сухая поч­ва адсорбирует большие количества гербицида по сравнению с влажной. Влияние температуры обусловлено тем, что адсорб­ция является экзотермическим процессом и поэтому при повы­шении температуры адсорбция уменьшается.

На длительность сохранения остаточных количеств герби­цидов в значительной мере влияет доза его внесения. Превы­шение норм расхода выше рекомендуемых, а также системати­ческое внесение гербицидов могут привести к загрязнению почвы.

Наибольшую опасность представляют стойкие пестициды и их метаболиты, способные накапливаться и сохраняться в почвах и водах десятки лет - триазин, симтриазин, хлордан, гептахлор. При определенных условиях из метаболитов пести­цидов образуются метаболиты второго порядка, роль, значение и влияние которых на окружающую среду во многих случаях остаются пока неизвестными. Последствия неумеренного при-менения пестицидов могут быть самыми неожиданными, а главное - биологически непредсказуемыми: на смену одним видам вредных организмов часто приходят другие, которые вырабатывают иммунитет к препаратам и способны выживать даже после самых эффективных обработок. Для преодоления иммунитета устойчивых особей к пестицидам необходимо уве­личивать дозу препаратов, а это усиливает опасность загрязнения почв и вод.

К сожалению, часто пестициды применяют бесконтрольно - с помощью авиации. Препараты, запрещенные в ряде развитых стран, экспортируются в менее развитые страны. Пестици­ды не только истребляют носителей заболеваний, вредных на­секомых, сорные растения, но ведут к гибели полезных птиц и насекомых (пчел, шмелей). Сильное влияние пестициды ока­зывают на почвенную микробиоту. Гербициды триазинового ряда подавляют активность протеазы. При многолетнем применении хлорорганических пестицидов на 49-60% подавляется активность фосфатазы (Лозановская и др., 1998).

Гербициды угнетают дыхание почвы, процессы разложе­ния органического вещества, понижают численность нитрификаторов и почвенных грибов. Поступая в почву, пестициды миг­рируют по профилю почвы, причем скорость и глубина мигра­ции зависят от дозы внесенного пестицида, его летучести и адсорбируемости. от водного и теплового режимов почв. Они мо­гут проникать на глубину более двух метров. При поверхност­ном и внутрипочвенном боковом стоке они перемещаются и скапливаются в депрессиях рельефа. Попадая в грунтовые во­ды даже в малых концентрациях, пестициды ухудшают свойст­ва воды и делают ее непригодной для пищевого использова­ния.

Применение гербицидов в нашей стране неравномерно по видам сельскохозяйственных культур, регионам и отдельным хозяйствам. При выращивании основных зерновых культур ис­пользуется значительно меньше пестицидов, чем при возделы­вании риса, сахарной свеклы, картофеля, сои. За последние 10 лет пестицидная нагрузка на гектар пашни была выше в Астра­ханской, Ленинградской, Московской областях и Краснодарском крае (Деградация..., 2002).

В 1998 г. гербицидами в Российской Федерации было об­работано всего 15,6 млн га, что в два раза меньше по сравнению с применением гербицидов в 1986-1990 гг. Следует отме­тить, что в мире производство, применение и ассортимент пес­тицидов, в том числе и гербицидов, с каждым годом увеличиваются.

В настоящее время в США, Великобритании, Канаде и России проводятся исследования по разработке новых путей защиты растений в земледелии без применения или с мини­мальным применением пестицидов и минеральных удобрений. Это методы так называемого "органического земледелия", «биологического земледелия», "альтернативного земледелия". Обязательным условием при этих системах землепользования является обязательное исключение монокультуры, обязательный плодосмен во времени, севообороты с бобовыми травами.

Для предотвращения возможного загрязнения почв герби­цидами в настоящее время рекомендуются следующие предупредительные меры:

• строгое соблюдение регламентов применения препара­тов {норма расхода, сроки, технология внесения);

• чередование гербицидов, различных по длительности токсического действия и механизмам действия на сорные растения;

• совершенствование технологии внесения {ленточное, точечное внесение и др.);

• контроль за остаточными количествами гербицидов в почве и сельскохозяйственной продукции;

• повышение квалификации специалистов по защите рас­тений и охране окружающей среды.

Несоблюдение указанных мер при применении гербицидов может приводить к загрязнению почв.

По восстановлению загрязненных гербицидами почв применяют следующие способы:

• внесение высоких доз органических удобрений, торфа и других органических материалов с высокой степенью поглотительной способностью;

• применение активированных углей (АУ), цеолитов и пре­паратов на их основе• использование химических соединений, являющихся ка­тализаторами или индукторами различных процессов разложения гербицидов;

• глубокая вспашка с оборотом пласта, снижающая кон­центрацию остатков гербицидов в пахотном слое;

• проведение промывных поливов на загрязненных участ­ках;

• правильный подбор культур севооборота, размещение на загрязненных участках культурных растений, устойчивых к данному гербициду.

В настоящее время более 80% гербицидов, прошедших регистрацию в Российской Федерации, малотоксичны и по сте­пени безопасности для человека и теплокровных животных превосходят гербициды первых поколений. Они являются бо­лее высоко эффективными, экономически приемлемыми и эко­логически безопасными.

Таким образом, оптимальным решением проблемы за­грязнения почв гербицидами является их грамотное применение_: позволяющее избежать отрицательных последствий для окружающей среды. Постоянное совершенствование ассорти­мента препаратов, появление высоко эффективных гербицидов нового поколения предполагает проведение исследований по изучению особенностей поведения гербицидов в конкретных почвенно-климатических условиях страны.