Про негативное влияние минеральных удобрений. Влияние минеральных и органических удобрений и других способов мобилизации плодородия на агрохимические показатели почв Органические удобрения их влияние на плодородие почв
Из отдельных элементов питания на формирование генеративных органов зимующих глазков винограда и на повышение морозоустойчивости растений положительное влияние оказывают калийные и фосфорные удобрения, которые способствуют более раннему созреванию винограда и быстрому завершению периода вегетации. При недостатке калия в растении наблюдается накопление растворимых форм азота, а синтез белковых веществ и накопление углеводов замедляются. Такое изменение в процессе обмена веществ у растений приводит к снижению их морозоустойчивости.
Следовательно, большое значение для повышения морозоустойчивости виноградного растения имеет режим почвенного питания. Морозоустойчивость растений повышается при обеспеченности всеми необходимыми элементами питания, в противном случае она снижается. Из-за недостатка или избытка отдельных элементов питания нарушается нормальный ход развития растений. При недостатке любого из элементов питания растения плохо ассимилируют и вследствие этого не откладывают на зиму необходимых запасов пластических веществ. Закаливание таких растений осенью проходит неудовлетворительно. Поэтому удобрение виноградников надо рассматривать как необходимый агротехнический прием, улучшающий их морозоустойчивость.
В повышении морозоустойчивости виноградных кустов большое значение имеют и другие агротехнические мероприятия: нагрузка кустов, зеленые операции, подвязка побегов и т. д. Перегрузка кустов урожаем на низком агротехническом фоне ослабляет рост побегов, ухудшает их вызревание, что также снижает их морозоустойчивость. У недостаточно нагруженных кустов рост может оказаться чрезмерно сильным и продолжительным, в результате чего общая задержка вегетации может также привести к невызреванию лозы и, следовательно, к снижению устойчивости растений к низким температурам. Таким образом, низкими температурами особенно повреждаются те растения, которые по той или иной причине оказались недостаточно подготовленными к зиме.
Исследования по влиянию режима минерального питания на морозоустойчивость виноградного растения, проведенные в условиях Армении на сорте Воскеат, показали, что кусты, которые удобряли смесью NPK, во время зимних морозов сохранились лучше, чем кусты, которые получали лишь азотное или неполное удобрение (табл. 10).
Атмосфера всегда содержит определенное количество примесей, поступающих от естественных и антропогенных источников. Более устойчивые зоны с повышенной концентрацией загрязнений возникают в местах активной жизнедеятельности человека. Антропогенное загрязнение отличается разнообразием видов и многочисленностью источников.
Главными причинами загрязнения природной среды удобрениями, их потерями и непроизводительного использования являются:
1) несовершенство технологии транспортировки, хранения, смешивания и внесения удобрений;
2) нарушение технологии их применения в севообороте и под отдельные культуры;
3) водная и ветровая эрозия почв;
4) несовершенство химических, физических и механических свойств минеральных удобрений;
5) интенсивное использование различных промышленных, городских и бытовых отходов в качестве удобрений без систематического и тщательного контроля их химического состава.
От применения минеральных удобрений загрязнение атмосферы незначительно, особенно с переходом на использование гранулированных и жидких удобрений, но оно имеет место. После применения удобрений в атмосфере обнаруживаются соединения, содержащие преимущественно азот, фосфор и калий.
Существенное загрязнение атмосферы происходит также и при производстве минеральных удобрений. Так, пылегазовые отходы калийного производства включают выбросы дымовых газов сушильных отделений компонентами которых являются пыль концентратов (КCl), хлористый водород, пары флотриагентов и антислеживателей (аминов). По влиянию на окружающую среду первостепенное значение имеет азот.
Органические вещества, как солома и сырые листья сахарной свеклы, снижали газообразные потери аммиака. Это можно объяснить содержанием в компосте СаО, обладающего щелочными свойствами, и токсических свойств, способных подавлять деятельность нитрификаторов.
Потери его из удобрений бывают довольно значительными. Он усваивается в полевых условиях примерно на 40%, в отдельных случаях на 50-70%, иммобилизируется в почве на20-30%.
Существует мнение, что более серьезным источником потерь азота, нежели вымывание, является улетучивание его из почвы и внесенных в нее удобрений в форме газообразных соединений(15-25%). Например, в земледелии Европы 2/3 потерь азота приходится на зимний период и 1/3 на летний.
Фосфор как биогенный элемент меньше теряется в окружающую среду вследствие малой его подвижности в почве и не представляет такой экологической опасности, как азот.
Потери фосфатов чаще всего происходят в процессе эрозии почвы. В результате поверхностного смыва почвы с каждого гектара уносится до 10 кг фосфора.
Атмосфера самоочищается от загрязнений в результате осаждения твердых частиц, вымывания их из воздуха осадками, растворения в каплях дождя и тумана, растворения в воде морей, океанов, рек и других водоемов, рассеивания в пространстве. Но, как известно эти процессы происходят очень медленно.
1.3.3 Влияние минеральных удобрений на водные экосистемы
В последнее время происходит стремительный рост производства минеральных удобрений и поступление биогенных веществ в воды суши, создавший в качестве самостоятельной проблему антропогенного эвтрофирования поверхностных вод. Эти обстоятельства, несомненно, имеют закономерную взаимосвязь.
В водоемы поступают стоки, содержащие много соединений азота и фосфора. Это связано со смывом в водоемы удобрений с окрестных полей. В результате и происходит антропогенная эвтрофикация таких водоемов, повышается их неполезная продуктивность, происходит усиленное развитие фитопланктона прибрежных зарослей, водорослей, «цветение воды» и др. В глубинной зоне накапливается сероводород, аммиак, усиливаются анаэробные процессы. Нарушаются окислительно-восстановительные процессы и возникает дефицит кислорода. Это приводит к гибели ценных рыб и растительности, вода становится непригодной не только для питья, но даже для купания. Такой эвтрофированный водоем утрачивает свое хозяйственное и биогеоценотическое значение. Поэтому борьба за чистую воду одна из важнейших задач всего комплекса проблемы по охране природы.
