Вплив мiнерального добрива на екологiю ТСрунтiв Бiлоцеркiвського району

Мета роботи - провести агроекологiчну оцiнку основних видiв мiнеральних добрив для прогнозування можливих негативних наслiдкiв iх вплив на ТСрунтову систему та воднi обтАЩiкти як сумiжнi складовi агро екосистеми.

Методи дослiджень - узагальнення лiтературних i фондових джерел, методи системного аналiзу.

Проведено збiр, систематизацiя i узагальнення лiтературних i фондових джерел та власнi результати дослiджень щодо агроекологiчного

Коротко описанi вiдомостi:

про стан земельних ресурсiв Бiлоцеркiвського району - площi земель, сiльськогосподарськi угiддя,;

про основнi забруднювачi (кiлькiсть внесених пестицидiв та агрохiмiкатiв);

про можливе надходження токсичних елементiв з мiнеральними добривами у грунт та воднi обтАЩiкти.

Ключовi слова:

агроекологiя, антропогеннi фактори, важкi метали, водний обтАЩiкт, ТСрунт, добрива, забруднювач, забруднення ТСрунтiв, токсичний елемент, час досягнення критичноi концентрацii.

Вступ

Щорiчна потреба сiльського господарства Украiни в рiзних за призначенням i бiологiчною активнiстю мiнеральних добривах становить близько 8 млн. т. За даними В.В. Медведiва та М.В. Лiсового при потребi 2400 тис. т рiвень застосування азотних добрив становить 413,1 тис. т, фосфорних вiдповiдно - 2300 тис. т i 103,7 тис. т, калiйних - 1900 тис. т i 45,3 тис. т [1].

Промисловiсть часто пропонуi в якостi добрив побiчнi продукти виробництва, обТСрунтовуючи це вiдповiдною кiлькiстю елементiв живлення. Дефiцит мiнеральних добрив останнiми роками i невисока собiвартiсть таких вiдходiв сприяi iхньому активному використанню у сiльськогосподарському виробництвi. РЖнший шлях розв'язання проблеми - iмпорт сировини. Так, для виробництва фосфорних добрив 1995 р. було запропоновано iмпортувати тунiськi, алжирськi, марокканськi, iзраiльськi фосфорити, цiни на якi були у 1,5 рази нижчими за росiйськi, але з неприпустимо високим вмiстом токсичних домiшок, зокрема кадмiю.

Нестача мiнеральних добрив з одного боку, i використання неякiсних високо баластних видiв, з iншого, потребують розв'язання комплексноi проблеми: забезпечити сiльське господарство Украiни достатньою кiлькiстю мiнеральних добрив i попередити можливi негативнi наслiдки iхнього застосування забороною використання низькоякiсних видiв.

Регламентацiя безпечного застосування добрив, утилiзацiя iхнiх вiдходiв потребуi органiзацii чiткоi системи контролю якостi i вiдповiдностi мiнеральних добрив безпечностi для здоров'я людини i навколишнього середовища та розробки науково обТСрунтованих вимог до оцiнки небезпечностi добрив у процесi виробництва i застосування у сiльському господарствi.

Мета дослiджень - провести агроекологiчну оцiнку основних видiв мiнеральних добрив для прогнозування можливих негативних наслiдкiв iх впливу на ТСрунтову систему та воднi обтАЩiкти, як сумiжнi складовi агро екосистеми.

ОбтАЩiкти дослiджень - мiнеральнi добрива та iх складовi - хiмiчнi речовини, що становлять потенцiйну загрозу для людини i природних екосистем.

Предмет дослiджень - опанування методики агроекологiчноi оцiнки мiнеральних добрив за показниками впливу на екологiчний стан грунту та водних обтАЩiктiв.

