33. Значение и экологическая роль применения удобрений и пестицидов

Применение удобрений. Пестициды

Ежегодно вместе с урожаем из почвы выносятся десятки миллионов тонн питательных веществ: азота, калия, фосфора, магния, серы и других, которые необходимо компенсировать. Поэтому внесение в почву органических и минеральных удобрений является важнейшим средством повышения плодородия почв.

Каждый рубль затрат на минеральные удобрения приводит к возрастанию окупаемости, оцениваемой для различных видов сельскохозяйственной продукции от 2 до 5 руб. Особенно эффективно применение удобрений в южных районах страны при выращивании хлопка, сахарной свеклы, плодов, овощей. В этих условиях затраты на внесение удобрений окупаются в течение года. Данные о повышении урожайности приводятся в табл. 1.

Таблица 1. Повышение урожайности от внесения в почву минеральных удобрений в пересчете на 100% содержания питательных веществ

Прирост урожая на 1 т внесенных минеральных удобрений, т

Сахарная свекла (корни)

Содержание питательных веществ в минеральных удобрениях обычно выражают в процентах азота, фосфора и калия. В России из фосфорных удобрений широко применяют двойной суперфосфат (до 50% P₂O₅), из азотных-карбамид (42-46% N), жидкий аммиак (82,3% N), из калийных удобрений — хлористый калий (50-62% Ка₂О), из комплексных удобрений — аммофос (10 — 11% N + 46-48% Р₂О₅), нитроаммофос (21-22% N +21 — 22% Р₂О₅), а также новые виды комплексных удобрений.

При сбалансированном использовании минеральных удобрений каждый рубль на их производство обеспечивает прибавку урожая на 10 руб. Это достигается при соотношении азота, фосфора и калия в удобрениях 1:1,1: 0,8. Между тем, структура производства минеральных удобрений пока не соответствует этому соотношению. С улучшением структуры производства и использованием минеральных удобрений должен значительно увеличиться урожай.

Химикаты в земледелии применяются при защите растений от действия вредителей, сокращении потерь урожая при его транспортировке и хранении. Потери урожая от действия вредителей в мире приводятся в табл. 2.

Эксперты ООН оценивают ежегодные потери урожая в 75 млрд. долл., которые складываются из потерь от вредителей (30 млрд. долл.), от болезней растений (25 млрд. долл.) и действия сорняков (20 млрд. долл.). Потери биологического урожая от действия вредителей для различных культур составляют 30-50%. Особенно велики потери биологического урожая для хлопка, картофеля, фруктов и винограда. Необходимость применения пестицидов — химических средств защиты от действия сорняков, вредных насекомых, клещей, болезнетворных грибков вызывается «биологическим взрывом» разнообразных вредителей в мире. (Нашествие колорадского жука в США и Европе, гессенской мухи в США, крыс в тропическом поясе и т.д.). Сельскому хозяйству приносят ущерб около 8 тыс. различных грибков, 10 тыс. насекомых, около 2 тыс. червей.

Таблица 2. Годовые потери сельскохозяйственных продуктов в мире от действия вредителей

Пестициды по воздействию на вредителей делятся на следующие группы: гербициды — средство уничтожения сорняков, инсектициды-средство для борьбы с вредными насекомыми, нематоциды — для уничтожения червей, фунгициды — для борьбы с грибковыми и вирусными заболеваниями, бактерициды — для уничтожения возбудителей болезней, дефолианты — средство для удаления листвы. К классу пестицидов относят и ростовые вещества, используемые для ускорения либо торможения роста некоторых растений.

Пестициды широко используются в сельском хозяйстве. По мнению зарубежных исследователей, применение пестицидов позволяет сберечь 50% урожая хлопка, картофеля, фруктов, увеличить на 25% производство мяса, молока и шерсти.

Защита растений позволяет потенциально сохранить 15 млн. т зерна, 10 млн. т сахарной свеклы, 1,4 млн. т хлопка, 10 млн. т овощей. Принося, как и удобрения, огромную пользу сельскому хозяйству, пестициды вызывают нежелательные вторичные экологические последствия: гибель некоторых видов полезных растений, насекомых (муравьев, пчел и др.). Некоторые виды их (например, ДДТ) оказывали вредное воздействие на животный мир и здоровье человека.