Естественные эвтрофированные системы хорошо сбалансированы. Искусственное же внесение биогенных элементов в результате антропогеннй деятельности нарушает нормальное функционирование сообщества и создает в экосистеме гибельную для организмов неустойчивость. Если в такие водоемы прекратится поступление посторонних веществ, они смогут вернуться в свое первоначальное состояние.
Оптимальный рост водных растительных организмов и водорослей наблюдается при концентрации фосфора 0,09-1,8 мг/л и нитратного азота 0,9-3,5 мг/л. Более низкие концентрации этих элементов ограничивают рост водорослей. На 1 кг поступившего в водоем фосфора образуется 100 кг фитопланктона. Цветение воды за счет водорослей возникает только в тех случаях, когда концентрация фосфора в воде превышает 0,01 мг/л.
Значительная часть биогенных элементов, попадая в реки и озера со стоковыми водами, хотя и в большинстве случаев смыв элементов поверхностными водами значительно меньший, чем в результате миграции по профилю почвы, особенно в районах с промывным режимом. Загрязнение природных вод биогенными элементами за счет удобрений и их эвтрофикация возникают, прежде всего, в тех случаях, когда нарушается агрономическая технология применения удобрений и не выполняется комплекс агротехнических мероприятий, в целом культура земледелия находится на низком уровне.
При применении фосфорных минеральных удобрений происходит увеличение выноса фосфора с жидким стоком примерно в 2 раза, тогда как с твердым стоком увеличение выноса фосфора не происходит или даже происходит незначительное его снижение.
С жидким стоком с пахотных земель выносится 0,0001-0,9кг фосфора с гектара. Со всей территории, занятой в мире пашней, что составляет около 1,4 млрд га, за счет применения минеральных удобрений в современных условиях выносится порядка 230 тыс.т фосфора дополнительно.
Неорганический фосфор находится в водах суши преимущественно в виде производных ортофосфорной кислоты. Формы существования фосфора в воде не безразличны для развития водной растительности. Наиболее доступен фосфор растворенных фосфатов, которые при интенсивном развитии растений используются ими практически полностью. Аппатитный фосфор, осаждаясь в донных отложениях, практически не доступен для водных растений и слабо ими используется.
Миграция калия по профилю почв, имеющих средний или тяжелый механический состав, значительно затруднена в связи с поглощением почвенными коллоидами и переходом в обменное и необменное состояние.
Поверхностным стоком смывается преимущественно почвенный калий. Это находит соответствующее выражение в величинах содержания калия в природных водах и отсутствии связи между ними и дозами калийных удобрений.
Что касается азотных удобрений минеральных удобрений, то количество азота в стоке составляет 10-25% его общего поступления с удобрениями.
Доминирующими формами азота в воде(исключая молекулярный), являются NO 3 ,NH 4 ,NO 2 , растворимый органический азот и азот взвешенных частиц. В озерных водоема концентрация может изменяться от 0 до 4 мг/л.
Однако, по мнению ряда исследователей, оценка вклада азота в загрязнение поверхностных и грунтовых вод является, по-видимому, завышенной.
Азотные удобрения при достаточном количестве других питательных элементов в большинстве случаев способствуют интенсивному вегетативному росту растений, развитию корневой системы и поглощению нитратов из почвы. Увеличивается площадь листьев и в связи с этим возрастает коэффициент транспирации, повышается расход воды растением, снижается влажность почвы. Все это снижает возможность промывания нитратов в нижние горизонты почвенного профиля и оттуда в грунтовые воды.
Максимальная концентрация азота отмечается в поверхностных водах в период половодья. Количество азота, вымываемого в течение периода половодья с водосборных площадей, в значительной степени определяется аккумуляцией соединений азота в снежном покрове.
Можно отметить, что вынос как общего азота, так и отдельных его форм в период половодья выше, чем запасы азота в снежном покрове. Это может быть связано с размывом верхнего слоя почвы и вымыванием азота с твердым стоком.
Внесение в почву удобрений не только улучшает питание растений, но изменяет и условия существования почвенных микроорганизмов, которые также нуждаются в минеральных элементах. При благоприятных климатических условиях численность микроорганизмов и их активность после удобрения почвы значительно возрастают.
Стимуляциониый эффект минеральных удобрений на почвенную микрофлору, а в еще большей степени навоза весьма наглядно демонстрирует опыт, проведенный на дерново-подзолистой почве Сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева (Е.Н. Мишустии, Е.3. Теппер). Более 50 лет назад по инициативе Д.Н. Прянишникова был заложен стационарный длительный опыт по изучению влияния разных удобрений на почву. Для микробиологического исследования брались образцы со следующих делянок.
Бессменный пар: 1) неудобрявшаяся почва; 2) почва, ежегодно получавшая минеральное удобрение; 3) почва, ежегодно удобрявшаяся навозом.
Бессменная рожь: 1) неудобрявшаяся почва; 2) почва, ежегодно получавшая NРК; 3) почва, ежегодно удобрявшаяся навозом.
Семипольный севооборот с клевером: 1) неудобрявшаяся почва (пар); 2) почва, ежегодно удобрявшаяся навозом (пар).
В среднем почвы, удобрявшиеся минеральными удобрениями, за год получали на 1 га 32 кг азота, 32 кг фосфора (Р 2 0 5) и 45 кг калия (К 2 0). Навоз вносили в количестве 20 т на 1 га ежегодно.
Таблица 1
|
Внесенные удобрения |
Общее число микроорганизмов, тыс на 1 га |
Число актиномицетов, тыс на 1 г |
Актиномицеты, % |
Общее число грибов, (тыс на 1 га) |
|
|
Бессменный пар неудобренный NPK Бессменная рожь Неудобренная 7 - Польный севооборот Неудобренный пар Навоз,пар |
Как следует из данных табл.1, почвы, длительное время бывшие под паром, сильно обеднились микроорганизмами, так как в них не поступали свежие растительные остатки. Выше всего численность микроорганизмов была в почве, находившейся под бессменной рожью, куда поступали в значительных количествах растительные остатки.
Внесение минеральных удобрений в почву, находившуюся все время в состоянии пара, заметно увеличило общую биогенность. Существенного влияния на численность микронаселения почвы под бессменной рожью применение минеральных удобрений не оказало.