Завдання дослiджень

охарактеризувати звiтнi данi (за останнi 10-15 рокiв) стану ТСрунтiв та водних обтАЩiктiв Бiлоцеркiвського району;

проаналiзувати звiтнi данi застосування добрив та пестицидiв (за останнi 10-15 рокiв), як основних забруднювачiв агро екосистем у сферi сiльськогосподарськоi дiяльностi. Провести розрахунки щодо прогнозування впливу основних видiв мiнеральних добрив;

а) розрахувати показники фактичного надходження токсичних елементiв з встановленими видами добрив;

б) розрахувати можливе додаткове надходження токсикантiв з добривом у ТСрунтову систему;

в) встановити час досягнення критичноi концентрацii у ТСрунтi елементiв, що пiдлягають контролю;

провести розрахунки щодо прогнозування надходження бiогенних i токсичних елементiв з основними видами мiнеральних добрив у воднi обтАЩiкти: концентрацiю хiмiчних елементiв у стоцi, винос хiмiчних речовин з рiчковим стоком, концентрацiю хiмiчних елементiв у верхньому шарi водноi товщi;

оцiнити безпечнiсть (ризик) застосування основних видiв добрив за певними хiмiчними елементами.

Методи дослiджень - узагальнення лiтературних i фондових джерел, методи системного аналiзу.

Результати дослiджень були оприлюдненi на VI державнiй науковiй студентськiй конференцii тАЬЕкологiчнi проблеми Украiни та шляхи iх вирiшення" (Бiла Церква, 2007).

За результатами виконаних дослiджень опублiковано 1 наукову працю.

1. Огляд лiтератури

1.1 Класифiкацiя мiнеральних добрив за впливом на агроекосистему

Мiнеральнi добрива - це екзогеннi хiмiчнi сполуки, за своiм складом подiляють на простi (мiстять лише один компонент iз головних елементiв живлення) i комплекснi (мiстять не менше двох головних елементiв живлення). Простi мiнеральнi добрива, залежно вiд елементу живлення, подiляють на азотнi, фосфорнi, калiйнi, магнiiвi, сiрчанi тощо, а комплекснi - на складнi, складно-змiшанi i змiшанi. За характером безпосередньоi дii на ТСрунт i рослини мiнеральнi добрива класифiкують як фiзiологiчно й бiологiчно кислi, хiмiчно й фiзiологiчно лужнi та фiзiологiчно нейтральнi [2].

В основi класифiкацii мiнеральних добрив за ступенем небезпечностi лежить структура показникiв, яка враховуi iхнiй вплив на екотоксикологiчний, агрохiмiчний, гiдрохiмiчний стан агроекосистеми. У межах визначених показникiв мiнеральнi добрива подiляють на 4 класи небезпечностi (згiдно з рекомендацiями ВООЗ щодо подiлу хiмiчних речовин): РЖ - високонебезпечнi; II - небезпечнi; III - помiрно небезпечнi; IV - малонебезпечнi. Дiапазон показникiв у межах класiв небезпечностi визначають за iснуючими украiнськими i мiжнародними нормативами (додаток 1).

Розроблена класифiкацiя мiнеральних добрив даi можливiсть провести iхню агроекологiчну оцiнку, визначити можливi негативнi впливи i вчасно ввести обмеження на використання у сiльськогосподарському виробництвi добрив, якi не вiдповiдають певним екологiчним нормативам.

При вивченнi адитивних ефектiв, ступiнь стiйкостi агроекосистеми щодо хiмiчних речовин-забруднювачiв оцiнюють для конкретноi речовини, джерелом якоi може виступати мiнеральне добриво. За М. Глазовською розрiзняють [3]:

педохiмiчно активнi речовини, якi створюють кислотно-основнi та окисно-вiдновнi умови в ТСрунтi i впливають таким чином на загальний стан ТСрунтовоi системи (переважно макроелементи та iхнi сполуки - NO3--, SO42--, Сl-, Na+);

бiохiмiчно активнi речовини, якi передусiм впливають на живi органiзми мiкрофлору, рослини, тварини (As, Cd, Pb, Cr, Zn, Ni, Cu, Sn, Hg, F - тощо);

речовини, здатнi перебувати в ТСрунтi у таких формах, що призводить до iхньоi мiграцii в поверхневi, ТСрунтовi та пiдземнi води (NO3-, SO42-, Сl-, F-, Cd, Zn тощо).