В 90-е годы в нашей стране стали широко применяться биологические методы защиты растений, не оказывающие вредных воздействий на здоровье человека и окружающую среду. Они дешевы и высокоэффективны, поэтому перспективны. Внесение минеральных удобрений приводит к их вымыванию из поверхностных горизонтов почвы. Особенно опасны соединения фосфора, обычно попадающие в водоемы в связанном виде вместе с частицами почвы и способные мигрировать на большие расстояния. При многолетнем применении больших доз фосфорных удобрений, в особенности туков двойного суперфосфата, в почве могут накапливаться элементы, обладающие повышенной токсичностью. Внесение повышенных доз калийных удобрений может приводить к изменению соотношения между калием и натрием в пастбищном корме, которое вызывает заболевания скота.

Повышение дозы нитратов в воде неблагоприятно отражается на живых организмах, так как под действием кишечных бактерии они переводятся в нитриты, обладающие повышенной токсичностью. Азот мигрирует обычно в составе водных растворов, проникая в состав как поверхностных, так и подземных вод. Миграция соединений фосфора вместе с азотом, создавая питательную среду для сине-зеленых водорослей и высшей водной растительности, вызывает эвтрофикацию водоемов — загрязнение водоемов биогенными элементами, приводящее к резкому ухудшению кислородного режима водоема и снижению качества воды и, как следствие, к вымиранию рыб. Вода таких водоемов становится непригодной к употреблению в пищу. За последние годы эвтрофикация водоемов получила широкое распространение, особенно в Западной Европе, Японии и США. Поэтому при применении химикатов необходимо принимать меры по предупреждению отрицательных экологических последствий. Одной из таких мер является внедрение капсулированных удобрений в водозащитной оболочке.

33. Значение и экологическая роль применения удобрений и пестицидов

Свойство удобренийповышать плодородие почв и урожайность выращиваемых человеком культурных растений известно издревле. В качестве удобрений в течение многих тысячелетий используются компосты, птичий помет, перегной, навоз. Обогащение почвы необходимыми для сельскохозяйственных культур веществами достигается в результате запашки в почву зеленых бобовых растений (гороха, люцерны), выращенных на месте. Перечисленные удобрения относятся к органическим.

Характеристики почвы можно улучшить применением минеральных (химических) удобрений, которые содержат в большом количестве один или несколько основных элементов питания растений, микроэлементы (марганец, медь и др.). С помощью минеральных удобрений можно поддерживать баланс азота, фосфора, калия в почве. При необходимости коррекции величины водородного показателя рН в почву вносят известь или гипс.

В качестве удобрений сегодня используются культуры микроорганизмов, бактерий, переводящих органические и минеральные вещества в форму, легко усваиваемую растениями.

Пестицидыиспользуются человеком для защиты растений, сельскохозяйственных продуктов, древесины, изделий из шерсти, хлопка, кожи, в качестве преграды воздействию вредителей и для борьбы с переносчиками заболеваний.

Пестициды — химические вещества, использование которых неизбежно оказывает отрицательное воздействие на человека и природную среду. Применение гербицидов и ядохимикатов вызывает гибель ряда почвенных организмов, изменение почвообразовательного процесса. Использование пестицидов должно осуществляться с соблюдением норм и назначения. Некоторые хлорорганические пестициды, в частности ДДТ, запрещены для использования. В качестве пестицидов используются хлордан, гексахлорбензол, гексахлорциклогексан и линдан, токсафен, мирекс. Большинство этих веществ жирорастворимы и накапливаются в жировых тканях организма животных и человека, влияют на репродуктивную функцию, вызывают онкологические заболевания, изменения в нервной системе. Пестициды глубоко проникают в почву — до 70115 см. Следует отметить, что пестициды мигрируют в пахотном горизонте на глубину до 200 см. Происходит попадание пестицидов в горизонты подземных вод, которые в местах разгрузки выносят загрязнения в поверхностные водные объекты. В настоящее время многие сельскохозяйственные культуры, являющиеся основой важнейших продуктов питания, — зерновые, масличные, овощные, корне и клубнеплоды — загрязнены хлорорганическими пестицидами.