В большинстве случаев минеральные удобрения несколько снизили относительную численность актиномицетов и увеличили содержание грибов. Это явилось результатом некоторого подкисления почвы, которое отрицательно влияет на первую группу почвенного микронаселения и усиливает размножение второй. Навоз во всех случаях резко стимулировал размножение микроорганизмов, так как с навозом в почву вносится богатый комплекс минеральных и органических веществ»
Различия, имевшиеся в системе удобрений, резко сказались на свойствах почвы и ее урожайности. Почва, находившаяся 50 лет в парующем состоянии, потеряла около половины запаса перегноя. Внесение минеральных удобрений существенно уменьшило эту потерю. Удобрения стимулировали образование микробами перегноя.
Средний урожай за период опыта приводится в табл. 2, составленной на основании данных В. Е. Егорова.
Таблица 2
Влияние разных удобрений, внесенных в дерново-подзолистую почву, на урожай сельскохозяйственных культур (в ц/га)
В севообороте урожаи были значительно выше, чем при бессменных культурах. Во всех случаях, однако, удобрения существенно повышали урожай. Более эффективным было полное органическое удобрение, т. е. навоз.
Минеральные удобрения обычно обладают «Физиологической» кислотностью. При использовании их растениями накапливаются кислоты, подкисляющие почву. Перегноя и илистые фракции почвы могут нейтрализовать кислые вещества. В таких случаях говорят о «буферных» свойствах почвы. В разобранном нами примере почва обладала хорошо выраженными буферными свойствами и длительное применение удобрений не привело к существенному снижению величины рН. В результате деятельность микроорганизмов не была угнетена. Не отмечалось и вредного последействия удобрений на растения.
В легких песчаных почвах буферность слабо выражена. Длительное применение на них минеральных удобрений может привести к сильному подкислению, в результате которого в раствор переходят токсические соединения алюминия. Вследствие этого биологические процессы в почве подавляются, а урожайность падает.
Подобное неблагоприятное действие минеральных удобрений наблюдалось на легких супесчаных почвах Соликамской сельскохозяйственной станции (Е. Н. Мишустин и В. Н. Прокошев). Для опыта был взят трехпольный севооборот со следующим чередованием культур: картофель, брюква, яровая пшеница. В почву ежегодно вносили N и Р 2 0 5 по 90 кг/га, а К 2 0 -- 120 кг/га. Навоз давали два раза в три года по 20 т/га. Известь вносили из расчета на полную гидролитическую кислотность -- 4,8 т/га. Перед микробиологическим исследованием почвы прошли четыре ротации. В табл. 3 даются материалы, характеризующие состояние отдельных групп микроорганизмов в исследованных почвах.
Таблица 3
Влияние разных удобрений на микрофлору подзолистой песчаной почвы Соликамской сельскохозяйственной станции
Из данных таблицы следует вывод, что применение NРК в течение ряда лет существенно снизило численность микроорганизмов в почве. Не пострадали лишь грибы. Это произошло вследствие значительного подкисления почвы. Внесение извести, навоза и их смесей стабилизовало почвенную кислотность и благоприятно сказалось на микронаселении почвы. Заметно изменился состав целлюлозных микроорганизмов в связи с удобрением почвы. На более кислых почвах преобладали грибы. Все типы удобрений способствовали размножению миксобактерий. Внесение навоза усилило размножение Суtорhаgа.
Интересны данные, иллюстрирующие величины урожая сельскохозяйственных культур на различно удобрявшихся почвах Соликамской сельскохозяйственной станции (табл. 4).
Таблица 4
Влияние удобрений, внесенных в песчаную почву, на урожай сельскохозяйственных культур (в ц/га)
Цифры таблицы показывают, что минеральные удобрения постепенно снижали урожай, причем пшеница начала страдать раньше, чем картофель. Навоз оказал положительное влияние. В общем микробное население реагировало на изменение почвенного фона примерно так же, как и растительность.
На нейтральных буферных почвах минеральные удобрения даже при длительном их применении положительно действуют на почвенную микрофлору и растения. В табл. 5 приводятся результаты опыта, в котором черноземные почвы Воронежской области удобрялись разными минеральными туками. Азот вносили из расчета 20 кг/га, Р 2 0 5 --60 кг/га, К 2 О -- 30 кг/га. Развитие почвенного микронаселения усилилось. Однако высокие дозы удобрений, используемые длительное время, тоже могут снизить рН и подавить рост микрофлоры и раcтений. Поэтому при интенсивной химизации следует учитывать физиологическую кислотность удобрений. Вокруг кусочков минеральных или органических удобрений в почве создаются радиальные микрозоны, содержащие различную концентрацию питательных веществ и имеющие различное значение рН.
Таблица 5
Влияние минеральных удобрений на численность микрофлоры черноземной почвы (в тыс/г)
В каждой из подобных зон развивается своеобразная группировка микроорганизмов, характер которого определяется составом удобрений, их растворимостью и т. д. Таким образом, было бы ошибочно думать, что удобренные почвы во всех точках имеют однотипную микрофлору. Микрозональность, впрочем, свойственна и неудобренной почве, о чем упоминалось ранее.
Усиление размножения микроорганизмов в удобренных почвах сказывается на активизации процессов, протекающих в почве. Так, заметно усиливается выделение почвой С0 2 («дыхание» почвы), что является следствием более энергичного разрушения органических соединений и перегноя. Понятно, почему в удобренных почвах растения наряду с внесенными элементами используют большие количества питательных веществ из почвенных запасов. Особенно наглядно это проявляется в отношении азотных соединений почвы. Опыты с минеральными азотными удобрениями, меченными N 15 , показали, что размер мобилизации азота почвы под их влиянием зависит от типа почвы, а также дозировок и форм использованных соединений.
Усилившаяся деятельность микроорганизмов в удобренных почвах одновременно приводит к биологическому закреплению части внесенных минеральных элементов. Некоторая часть минеральных азотсодержащих веществ, например соединения аммония, может закрепляться в почве и в силу физико-химических и химических процессов. В условиях вегетационного опыта в почве связывается до 10--30% дисперсно внесенных азотных удобрений, а в полевых условиях -- до 30--40% (А.М. Смирнов). После отмирания микроорганизмов азот их плазмы частично минерализуется, но частично переходит в форму перегнойных соединений. До 10% закрепленного в почве азота может быть использовано растениями в следующем году. Примерно в таком же темпе освобождается остальной азот.
