Экологические проблемы применения органических удобрений

За счет водной эрозии пахотных почв потери органического  вещества могут значительно превышать  то количество, которое минерализуется при распашке и которое может  быть восстановлено запашкой растительных остатков и органических удобрений. Потери отдельных питательных элементов от эрозии почвы бывают разными в зависимости от характера использования аграрных угодий, крутизны склона, интенсивности орошения и т.д. По обобщенным данным научных учреждений России, недобор урожая на слабосмытых почвах составляет 10-12%, на среднесмытых – 30-50, а на сильносмытых- 60-80%.

Среди комплекса важнейших противоэрозионных  мероприятий мощным агротехническим  средством повышения противоэрозионной  устойчивости почв является применение органических и минеральных удобрений. Правильный выбор форм, доз, сроков и способов внесения и заделки удобрений является важным средством предотвращения потерь питательных веществ при смыве и выщелачивании из почвы.

Анализ причин появления эрозии почвы показывает, что это не неизбежное явление, а вызывается оно в значительной мере нарушением научных принципов и законов земледелия, научно обоснованного комплекса приемов агрономической технологии.

Анализ отечественных  и зарубежных исследований и практической деятельности передовых хозяйств позволяет рекомендовать следующий комплекс основных агрономических мероприятий по предотвращению эрозии почвы и потерь питательных веществ:

1. Разработка и освоение  научно обоснованных специализированных с учетом степени эрозионной опасности почвозащитных севооборотов;

2. Система противоэрозионной  обработки почвы: безотвальная, плоскорезная, минимальная, полосная, контурная,  гребнистая, ячеистая, чизелевание,  щелевание почвы и т.д.;

3. Внедрение контурного, террасного, полосного земледелия и комплекса противоэрозионных, мелиоративных мероприятий;

4. Использование пожнивных  посевов, а также уплотненный  посев почвозащитной культуры  в междурядье основной (пропашной). Этот прием особенно эффективен на легких почвах;

5. Залужение посевами  многолетних трав участков, сильно подверженных эрозии;

6. Правильный выбор  форм, доз, сроков и способов  внесения минеральных и органических  удобрений – важное средство  предотвращения потерь питательных  веществ при смыве и выщелачивании из почвы;

7. Применение полимеров  – структурообразователей.

Значительное количество биогенных элементов теряется в  окружающую среду вследствие несовершенства свойств и химического состава  удобрений и различных удобрительных  средств. Второй биологический путь потери азота из удобрений – процесс денитрификации в почве. Газообразные потери азота вследствие этого процесса достигают       15-25% и более от внесенной дозы этого элемента. Выделенные из почвы газообразные продукты азота представлены большей частью N₂ и N₂O. Наиболее активный химический путь потерь азота удобрений из почвы – выделение свободного аммиака (NH₃) вследствие взаимодействия аммиачных форм удобрений со щелочными, высококарбонатными и переизвесткованными почвами. Часто биологические и химические процессы в почве взаимосвязаны.

Для торможения процесса нитрификации и уменьшения, таким  образом потерь азота в ряде стран  выпускаются специальные ингибирующие препараты (Extend в США, AM  в Японии).

 

 

Ограничения по токсичным примесям

    

Потенциальным источником загрязнения почв культурных угодий являются представляющие особую опасность  применяемые на удобрение отходы промышленности, осадки сточных вод (ОСВ), а также сапропель и др. Обычно их применяют в больших дозах, так как полезного компонента в них мало. Систематическое их использование чревато насыщением почвы тяжелыми металлами и другими вредными веществами до токсического уровня.

Значительное загрязнение  почв токсическими элементами возможно при использовании на удобрение осадков сточных вод (ОСВ). Например, по данным ученых Шотландии, удобрение осадком, содежащим 5 мг/кг подвижного кадмия, даже в дозе 25 т/га может повысить уровень доступного кадмия в почве на 50%, а превышение 5 мг/кг доступного растениям кадмия в почве опасно с точки зрения экологии. В США при условии непрерывного использования сточных вод для орошения на почвах всех типов концентрация кадмия не должна превышать 0,01 мг/л, Cr – 0,10; Cu – 0,20; Pb – 5,0; Ni – 0,2; Zn – 2 мг/л.