34. Формы и масштабы сельскохозяйственного загрязнения биосферы

Сельское хозяйствовносит свою немалую лепту в загрязнение экосистем планеты вредными веществами.

Сельскохозяйственное загрязнениепроисходит по ряду известных причин. Формы загрязнения сельхозугодий разнообразны.

Продолжительное использование пахотных земель, садов, ягодников приводит к истощению плодородного слоя почвы. Снижение содержания гумуса в почвах восполняется человеком посредством внесения как органических, так и минеральных удобрений. Сверхнормативное внесение минеральных удобрений приводит к нарушению рН среды почв, насыщению нитратами.

Особенно опасными становятся склады минеральных удобрений, где хранятся тонны удобрений. При несоблюдении норм и правил хранения на этих объектах происходит загрязнение почв, грунтовых вод.

Для борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений и уничтожения сорняков применяют пестициды, инсектициды, гербициды и другие ядохимикаты. Все эти вещества, полученные химическим путем, при несоблюдении норм и назначения использования являются причиной токсического загрязнения.

Бактериологическое загрязнениепочв происходит в результате попадания в почву нежелательных для человека микроорганизмов и их массового размножения.

Такое загрязнение возможно при несоблюдении санитарно-гигиенических правил внесения органических удобрений — навоза, птичьего помета, при поливе растений из загрязненных водных источников.

Необходимо проведение санитарной оценки состояния почв по специальным показателям: химическим, бактериального загрязнения, санитарно-гельминтологическим.

Таким контролем занимаются агрохимические лаборатории, санитарно-эпидемиологические станции.

Серьезную опасность для населения представляет употребление сельхозпродукции, произведенной на почвах, загрязненных пестицидами. На значительных площадях сельскохозяйственного назначения выявлено загрязнение почв токсичными веществами.

Исследования сельскохозяйственных культур во многих регионах России показали наличие остаточных количеств пестицидов в зерновых, масличных, овощных культурах, кукурузе, картофеле, плодах и ягодах. Ситуация в России выглядит благополучной по сравнению с масштабами загрязнения сельхозугодий в Европе, Северной Америке, Восточной Азии.

Масштабы сельскохозяйственного загрязненияглобальные:

1) значительные площади выведенных из сельхозоборота земель в результате уничтожения гумусового горизонта;

2) превышение уровня грунтовых вод и засоление почв в результате многолетней интенсивной мелиорации земель;

Почва, удобрения, пестициды и наше здоровье

Эколого-химическая характеристика качества почвы определяется следующими данными, важными для практического использования:

• • общее содержание органических соединений (гумуса);
• • содержание азота (аммонийного, нитратного, входящего в органические соединения);
• • содержание «связанной» угольной кислоты (прежде всего карбонаты кальция и магния);
• • содержание питательных для растений элементов (кальций, магний, калий, фосфор и т.д.) с учетом их биологического усвоения:
• • содержание микроэлементов;
• • фракционный и механический состав;
• • величина pH:
• • влагоемкость, гигроскопичность, объем пор и некоторые другие.

Одним из важных факторов антропогенного воздействия

на почвенные экосистемы является применение минеральных удобрений.

С ними часто связывают успехи современного сельского хозяйства. Минеральные удобрения обычно подразделяют на азотные, фосфорные, калийные и смешанного типа (сложные). Далее приводим наиболее часто встречающиеся при продаже, в ГОСТах, ТУ, в литературе и т.п. названия удобрений (при продаже, в быту и т.д.). Как правило, эти названия относятся к тривиальной номенклатуре. К азотным удобрениям относятся: калийная KN0₃, натриевая NaN0₃, аммиачная NH₄N0₃ и кальциевая Ca(N0₃)₂ селитры, т.е. нитраты, а также сульфат аммония (NH₄)₂S0₄. К фосфорным: суперфосфат — смесь CaS0₄ и Са(Н₂Р0₄)₂, двойной суперфосфат Са(Н₂Р0₄)₂, преципитат СаНР0₄ • 2Н₂0, фосфоритная мука Са₃(Р0₄)₂. К калийным: поташ К₂С0₃ (входит в состав древесной золы), калийная селитра KN0₃, сильвинит КС1 • NaCl, карналлит КС1 • MgCl₂ • 6Н₂0. К удобрениям смешанного типа относятся: аммофос — смесь NH₄H₂P0₄ и (NH₄)₂HP0₄ (N, Р); калийная селитра KN0₃ (К, Р); нитрофоска — смесь (NH₄)₂HP0₄ с NH₄N0₃, КС1 или K₂S0₄ (N, Р, К).