Особенности микробиологической активности в разных почвах влияют на превращение азотных удобрений. На них существенно влияет техника внесения минеральных туков. Гранулирование, например, уменьшает контакт удобрений с почвой, а следовательно, и микроорганизмами. Это существенно повышает коэффициент использования удобрений. Все сказанное в значительной мере относится и к фосфорным удобрениям. Поэтому делается понятным значение учета микробиологической деятельности почвы при разработке вопросов рационального использования удобрений. Биологическое закрепление калия в почве происходит в относительно небольших количествах.
Если азотные удобрения наряду с другими минеральными соединениями активизируют деятельность сапрофитной микрофлоры, то фосфорные, а также калийные соединения усиливают активность свободноживущих и симбиотических азотофиксаторов.
http://biofile.ru/bio/4234.html
К негативным последствиям применения удобрений следует отнести и увеличение подвижности некоторых микроэлементов, содержащихся в почве. Они более активно вовлекаются в геохимическую миграцию. Это ведет к возникновению в пахотном слое дефицита В, Zn, Сu, Мn . Ограниченное поступление микроэлементов в растения неблагоприятно влияет на процессы фотосинтеза и передвижение ассимилятов, снижает их устойчивость к заболеваниям, недостаточному и избыточному увлажнению, высоким и низким температурам . Основной причиной нарушений в обмене веществ растений при недостатке микроэлементов является снижение активности ферментных систем.
Недостаток микроэлементов в почве вынуждает применять микроудобрения. Так, в США их использование в период с 1969 по 1979 г.г. возросло с 34,8 до 65,4 тыс. т действующего вещества .
В связи с глубокими изменениями в агрохимических свойствах почв, происходящими в результате применения удобрений, возникла необходимость изучения их влияния на физические характеристики пахотного слоя. Основными показателями физических свойств почвы являются агрегатный состав и водопрочность почвенных частиц. Анализ результатов ограниченного количества исследований, проведенных с целью изучения влияния минеральных удобрений на физические свойства почвы, не позволяет сделать определенных выводов. В некоторых опытах наблюдалось ухудшение физических свойств . При повторной культуре картофеля доля почвенных агрегатов более 1 мм в варианте с внесением азота, фосфора и калия, по сравнению с неудобренным участком, снижалась с 82 до 77%. В других исследованиях при внесении полного минерального удобрения на протяжении пяти лет содержание в черноземе агрономически ценных агрегатов уменьшилось с 70 до 60%, а водопрочных - с 49 до 36% .
Чаще всего отрицательное влияние минеральных удобрений на агрофизические свойства почвы обнаруживается при изучении ее микроструктуры.
Микроморфологические исследования показали, что даже небольшие дозы минеральных удобрений (30-45 кг/га) оказывают отрицательное влияние на микроструктуру почвы, сохраняющееся на протяжении 1-2 лет после их внесения. Возрастает плотность упаковки микроагрегатов, снижается видимая порозность, уменьшается доля зернистых агрегатов . Продолжительное внесение минеральных удобрений ведет к снижению доли частиц губчатого микросложения и к увеличению на 11% неагрегатированного материала . Одной из причин ухудшения структуры является обеднение пахотного слоя экскрементами почвенных животных .
Вероятно, агрохимические и агрофизические свойства почв тесно связаны между собой, и поэтому увеличивающаяся кислотность, обеднение пахотного горизонта основаниями, уменьшение содержания гумуса, ухудшение биологических свойств должны закономерно сопровождаться ухудшением агрофизических свойств.
В целях предотвращения отрицательного влияния минеральных удобрений на свойства почвы следует периодически проводить известкование. К 1966 г. ежегодная площадь известкования в бывшем СССР превысила 8 млн. га, а объем вносимой извести составил 45,5 млн. т. Однако это не компенсировало потерь кальция и магния. Поэтому доля земель, подлежащих известкованию, в ряде регионов не уменьшилась, а даже несколько увеличилась. Для того, чтобы не допустить увеличения площади кислых земель, предполагалось удвоить поставки сельскому хозяйству известковых удобрений и довести их к 1990 г. до 100 млн.т .
Известкование, понижая кислотность почвы, одновременно вызывает повышение газообразных потерь азота. При проведении этого приема они возрастают в 1,5-2 раза . Такая реакция почв на внесение мелиорантов является результатом изменений в направленности микробиологических процессов, что может стать причиной нарушения геохимических круговоротов. В связи с этим высказывались сомнения в целесообразности использования известкования . Кроме того, известкование усугубляет и другую проблему – загрязнения почв токсическими элементами.
Минеральные удобрения являются основным источником загрязнения почв тяжелыми металлами (ТМ) и токсичными элементами. Это связано с содержанием в сырье, используемом для производства минеральных удобрений, стронция, урана, цинка, свинца, ванадия, кадмия, лантаноидов и других химических элементов. Их полное извлечение или не предусматривается вообще, или осложняется технологическими факторами . Возможное содержание сопутствующих элементов в суперфосфатах и в других видах минеральных удобрений, широко применяемых в современном земледелии, приведено в таблицах 1 и 2.
В больших количествах элементы-загрязнители обнаруживаются в извести. Ее внесение в количестве 5 т/га может изменить природные уровни кадмия в почве на 8,9% от валового содержания .
Таблица 1. Содержание примесей в суперфосфатах, мг/кг
При внесении минеральных удобрений в дозе 109 кг/га NPK в почву поступает примерно 7,87 г меди, 10,25 – цинка, 0,21 – кадмия, 3,36 – свинца, 4,22 – никеля, 4,77 – хрома . По данным ЦИНАО, за весь период использования фосфорных удобрений в почвы бывшего СССР внесено 3200 т кадмия, 16633 – свинца, 553 – ртути . Большая часть химических элементов, попавших в почву, находится в слабоподвижном состоянии. Период полувыведения кадмия составляет 110 лет, цинка – 510, меди – 1500, свинца – несколько тысяч лет .