За последние годы довольно активно ставится вопрос о широком использовании сапропеля в качестве органического удобрения. С ним также возможно попадание в почву тяжелых металлов и токсических соединений. По Минееву В.Г. (1990) содержание кадмия в сапропеле составляет              50-180 мг/кг сухой массы. При внесении его в почву содержание кадмия в растительной массе повышалось на 0,02-1,1 мг/кг сухой массы, а в почве на 6-73 мг/кг.

Расчет общего количества отходов, которое можно утилизировать  на определенной площади и максимально разовой дозы можно осуществить по ГОСТ Р 17.4.3.07- 2001 «Охрана природы. Почвы. Требования к свойствам осадков сточных вод при использовании их в качестве удобрений», согласно которому при внесении ОСВ в почву содержание в ней загрязняющих веществ не должно превысить 0,8 ПДК.

 

Расчет общей дозы внесения отхода (в т/га) производится по формуле:

 

             Д_общ. = (0,8 ПДК – Ф), ´ m / с                                                 

 

  где ПДК – предельно  допустимая концентрация нормируемого  загрязнения

                     в почве, мг/кг; при отсутствии  ПДК в расчете используется  ОДК; 

Ф – фактическое содержание загрязнителя в почве, мг/кг;

с – концентрация загрязнителя в отходе, мг/кг;

m – масса пахотного  слоя почвы, т/га.

 

Максимально допустимую разовую норму внесения отхода (в т/га) вычисляют по формуле:

 

                 Д_уд. = 0,1 ПДК, ´ m / с                                                        

Расчет проводится по каждому нормируемому веществу отдельно. Из полученных данных выбирают минимальное значение, которое и определяет дозу удобрения с учетом свойств почвы и ее фактического загрязнения.

Существуют более сложные  модели определения общей дозы внесения органического материала, содержащего  тяжелые металлы, которые учитывают  не только поступление элемента в почву, но и вынос его растениями, фильтрующимися и поверхностными водами. Так,                    С.Е. Витковской и В.Ф. Дричко была предложена экспоненциальная модель накопления тяжелых металлов в почве, согласно которой общая допустимая доза внесения органических отходов  определяется по формуле:

 

            Д_общ = 0,8(ПДК – С_фон.) mk / (С_комп. - С_фон.) ´ (1 – ехр (-kТ))             

   

    где Д_общ. – общая допустимая доза органических отходов, т/га;

С_фон – концентрация тяжелых металлов в почве до внесения отхода, мг/кг;

С_комп. – концентрация тяжелых металлов в отходе, мг/кг;

m  -  масса пахотного  слоя, т; 

k – общая константа  выноса элемента из почвы, год-1;

Т – количество лет, в  течение которых планируется  вносить компост в почву,   годы.

 

После определения ограничений  по всем вышеназванным параметрам, лимит на внесение устанавливают  с учетом самого жесткого из ограничений.

Предлагаемый подход представляет из себя лишь общую схему, которая может корректироваться с учетом местных условий. Так, например, на почвах легкого гранулометрического состава (песчаных и супесчаных) и с близким залеганием грунтовых вод предельная разовая доза внесения азота может быть снижена с 200 кг/га до более низких значений. При этом максимальная разовая доза внесения азота устанавливается экспериментальным путем или с использованием уже имеющихся в литературе сведений по объектам-аналогам.

Кроме этого, допустимое содержание подвижного фосфора в  почве может корректироваться с  учетом состояния водных источников. Большое значение здесь будет иметь характеристика водоема (объем воды, режим питания, качество воды и т.д.), интенсивность развития эрозионных процессов и другие параметры.

При введении ограничений  на утилизацию органических отходов  необходимо также учитывать реакцию конкретных сельскохозяйственных культур на повышенные дозы внесения удобрений.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ

АГРОХИМИЧЕСКИХ  СРЕДСТВ 

    

Основные причины загрязнения  природной среды удобрениями, пути их потерь и непроизводительного использования следующие.

1. несовершенство технологии  транспортировки, хранения, тукосмешения и внесения удобрений.

2. Нарушение агрономической  технологии их применения в  севообороте и под отдельные  культуры.