Почва, на которой выращивают растения, кроме макроэлементов (N, Р, К, S, Mg, Са) должна содержать микроэлементы (Zn, Мп, В, Мо, Со и др.).

Такой элемент, как железо, особенно необходим для тропических и субтропических растений.

Под плодородием почв понимают свойство почвы удовлетворять потребности растений в элементах питания и воде, снабжать корневые системы необходимым количеством воздуха и теплоты.

Для произрастания растений почва должна содержать биогенные элементы: N, Р, К, которые и входят в состав минеральных удобрений.

Желательное отношение N : Р : К в удобрениях лежит в пределах

1 : 1 : 1 — 1 :2 :2,5.

Внесение удобрений — необходимое условие ведения современного сельского хозяйства. Около 2/3 урожая сельхозпродукции человек использует для своих нужд.

В итоге в почву возвращается меньше биогенных элементов, чем было накоплено биомассой растений.

В идеале для сохранности почвенных экосистем на поля необходимо вносить количество биогенных элементов, эквивалентное количеству изымаемых из почвы. В действительности это условие выполнить достаточно трудно.

Известно, что далеко не все количество вносимых в почву удобрений достигает растений. Значительная часть таких удобрений теряется, попадает в водные объекты, в атмосферу, внося тем самым дополнительные загрязнения в окружающую человека среду.

У данного вопроса имеется и другой аспект, связанный с повышенным содержанием удобрений в почве.

Рассмотрим эту ситуацию на примере азотных и фосфорных удобрений.

Хорошо известно, что азот необходим для образования новых клеток, синтеза белков, ферментов, хлорофилла. Резкое увеличение и практически неконтролируемое применение азотных удобрений привело в ряде регионов планеты к нарушению природного естественного баланса по азоту.

Повышение содержания нитратов в почве и, соответственно в растениях, овощах и фруктах, питьевой воде, может приводить к следующим отрицательным последствиям.

• 1. При накоплении нитратов в почве, особенно при использовании аммиачных форм азотных удобрений, происходит потеря гумуса, возрастает его минерализация, изменяются микробиологические свойства почвы.
• 2. Чрезмерное применение азотных удобрений, с учетом их последующей трансформации, вызывает повышение содержания N₂0 в атмосфере. Газообразные потери азота за счет денитрификации составляют 24% от суммарного количества азота, введенного на поля.
• 3. Накопление нитратов в почве приводит к повышенному содержанию нитратов и нитритов в овощах и фруктах. В организме человека нитрат-ионы восстанавливаются до нитрит-ионов, способствуя переводу гемоглобина в метгемоглобин (первый содержит двухвалентное железо, второй — трехвалентное).

Метгемоглобин, в отличие от гемоглобина, не способен транспортировать кислород. При увеличении в крови содержания мет- гемоглобина сначала появляются признаки удушья и цианоза (синюшность), а при дальнейшем повышении — увеличение сердечной недостаточности и смерть.

4. В желудочно-кишечном тракте человека нитриты в кислой среде могут реагировать с аминами, образуя нитрозамины, представляющие собой канцерогенные вещества.

Считают, что не менее 5% злокачественных опухолей возникает из-за повышения содержания нитритов и нитратов в пище. Суточное потребление нитратов не должно превышать 200 мг/л, а нитритов — не больше 20 мг/л.

Важная информация

Следует понимать — где есть нитраты, там могут быть и нитриты.

Большинство фосфорных удобрений, в отличие от азотных, плохо растворимы в воде. Фосфаты малоподвижны в почвенной среде, и как следствие, эффективность их использования меньше, чем азотных удобрений. Лишь малая доля фосфора из фосфорных удобрений усваивается растениями.