Таблица 2. Содержание тяжелых металлов в удобрениях и извести, мг/кг
Загрязнение почвы тяжелыми и токсичными металлами ведет к накоплению их в растениях. Так, в Швеции концентрация кадмия в пшенице за текущее столетие увеличилась вдвое. Там же при применении суперфосфата в суммарной дозе 1680 кг/га, внесенной частями за 5 лет, наблюдали повышение содержания кадмия в зерне пшеницы в 3,5 раза . По данным некоторых авторов, при загрязнении почвы стронцием происходило трехкратное увеличение его содержания в клубнях картофеля . В России пока еще не уделяется достаточного внимания загрязнению растениеводческой продукции химическими элементами.
Использование загрязненных растений в качестве продуктов питания или кормов является причиной возникновения у человека и сельскохозяйственных животных различных заболеваний. К наиболее опасным тяжелым металлам относят ртуть, свинец и кадмий. Попадание в организм человека свинца ведет к нарушениям сна, общей слабости, ухудшению настроения, нарушению памяти и снижению устойчивости к бактериальным инфекциям . Накопление в продуктах питания кадмия, токсичность которого в 10 раз выше свинца, вызывает разрушение эритроцитов крови, нарушение работы почек, кишечника, размягчение костной ткани . Парные и тройные сочетания тяжелых металлов усиливают их токсический эффект .
Экспертным комитетом ВОЗ разработаны нормативы поступления в человеческий организм тяжелых металлов. Предусматривается, что каждую неделю здоровый человек массой 70 кг может получать с пищевыми продуктами, без вреда для своего здоровья, не более 3,5 мг свинца, 0,625 мг кадмия и 0,35 мг ртути .
В связи с возрастанием загрязнения продуктов питания были приняты нормативы содержания ТМ и ряда химических элементов в продукции растениеводства (табл. 3).
Таблица 3. Предельно допустимые концентрации химических элементов, мг/кг сырого продукта
| Элемент | Хлебные продукты и зерно | Овощи | Фрукты | Молочные продукты |
| Ртуть | 0,01 | 0,02 | 0,01 | 0,005 |
| Кадмий | 0,02 | 0,03 | 0,03 | 0,01 |
| Свинец | 0,2 | 0,5 | 0,4 | 0,05 |
| Мышьяк | 0,2 | 0,2 | 0,2 | 0,05 |
| Медь | 0,5 | |||
| Цинк | 5,0 | |||
| Железо | 3,0 | |||
| Олово | - | 100,0 | ||
| Сурьма | 0,1 | 0,3 | 0,3 | 0,05 |
| Никель | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,1 |
| Селен | 0,5 | 0,5 | 0,5 | 0,5 |
| Хром | 0,2 | 0,2 | 0,1 | 0,1 |
| Алюминий | 1,0 | |||
| Фтор | 2,5 | 2,5 | 2,5 | 2,5 |
| Йод | 0,3 |
Загрязнение растениеводческой продукции ТМ и химическими элементами опасно для человека не только при непосредственном ее употреблении, но и при использовании на кормовые цели. Например, скармливание коровам растений, выращенных на загрязненных почвах, привело к увеличению концентрации кадмия в молоке до 17-30 мг/л , в то время как допустимый уровень составляет 0,01 мг/л.
Для предотвращения накопления химических элементов в молоке, мясе, исключения возможности отрицательного их влияния на состояние сельскохозяйственных животных во многих странах принимаются предельно допустимые концентрации (ПДК) для химических элементов, содержащихся в кормовых растениях. По стандартам ЕЭС безопасное содержание свинца в фураже составляет 10 мг/кг сухого вещества. В Нидерландах допустимый уровень содержания кадмия в зеленых кормах равен 0,1 мг/кг сухой массы .
Фоновое содержание химических элементов в почвах приведено в таблице 4. При накоплении ТМ в почве и последующем поступлении их в растения они концентрируются, в основном, в вегетативных органах, что объясняется защитной реакцией растений . Исключение составляет кадмий, который легко проникает как в листья и стебли, так и в генеративные части . Для правильной оценки степени накопления в растениях различных элементов необходимо знать их обычное содержание при выращивании сельскохозяйственных культур на незагрязненных почвах. Сведения по этому вопросу довольно разноречивы. Это объясняется большими различиями в химическом составе почв. Фоновое содержание свинца в почвах равно примерно 30, а кадмия - 0,5 мг/кг . Концентрация свинца в растениях, выращиваемых на чистых грунтах, составляет 0,009-0,045, а кадмия – 0,011-0,67 мг/кг сырого вещества .
Таблица 4. Содержание некоторых элементов в пахотных почвах, мг/кг
| Элемент | Обычное содержание | ПДК | Элемент | Обычное содержание | пдк |
| As | 0,1-20 | Ni | 2-50 | ||
| В | 5-20 | Pb | 0,1-20 | ||
| Be | 0,1-5 | Sb | 0,01-0,5 | ||
| Вг | 1-10 | Se | 0,01-5 | ||
| Cd | 0,01-1 | Sn | 1-20 | ||
| Со | 1-10 | Tl | 0,01-0,5 | ||
| Сг | 2-50 | Ti | 10-5000 | ||
| Сu | 1-20 | U | 0,01-1 | ||
| F | 50-200 | V | 10-100 | ||
| Ga | 0,1-10 | Zn | 3-50 | ||
| Hg | 0,01-1 | Mo | 0,2-5 |
Установление жестких норм по загрязнению растений объясняется тем, что при выращивании их на загрязненных почвах содержание отдельных элементов может увеличиваться в десятки раз. В то же время некоторые химические элементы становятся токсичными при трех- и даже двукратном увеличении их концентрации. Например, содержание меди в растениях обычно составляет примерно 5-10 мг/кг в расчете на сухую массу. При концентрации 20 мг/кг растения становятся токсичными для овец, а при 15 мг/кг - для ягнят .