За класифiкацiiю В. Патика та Н. Макаренко [4] мiнеральнi добрива залежно вiд особливостей впливу на агроекосистему подiляються на (рис.1):

директивноi (прямоi) дii - негативний вплив на природне середовище спричинений токсичними домiшками мiнеральних добрив, серед яких найнебезпечнiшими i ВМ, галогени, радiонуклiди тощо, якi i i безпосереднiми забруднювачами (до цiii групи насамперед належать фосфорнi добрива);

iндирективноi (непрямоi) дii - негативний вплив на природне середовище вiдбуваiться внаслiдок фiзико-хiмiчних властивостей мiнеральних добрив, якi в ТСрунтi проявляють себе як хiмiчно, фiзiологiчно, бiологiчно кислi (лужнi) i певним чином впливають на стан ТСрунтового комплексу. При цьому змiнюiться реакцiя ТСрунтового розчину, направленiсть процесiв синтезу та розпаду гумусових сполук, активнiсть бiохiмiчних, мiкробiологiчних та iнших процесiв. Тим самим, зазначенi добрива змiнюють рухомiсть бiогенiв та токсикантiв i можуть активiзувати процеси мiграцii останнiх у системах "добриво-ТСрунт-рослина", "добриво-ТСрунт-природнi води". До таких добрив, передусiм, належать азотнi, якi здебiльшого i фiзiологiчно кислими або лужними.

Рис.1. Подiл мiнеральних добрив за особливостями впливу на ТСрунтову систему

Наведений подiл певною мiрою умовний. Зокрема, фосфорнi добрива можуть змiнювати реакцiю ТСрунтового розчину, але цей вплив не такий значний, як азотних добрив. Азотнi добрива можуть бути джерелом токсичних елементiв, хоча значно меншою мiрою, нiж фосфорнi. Слiд зазначити, що згiдно з наведеним групуванням, бiльшiсть калiйних i комплексних добрив займаi промiжне положення

1.2 Вплив мiнеральних добрив та iх компонентiв на довкiлля

1.2.1 Вплив мiнеральних добрив на кислотно-основнi властивостi ТСрунту

Нинi агрохiмiчна наука маi бiльш нiж достатньо доказiв того, що пiд дiiю мiнеральних добрив вiдбуваються змiни кислотно-основних властивостей ТСрунтiв [5-7].

В основi негативного впливу мiнеральних добрив на кислотно-основнi властивостi ТСрунту лежить процес бiологiчного окислення азоту й утворення кислот (у прикладi з сульфатом амонiю - HNO₃ i H₂SO₄). У ТСрунтi кислоти нейтралiзуються, вступаючи у взаiмодiю з бiкарбонатами ТСрунтового розчину i катiонами вбирного комплексу [8].

Через деякий час у ТСрунтовому вбирному комплексi, крiм Н+ з'являiться обмiнний Аl³⁺, який токсичний для багатьох рослин. Вже при концентрацii у розчинi 2 мг/л А1 спостерiгають рiзке погiршення розвитку кореневоi системи, порушуiться вуглецевий, азотний, фосфатний обмiн у рослинах. Вищi концентрацii алюмiнiю призводять до рiзкого зниження врожаю зернових культур i навiть iхньоi загибелi.

Нинi у науковiй лiтературi нагромаджено великий обсяг даних [9 -11], якi свiдчать, що пiдвищення кислотностi ТСрунтового розчину може iстотно впливати на рухомiсть у ТСрунтi багатьох хiмiчних елементiв, у тому числi токсичних, тим самим активiзуючи перехiд iх у рослини та мiграцiю за профiлем ТСрунту. У кислих ТСрунтах (рН<6,5) рухомiсть таких елементiв як Zn, Mn, Cu, Fe, Co, В та iн. значно збiльшуiться. Вплив мiнеральних добрив на геохiмiчнi властивостi ТСрунтiв проявляiться не стiльки у привнесеннi низки елементiв-забруднювачiв, скiльки у змiнi особливостей мiграцii окремих груп ВМ, що зумовлюi iхню рухомiсть. За даними тривалих дослiдiв Центральноi дослiдноi станцii Всеросiйського iнституту добрив i агрохiмii [10], зменшення рН на 1,8-2,0 одиницi призвело до збiльшення рухомостi Zn у 3,8-5,4 рази, Cd у 4-8, РЬ - у 3-6 i Сu у 2-3 рази. При використаннi азотно-калiйних добрив величина рН знизилася на 0,1-0,2 одиницi, а коефiцiiнт рухомостi у ТСрунтi пiдвищився: Zn - з 13,4 до 19%, Сu - з 2,6 до 4,7, РЬ - з 5,0 до 7,4, Cd - з 19,6 до 28,3%.