3. Водная и ветровая (дефляция) эрозия почвы.

4. Несоответствие  качества  и свойств минеральных удобрений.

5. Интенсивное использование  различных промышленных, городских и бытовых отходов на удобрения без систематического и тщательного контроля их химического состава.

Технологии транспортировки  и внесения удобрений необходимо выделить ряд моментов. Так, недостаток в транспортировке удобрений  заключается в перевалочной системе от завода до поля и в дефиците специализированных автотранспортных средств. Значительная часть агрохимических средств перевозится автосамосвалами общего назначения, что приводит к существенным их потерям. Увеличение объема складских емкостей, а также совершенствование механизированной технологии работы на складах, т.е. погрузочно-разгрузочных работ и тукосмешения с заданным соотношением питательных элементов в тукосмеси, существенно снижают потери минеральных удобрений, повышают их эффективность, сохраняют природную среду от загрязнения.

Существенным источником непроизводительного расходования минеральных удобрений, снижения их положительного действия являются неравномерное  распределение по поверхности поля и их сегрегация (расслоение) при транспортировке и внесении. Например, потери урожая картофеля при внесении нитрофоски (полного минерального удобрения с заданным соотношением питательных веществ, специализированным по культурам) в дозах 60-90 кг/га  с неравномерностью60% достигают 20 ц/га (это 3 ведра с сотки). Недобор урожая от неравномерности внесения удобрений возрастает при использовании высококонцентрированных удобрений, при повышении доз, при высокой отзывчивости культуры на удобрения.

Для применения твердых  минеральных удобрений разработаны специальные комплексы машин (погрузчики, измельчители, разбрасыватели и др.), а для применения жидких удобрений комплексы насосных установок, цистерн и разбрызгивателей. Особый комплекс машин применяется для внесения органических удобрений.

Нарушение научно обоснованной агротехнологии применения удобрений  является одним из основных источников потерь удобрений и загрязнения  окружающей среды.

 

 

ВЫВОД

     

Предприятия индустриального  животноводства и птицеводства обеспечивают стабильный выход экономически рентабельной продукции, в связи с чем развитие данной отрасли является перспективным. Однако, функционирование крупных животноводческих комплексов обычно сопровождается ярко выраженным негативным воздействием на компоненты окружающей среды, причем одним из основных источников воздействия являются  высокие дозы органических отходов. При этом происходят значительные изменения в состоянии почвенно-биотического комплекса, которые проявляются в  увеличении содержания биогенных элементов, тяжелых металлов и других, что приводит к загрязнению природной среды.   Поскольку почва является важнейшим компонентом экосистемы, выполняющим регуляторные функции, изменения, происходящие в ней, быстро передаются другим компонентам, в частности, воде, атмосферному воздуху, растительности. В связи с этим  нормирование воздействий, связанных  с применением высоких доз органических удобрений, имеет чрезвычайно высокие значения и  предупреждение возможных негативных последствий должно иметь приоритет перед их ликвидацией. То есть, определение максимально возможных доз удобрения (лимитов), внесение которых не приведет к загрязнению окружающей среды, должно стать неотъемлемой  частью раздела «Экологическое обоснование проекта» на стадии разработки проектной документации для вновь строящихся предприятий индустриального животноводства.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература

 

1. Агрохимия под редакцией  Б.А. Ягодина -М.: Колос, 1989-655с.

 

2. Ефимов В.Н., Донских  И.Н., Царенко В.П. Система удобрения  -М.: Колос 2003-320с.

 

3. Минеев В.Г. Агрохимия  -М.: МГУ, 1990-486с 

 

4. Титова В.И. Промышленное свиноводство и экология: проблемы сосуществования / В.И.Титова, В.Б. Караксин, Е.Ю. Гейгер – Н. Новгород: Изд-во ВВАГС, 2003. – 201 с.

 

5. Справочная книга по производству и применению органических удобрений. – ВНИПТИОУ: Владимир, 2001. – 496 с.

 

6. Витковская С.Е. влияние органических отходов на агрохимические свойства дерново-подзолистой почвы и поступление тяжелых металлов в растения / С.Е. Витковская, В.Ф. Дричко // Агрохимия. – 2002. № 7. – С. 5-10.