Глава 2 http://selo-delo.ru/8-zemelnie-resursi?start=16
В связи с уменьшением объема применения минеральных удобрений значимость органических удобрений как источника питательных элементов возрасла. Они являются наиболее полноценными по содержанию питательных элементов, необходимых растениям. В 1 т подстилочного навоза содержится 5 кг N, 2,5 кг P 2 O 5 , 6 кг К 2 О; 3 - 5 г В, 25 г Zn; 3,9 г Cu, 0,5 Мо и 50 г Mn. Следует иметь в виду, что себестоимость 1 кг питательных элементов, внесенных с твердым навозом, на 24 - 37 % ниже, чем в эквивалентном количестве минеральных удобрений. В повышении плодородия почв и урожайности сельскохозяйственных культур важная роль отводится органическим удобрениям.
Внесение органических удобрений оказывает положительное влияние на баланс гумуса в почве, улучшает воздушный и водный режим почвы, усиливает микробиологическую активность почвы. Из 1 т органических удобрений на суглинистых почвах образуется 50 кг/га гумуса, на супесчаных - 40 и песчаных - 35.
В настоящее время в мире на 1 га пашни вносят около 15 т/га органических удобрений. В США применяется около 14 т/га, Англии - 25, Нидерландах - 70 т/га. В Беларуси применение органических удобрений достигло в 1991 г. 83 млн. тонн, или 14,5 т/га.
В последние годы в Республике Беларусь ввиду систематического сокращения поголовья скота и резкого сокращения объемов заготовок торфа значительно снизилось применение органических удобрений, что привело к снижению темпов накопления гумуса, а в некоторых районах произошло уменьшение содержания гумуса. В 1995 г. применение органических удобрений снизилось в республике до 9,5, а в 1999 г. – до 8,2 т/га.
Одним из мероприятий, позволяющим снизить применение органических удобрений, является обоснование оптимальных размеров посевов многолетних трав и повышение их урожайности. В настоящее время на 1 га пропашных культур приходится 3 га многолетних трав. Даже при уменьшении объемов применения органических удобрений в последние годы за счет увеличения доли растительных остатков в общем объеме поступающего в почву органического вещества с 46 до 55% удалось в целом на пахотных почвах поддержать достигнутый уровень содержания гумуса в почве. Для поддержания бездефицитного баланса гумуса в республике необходимо обеспечить применение органических удобрений на уровне 50 млн. т/га, или 9 - 10 т/га. Предполагается, что в связи с возрастанием поголовья скота внесение органических удобрений может возрасти до 52,8 млн. тонн. Потребность в торфе республики составляет около 3 млн тонн.
При правильном применении окупаемость 1 т органических удобрений составляет: у зерновых - 20 кг, картофеля – 90, кормовых корнеплодов – 200, кукурузы (зеленая масса) – 150 кг.
В сельском хозяйстве применяются следующие виды органических удобрений:
1. Органические удобрения на основе отходов животноводства и птицеводства:
а) подстилочный навоз;
б) бесподстилочный навоз;
в) навозная жижа;
г) птичий помет;
2. Удобрения из природного органического сырья:
б) компосты;
3. Зеленое удобрение и использование побочной продукции растениеводства:
а) солома;
б) зеленое удобрение;
4. Органические удобрения на основе коммунальных и промышленных отходов:
а) промышленные и бытовые отходы;
б) осадки сточных вод;
в) гидролизный лигнин.
Подстилочный навоз - смесь жидких и твердых экскрементов животных с подстилкой. Жидкие экскременты животных относятся к калийно-азотному удобрению, а твердые - к азотно-фосфорному (табл. 5.1).
Качество навоза, его химический состав зависят: 1) от типа кормления; например, при содержании в рационе концентратов навоз содержит больше питательных веществ, чем при кормлении грубыми кормами; 2) вида животных (табл.5.2); 3) количества и вида подстилки; 4) способа хранения (табл. 5.3; 5.4)
В различном подстилочном материале содержится следующее количество питательных элементов:
При рыхлом, или горячем способе хранения, когда навоз не уплотняется, создаются аэробные условия, развиваются термофильные бактерии, температура внутри бурта достигает 50 - 60 0 С. Идет бурное разложение органического вещества, азот улетучивается в виде NН 3 , наблюдаются потери Р 2 О 5 и К 2 О. Потери азота при рыхлом хранении – около 30%.
Т а б л и ц а 5.1. Содержание сухого вещества, азота и зольных элементов в экскрементах животных, % http://www.derev-grad.ru/himicheskaya-zaschita-rastenii/udobreniya.html
При горячепрессованном, или рыхло-плотном, способе хранения (способ Кранца) навоз рыхлой укладки после разогревания до 50 - 60 0 С уплотняется. Сначала создаются аэробные условия, затем - анаэробные. Потери азота и органического вещества уменьшаются.
Существует также холодный, или плотный, способ хранения, когда создаются анаэробные условия. Навоз в буртах сразу уплотняется. Это лучший способ хранения с точки зрения сохранения в нем питательных веществ. В этом случае в буртах сохраняется постоянная температура (15 - 35 0 С). Потери азота небольшие, так как навоз все время находится в плотном и влажном состоянии. В такой навоз доступ воздуха ограничен, а свободные от воды поры заняты углекислотой, что замедляет микробиологическую деятельность.
В зависимости от степени разложения навоз на соломенной подстилке подразделяют на свежий, полуперепревший и перегной.
В свежем слаборазложившемся навозе солома незначительно изменяет цвет и прочность. В полуперепревшем она приобретает темно-коричневый цвет, становится менее прочной и легко разрывается. В этой стадии разложения навоз теряет 10 - 30% первоначальной массы и такое же количество органического вещества. Невыгодно доводить навоз до стадии перегноя, так как в этом случае около 35% органического вещества теряется.
Слаборазложившийся навоз в первый год может оказать слабое действие, а в последействии на второй и третий годы могут быть сравнительно высокие прибавки урожая. При наличии в хозяйстве разной степени разложения навоза более разложившийся навоз в районах достаточного увлажнения можно внести весной под пропашные культуры, а менее разложившийся - летом после уборки однолетних трав под озимые хлеба.