Змiнюючи реакцiю ТСрунтового розчину, мiнеральнi добрива призводять до пiдвищення рухомостi токсичних елементiв i опосередковано дiють на процеси переходу iх у рослини: зниження рН водноi витяжки з 6,5 до 4,0 пiдвищуi забруднення рослин токсичними елементами з 4 до 20 разiв [4].

Найактивнiше надходження ВМ iз ТСрунту в рослини вiдбуваiться за кислоi реакцii ТСрунтового розчину, що пiдтверджуiться результатами дослiджень, проведених у тривалих дослiдах з Cd, Pb, Ni, Cr, на рiзних ТСрунтових вiдмiнностях. Вапнування i внесення у ТСрунт iнших природних сорбентiв даi змогу активно впливати на цi процеси. Але пiдвищення рН з метою зниження вмiсту ВМ (зокрема кадмiю) у продукцii рослинництва ефективне не для всiх видiв рослин. Ю. Алексiiвим [12] було встановлено, що вапнування призводило до надходження кадмiю у рослини ячменю i бобових культур.

Серед традицiйних мiнеральних добрив, якi можуть активно впливати на кислотно-основнi властивостi ТСрунту, найбiльшою активнiстю характеризуються азотнi, серед яких тi, що змiщують рiвновагу ТСрунтового розчину в бiк: пiдкислення - амiачна селiтра NH₄NO₃, амiак рiдкий NH₃, амiак водний NH₄OH, сульфат амонiю (NH₄) ₂SO₄, сульфат амонiю-натрiю (NH₄) ₂SO₄+Na₂SO₄, хлористий амонiй NH₄C1, сечовина (карбамiд) CO (NH₂) ₂; пiдлуження - натрiiва селiтра NaNO₃ (16% N), кальцiiва селiтра Ca (NO₃) ₂-3H₂O (17,5% N) [7].

На кислотно-основнi властивостi ТСрунту, хоча i меншою мiрою, впливають також калiйнi i фосфорнi добрива. Серед калiйних добрив на першому мiсцi калiмагнезiя K₂SO₄ MgSO₄; на другому - K₂SО₄ i на третьому - КС1. Калiйнi добрива, де присутнiй iон SO₄^2-, спричиняють збiльшення розчинностi алюмiнiю, й обмiнна кислотнiсть зумовлена саме його вмiстом. Фосфорнi добрива здебiльшого мало впливають на змiну кислотно-основних властивостей ТСрунтiв - вони здатнi спричиняти лише слабке пiдкислення (суперфосфати), або дещо знижувати кислотнiсть ТСрунту (преципiтат, мартенiвський шлам, знефторений фосфат, фосфоритне борошно) [7].

1.2.2 Бiогеохiмiчний колообiг та забруднення полютантами верхнiх шарiв ТСрунту внаслiдок застосування мiнеральних добрив

Використання мiнеральних добрив може iстотно змiнювати бiогеохiмiчний колообiг речовин (рис.2), що нерiдко призводить до загострення екологiчних проблем [4, 11, 13].

Використання мiнеральних добрив сприяi включенню бiологiчно активних елементiв (БАЕ) у рiзнi типи мiграцii, якi послiдовно змiнюються. При видобуваннi i виробництвi мiнеральних добрив БАЕ включаються у техногенну мiграцiю, при застосуваннi - у бiогенну. Усi цi типи мiграцii i складовими iдиного бiогеохiмiчного колообiгу хiмiчних елементiв у бiосферi. Аналiз надходження БАЕ в агроекосистеми рiзних ТСрунтово-клiматичних зон Украiни свiдчить, що найбiльша iхня кiлькiсть надiйшла з мiнеральними добривами у зонi Лiсостепу протягом 1966-1980 pp., а з 1980 по 1990 pp. - у зонi Степу (рис.3).

Хоча наявнiсть у мiнеральних добривах домiшок ВМ i фактом встановленим, але iнформацiя щодо забруднення ТСрунту цими елементами в результатi застосування мiнеральних добрив носить дещо суперечливий характер.

Рис.3.

Вместе с этим смотрят:

Cостояние полезащитных лесных полос в северном Приднестровье

РЖнтегрований захист озимоi пшеницi

РЖнтенсифiкацiя та ii економiчна ефективнiсть у сiльському господарствi

РЖнфекцiйнi захворювання тварин

РЖсторiя селекцiйноi роботи по виведенню нових сортiв мтАЩякоi озимоi пшеницi