Следует знать

Значительная часть фосфорных удобрений в конечном итоге попадает в водоемы, способствуя так называемому цветению воды, которое часто называют биологическим загрязнением гидросферы.

Следует отметить, что избыток фосфора, внесенный в почву в виде фосфорных удобрений, как правило, нетоксичен для живых организмов. Однако при использовании фосфорных удобрений в почве накапливаются нежелательные соединения мышьяка, фтора и некоторые другие, которые содержатся в фосфорных удобрениях в виде примесей.

Подведем некоторые итоги. Итак, мы знаем, что в процессе обработки почвы происходит уменьшение содержания в ней гумуса и минеральных веществ. Поэтому для восполнения их потерь в обрабатываемые земли необходимо, как указано выше, вносить как минеральные, так и органические удобрения. Другое дело — как, когда, в каком виде и сколько вносить.

Важная информация

Перспективными являются удобрения, обладающие пролонгированным действием (способностью постепенно отдавать в почву питательные вещества). С этих же позиций перспективно микрокапсули- рование удобрений, заключающееся в покрытии каждой гранулы (капсулы) тонкой полимерной пленкой, постепенно пропускающей в почву содержащиеся в грануле вещества.

Исследования по данному вопросу успешно проводятся в СПбПУ под руководством профессора Г. А. Карапетяна.

С точки зрения здоровья человека большую проблему для него, кроме удобрений, представляют химические средства защиты растений.

К таким средствам в первую очередь относят пестициды, которые все без исключения являются ядами широкого спектра действия. Обычно пестициды подразделяют на инсектициды — химические сродства для борьбы с вредными насекомыми, фунгициды — с грибковыми заболеваниями растений, гербициды химические вещества, применяемые для избирательного или полного уничтожения растительности.

Следует знать

Установлено, что до 97—99% инсектицидов и фунгицидов, а также от 60 до 95% гербицидов, даже при строгом соблюдении всех правил, попадают в почву, воздух и водоемы. Накапливаясь в окружающей среде, они по пищевым цепочкам в природных экосистемах могут многократно увеличивать свою концентрацию в ряде организмов растительного и животного происхождения.

Например, в тканях некоторых рыб и птиц их концентрация при анализах достигала величин в десятки и даже сотни тысяч раз больше, чем в начале пищевой цепи. Сейчас в мире ежегодно регистрируется около полумиллиона случаев отравления людей пестицидами.

Нужная информация

Перед тем как использовать удобрения или пестициды, например, на своем участке, необходимо не только узнать их химический состав, но и па основе полученной информации решить — когда, в каком виде и количествах их применять, нет ли им заменителей и т.д.

В заключение данного раздела приведем современные представления о качестве почвы [1] .

Качество почвы — степень соответствия состава и физикохимических свойств почвы потребностям людей, сельскохозяйственным, строительным и экологическим требованиям. Определяется различными нормативными документами, в том числе предельно допустимыми концентрациями (ПДК) загрязняющих почву веществ.

В этом случае ПДК определяется как максимальная концентрация загрязняющего почву вещества, не вызывающая негативного прямого и косвенного влияния на природную среду и здоровье человека.

По степени возможного отрицательного влияния загрязняющих веществ на почву, растения, животных и другие живые организмы, загрязняющие вещества подразделяются на три класса: высоко- опасные, умеренно опасные и малоопасные. Примерами веществ первого класса являются: As, Cd, Hg, Se, Pb, Zn, F₂, бензапирен;

второго — В, Со, Ni, Mo, Си, Sb, Сг; третьего — Ва, V, W, Mn, Sr и др.

В наетоящее время в России действуют ПДК для более 100 веществ в почве и для 70 веществ установлены расчетным путем ориентировочно допустимые концентрации.

Источник https://vuzlit.com/1323444/primenenie_udobreniy_pestitsidy

Источник https://studfile.net/preview/6006632/page:17/

Источник https://studme.org/260243/ekologiya/pochva_udobreniya_pestitsidy_nashe_zdorove