Т а б л и ц а 5.2.Химический состав свежего навоза, %
| Навоз на соломенной подстилке | Навоз на торфяной подстилке | |||||
| Составные части | КРС | конский | овечий | свиной | КРС | конский |
| Вода | 77,3 | 71,3 | 64,4 | 72,4 | 77,5 | 67,0 |
| Орган. вещество | 20,3 | 25,4 | 31,8 | 25,0 | - | - |
| Азот: общий | 0,45 | 0,58 | 0,83 | 0,45 | 0,60 | 0,80 |
| аммиачный | 0,14 | 0,19 | - | 0,20 | 0,18 | 0,28 |
| Фосфор | 0,23 | 0,28 | 0,23 | 0,19 | 0,22 | 0,25 |
| Калий | 0,50 | 0,63 | 0,67 | 0,60 | 0,48 | 0,53 |
Подстилочный навоз нерационально вносить в почву в свежем виде, поскольку может произойти мобилизация подвижных форм азота микроорганизмами, а растения в начале вегетации его не получат в достаточном количестве. Кроме того, свежий навоз содержит семена сорняков. Поэтому в хозяйствах следует использовать вызревший, полуперепревший навоз. При заготовке органических удобрений в зимний период необходимо продлевать сроки их компостирования и хранения, а внесение производить в летне-осенний период. Это позволит получать высококачественный навоз, свободный от сорняков и патогенной микрофлоры.
Та б л и ц а 5.3. Влияние способов хранения подстилочного навоза на потери органического вещества и азота, %
Т а б л и ц а 5.4. Содержание элементов питания в навозе на соломенной подстилке в зависимости от степени его разложения, %
Для получения навоза хорошего качества его хранят в навозахранилищах или в полевых штабелях.
Навозохранилища. При укладке штабелей стремятся к тому, чтобы навоз различной степени разложения не был перемешан, а находился в отдельных частях навозохранилища. Укладка навоза в штабеля шириной 2 - 3 м начинается вдоль той стороны хранилища, которая прилегает к жижесборнику. Навоз укладывают небольшими участками, уплотняя каждый метровый слой навоза, а затем доводят до полной высоты (1,5 - 2 м). После того, как первый штабель будет полностью уложен, вдоль него, по мере поступления навоза, укладывают таким же образом второй штабель, затем третий и т.д. до заполнения навозохранилища. Штабеля должны плотно примыкать друг к другу. При таком порядке закладки на одной стороне навозохранилища будет находиться более разложившейся навоз, а на другой - менее разложившийся, что позволит использовать навоз нужного качества
3) Глава 4 Примения органо-минеральных комплексов для повышения плодородия почв
Органоминеральные удобрения http://biohim-bel.com/organomineralnye-udobreniya
Почва не может быть постоянно плодородной, если ее не удобрять. Для улучшения свойств почвы применяются различные вещества, как правило, минеральные или органические. Эти виды отличаются друг от друга насыщенностью питательными веществами. У каждого из этих типов есть свои достоинства и свои недостатки. Так, например, органические удобрения не всегда содержат полный комплекс веществ, необходимых для обеспечения максимально комфортных условий для растения. В таком случае органические удобрения дополняют минеральными. В качестве примера можно привести перегной или золу, которые содержат очень маленькое количество азота. Чтобы сделать почву более плодородной, эти средства используются в сочетании с минеральными азотными средствами. Кроме того, использование непроверенных органических удобрений может способствовать заражению растения какой-либо инфекцией.
ВЛИЯНИЕ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИИ НА АГРОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ЧЕРНОЗЕМА ТИПИЧНОГО
Г.Н. Черкасов, Е.В. Дубовик, Д.В. Дубовик, С.И. Казанцев
Аннотация. В результате исследований установлено неоднозначное влияние способа основной обработки почвы под озимую пшеницу и кукурузу и минеральных удобрений на показатели агрофизического состояния чернозема типичного. Оптимальные показатели плотности, структурного состояния получены при отвальной вспашке. Выявлено, что применение минеральных удобрений ухудшает структурно-агрегатное состояние, но способствует повышению водоустойчивости почвенных отдельностей при отвальной вспашке по отношению к нулевой и поверхностной обработкам.
Ключевые слова: структурно-агрегатное состояние, плотность почвы, водоустойчивость, обработка почвы, минеральные удобрения.
Плодородная почва наряду с достаточным содержанием питательных веществ должна иметь благоприятные физические условия для роста и развития сельскохозяйственных культур . Установлено, что структура почвы - основа благоприятных агрофизических свойств .
Черноземные почвы обладают невысокой степенью антропотолерантности , что позволяет говорить о высокой степени влияния антропогенных факторов, основным из которых является обработка почвы, а также ряд других мероприятий, которые применяются при уходе за посевами и способствуют нарушению очень ценной зернистой структуры, в результате чего она может распыляться или, наоборот, глыбиться, что допустимо до определенных пределов в почве.
Таким образом, целью данной работы являлось изучение влияния обработки почвы, минеральных удобрений и предшествующей культуры на агрофизические свойства чернозема типичного.
Исследования были проведены в 2009-2010 гг. в ООО «АгроСил» (Курская область, Суджанский район), на черноземе типичном тяжелосуглинистом. Агрохимическая характеристика участка: рНкс1- 5,3; содержание гумуса (по Тюрину) - 4,4%; подвижного фосфора (по Чирикову) - 10,9 мг/100 г; обменного калия (по Чи-рикову) - 9,5 мг/100 г; азота щелочногидролизуемого (по Корнфилду) - 13,6 мг/100 г. Возделываемые культуры: озимая пшеница сорта «Августа» и кукуруза гибрид ПР-2986.
В опыте изучались следующие способы основной обработки почвы: 1) отвальная вспашка на 20-22 см; 2) поверхностная обработка - 10-12 см; 3) нулевая обработка - прямой посев сеялкой Джон Дир. Минеральные удобрения: 1) без удобрений; 2) под озимую пшеницу N2^52^2; под кукурузу К14эР104К104.
Отбор образцов осуществлялся в третьей декаде мая, в слое 0-20 см. Плотность почвы определяли буровым методом по Н. А. Качинскому. Для изучения структурно-агрегатного состояния были отобраны ненарушенные почвенные образцы весом более 1 кг. Для выделения структурных отдельностей и агрегатов использовался метод Н. И. Саввинова по определению структурно-агрегатного состава почвы - сухое и мокрое просеивание.
Плотность почвы является одной из основных физических характеристик почвы. Увеличение плотности почвы приводит, как правило, к более плотной упаковке почвенных частиц, что в свою очередь ведет к изменению водного, воздушного и теплового режимов, что
впоследствии негативно сказывается на развитии корневой системы сельскохозяйственных растений. В то же время требования разных растений к плотности почвы неодинаковы и зависят от типа почвы, механического состава, возделываемой культуры. Так, оптимальная плотность почвы для зерновых культур составляет 1,051,30 г/см3, для кукурузы - 1,00-1,25 г/см3 .
Проведенные исследования показали, что под воздействием различных обработок почвы происходит изменение плотности (рисунок 1). Независимо от возделываемой культуры наибольшая плотность почвы была на вариантах с нулевой обработкой, несколько ниже при поверхностной обработке. Оптимальная плотность почвы отмечается на вариантах с отвальной вспашкой. Минеральные удобрения при всех способах основной обработки способствуют повышению плотности почвы.
Полученные экспериментальные данные подтверждают неоднозначность влияния способов основной обработки почвы на показатели ее структурного состояния (таблица 1). Так, на вариантах с нулевой обработкой отмечено самое низкое содержание агрономически ценных агрегатов (10,0-0,25 мм) в пахотном слое почвы, по отношению к поверхностной обработке и отвальной вспашке.
Отвальная Поверхностная Кулевая
обработка обработка
Способ основной обработки почвы
Рисунок 1 - Изменение плотности чернозема типичного в зависимости от способов обработки и удобрений под озимой пшеницей (2009 г.) и кукурузой (2010 г.)
Тем не менее коэффициент структурности, характеризующий агрегатное состояние, уменьшился в ряду: поверхностная обработка ^ отвальная вспашка ^ нулевая обработка. На структурно-агрегатное состояние чернозема оказывает влияние не только способ обработки почвы, но и возделываемая культура. При возделывании озимой пшеницы количество агрегатов агрономически ценного диапазона и коэффициент структурности были выше в среднем на 20%, чем в почве под кукурузой. Это обусловлено биологическими особенностями строения корневой системы этих культур.
Рассматривая фактор удобренности, хочется отметить, что применение удобрений привело к заметному снижению как агрономически ценной структуры, так и коэффициента структурности, что вполне закономерно, так как в первый и второй год после внесения наблюдается ухудшение строения агрегатов и агрофизических свойств почвы - возрастают плотность укладки агрегатов, заполненность порового пространства тонкодисперсной частью, уменьшается пористость и почти в два раза снижается зернистость .
Таблица 1 - Влияние способа обработки почвы и минеральных удобрений на показатели структурно-
Другим показателем структуры является ее устойчивость к внешним воздействиям, среди которых наиболее существенным является воздействие воды, поскольку почва должна сохранять свою уникальную комковато-зернистую структуру после обильных осадков и последующего подсушивания. Это качество структуры называется водоустойчивостью или водо-прочностью .
Содержание водопрочных агрегатов (>0,25 мм) является критерием для оценки и прогноза устойчивости сложения пахотного слоя во времени, его устойчивости к деградации физических свойств под влиянием природных и антропогенных факторов. Оптимальное содержание водопрочных агрегатов >0,25 мм в пахотном слое разных типов почв составляет 40-70(80)% . При изучении влияния способов основной обработки (таблица 2) было установлено, что при нулевой обработке сумма водоустойчивых агрегатов была выше, чем при поверхностной обработке и отвальной вспашке.
Таблица 2 - Изменение водоустойчивости макро-
Это напрямую связано со средневзвешенным диаметром водоустойчивых агрегатов, поскольку нулевая обработка способствует увеличению размера почвенных отдельностей, обладающих водоустойчивостью. Коэффициент структурности водоустойчивых агрегатов уменьшается в ряду: поверхностная обработка ^ нулевая обработка ^ отвальная вспашка. По оценочно-
ориентировочной шкале критерий водо-прочности агрегатов при нулевой обработке оценивается как очень хороший, а при поверхностной обработке и отвальной вспашке - как хороший.
Изучая влияние возделываемой культуры, было установлено, что в почве под кукурузой средневзвешенный диаметр, коэффициент структурности, а также сумма водоустойчивых агрегатов были выше, чем под озимой пшеницей, что связано с формированием под зерновыми культурами мощной по объему и массе корневой системы, которая способствовала формированию большей водоустойчивости под кукурузой. Критерий водопрочности повел себя иначе и был выше в почве под пшеницей, чем под кукурузой.
При внесении удобрений на варианте с отвальной вспашкой повышались коэффициент структурности, средневзвешенный диаметр и сумма водоустойчивых агрегатов. Поскольку отвальная вспашка идет с оборотом пласта и значительно глубже, чем поверхностная и тем более нулевая обработка, то и заделка минеральных удобрений происходит глубже, следовательно, на глу -бине влажность выше, что способствует более интенсивному разложению растительных остатков, за счет чего и происходит увеличение водоустойчивости почвы. На вариантах с применением поверхностной и нулевой обработки все изучаемые показатели водоустойчивости почвы при применении минеральных удобрений снизились. Критерий водопрочности почвенных агрегатов на всех вариантах опыта увеличился, что связано с тем, что данный показатель рассчитывается по результатам не только мокрого просеивания, но и сухого просеивания.
Установлено неоднозначное влияние изучаемых факторов на показатели агрофизического состояния чернозема типичного. Так, наиболее оптимальные показатели плотности, структурного состояния были выявлены при отвальной вспашке, несколько хуже при поверхностной и нулевой обработках. Показатели водоустойчивости уменьшались в ряду: нулевая обработка ^ поверхностная обработка ^ отвальная вспашка. Применение минеральных удобрений ухудшает структурно-агрегатное состояние, но способствует повышению водоустойчивости почвенных отдельностей при отвальной вспашке по отношению к нулевой и поверхностной обработкам. При возделывании озимой пшеницы показатели, характеризующие структурно-