Забруднення полютантами верхніх шарів ґрунту внаслідок застосування мінеральних добрив.
Важкі метали. Хоча наявність у мінеральних добривах домішок ВМ є фактом встановленим, але інформація щодо забруднення ґрунту цими елементами в результаті застосування мінеральних добрив носить дещо суперечливий характер.
Людина, що знаходиться на вершині трофічного ланцюга може одержувати продукти з концентрацією токсикантів у 100–10 000 разів вищою, ніж у ґрунті, а період напіввиведення дорівнює сотням років (Cd– 110, Zn– 510, Cu– 1500, Pb– кілька тисяч років). Щороку з мінеральними добривами вноситься 2150 кг кадмію. Крім того, добрива, змінюючи агрохімічні властивості грунту, можуть впливати на рухомість ВМ у ґрунті та надходження їх у рослини.
Поступово нагромаджено дані, які свідчать, що при систематичному застосуванні добрив спостерігають тенденції до підвищення валового вмісту ВМ, на фоні чого відбувається істотне збільшення кількості їхніх рухомих сполук у грунті. Як правило, внесення азотних добрив призводить до підвищення рухомості Mn, Fe, Zn, Cd у ґрунтах і практично не змінює рухомості Сu і Ni, a рухомість РЬ при цьому знижується. Фосфорні добрива зменшують рухомість ВМ у ґрунті в результаті утворення важкорозчинних фосфатів металів. Калійні добрива менше, ніж азотні і фосфорні впливають на зміну рухомості металів.
Фтор. Низкою досліджень показано, що внаслідок тривалого застосування мінеральних добрив у ґрунті відбувається інтенсивне нагромадження фтору. З фосфорними добривами у ґрунт надходить 2– 12 кг/га фтору на рік: при внесенні 60 кг/га Р2О5 у вигляді суперфосфату до ґрунту може надійти 6–8 кг фтору; внесення 40 кг фосфору у вигляді амофосу супроводжується внесенням 7 кг/га фтору; з кожною тонною фосфоритного борошна – 19–37 кг фтору. Слід зазначити, що застосування фосфорних добрив призводить не лише до підвищення загального вмісту фтору у ґрунті, але й до швидкого нагромадження фтору безпосередньо доступного рослинам, яке, може становити 90%, порівняно з контролем.
Іони фтору, що надходять у ґрунт, доволі енергійно вбираються твердою фазою. Механізми вбирання залежать від хімічних властивостей грунту. У карбонатних ґрунтах та ґрунтах, збагачених розчинними кальцієвими і магнієвими солями, основним механізмом є утворення важкорозчинного CaF2. У кислих безкарбонатних ґрунтах відбувається аніонний обмін і комплексоутворення з хемосорбцією фторидів на поверхні оксидів та гідроксидів А1 і Fe. Високі концентрації фторидів призводять до істотних змін хімічних властивостей ґрунту. Встановлено, що під їхньою дією знижується кислотність або підвищується лужність ґрунту, зростає вміст водорозчинної органічної речовини, знижуються окисні потенціали, відбувається мобілізація сполук заліза та марганцю. Усе це негативно відбивається на показниках біологічної активності ґрунтів.
Вміст обмінних основ у ґрунті (сума Са і Mg) зменшився на 50%, вміст водорозчинної органічної речовини ґрунту збільшився у 900 разів.
Хлор, У підвищених кількостях хлор негативно впливає на сільськогосподарські рослини. Характер його дії проявляється у зниженні кількості хлорофілу у листі, інтенсивності фотосинтезу, погіршенні водного режиму і транспірації. Хлор має високу здатність до горизонтальної та вертикальної міграції, поряд з цим він може рухатися з висхідними токами води. Негативна дія хлору найбільше проявляється на піщаних ґрунтах, які мають підвищену кислотність. На дерново-підзолистих грунтах в орному шарі при внесенні калійних добрив, що містять хлор, вміст цього елемента може зростати на 60–290% залежно від виду культури, умов зволоження та інших факторів.
Радіонукліди. Мінеральні добрива, що містять фосфор, можуть призводити до збільшення у землях сільськогосподарського використання хімічних елементів, які мають природну радіоактивність. Відомо, що у деяких штатах США концентрація урану-238 у ґрунтах за 80 років застосування фосфорних добрив збільшилася удвічі. Подібне явище спостерігали також у Німеччині, де на окультурених ґрунтах вміст природнорадіоактивних елементів (урану і радію) на 6–9% вище, ніж на неокультурених. У ґрунт з простим суперфосфатом надходить значна кількість стабільного стронцію.
ВБ
Вертикальна і горизонтальна міграція біогенних елементів та токсикантів. Використання мінеральних добрив може істотно змінювати біогеохімічний колообіг речовин, що нерідко призводить до загострення екологічних проблем, у тому числі зумовлених станом підземних та поверхневих вод. Основні джерела забруднення природних вод – промислові підприємства (близько 50%), сільськогосподарські об'єкти (25), комунальне господарство (14) і змішане забруднення (11%). За даними Й. Гриба, М. Клименка, В. Сондак (1999 p.), питома вага поверхневого стоку за лімітуючих джерел забруднення з сільськогосподарських угідь становить 0,25 од., в тому числі токсичних речовин – 0,40, з урбанізованих територій – 0,12 од. У Швеції понад 70% азоту і 50% фосфору надходить у водоймища з сільськогосподарських угідь; у США знайдено високі концентрації азоту (10 мг/л) у річках, що протікають через аграрні райони; У Німеччині 54% азоту надходить у водоймища з сільськогосподарських угідь, 24 – з промисловими скидами і лише 22% – з побутовими стоками. До речовин, що являють загрозу природним водам, належать біогенні елементи і передусім сполуки азоту, а також ВМ, фтор, хлор та ін. Біогенні та токсичні елементи у природні води можуть надходити внаслідок як горизонтальної, так і вертикальної міграції.
Контроль і запобігання цим процесам нині є важливим завданням.
Вертикальна міграція. Вважають, що одним з небезпечних видів забруднення водних джерел є забруднення сполуками азоту
Допустима доза азотних добрив, що убезпечує ґрунтові води – 120 кг/га. Ця доза відповідає даним багатьох агрохімічних експериментів.
Нітратний азот здатний вимиватися з інфільтраційними водами на значну глибину. близько 10 м з максимумом нагромадження на глибині 2–4 м.
Вимивання з ґрунту калію, залежить від типу ґрунту, водного режиму грунту, резервів калію у ґрунті, процесів мобілізації та фіксації калію. Максимальне вимивання калію при внутрішньоґрунтовій міграції на різних типах грунтів безпосередньо з калійних добрив становило 21–30 кг/га, а відносна величина – 21– 25% внесеної дози. Виявлено, що калію вимивається менше, ніж Са2+ і Mg2+ і більше, ніж Na+ і NH4+, а вимивання аніонів, з якими мігрують катіони, підпорядковано такій залежності Сl- > SO42~ > NO3- > РО43~.
Мінеральні добрива впливають на вертикальну міграцію токсичних елементів, але кількісні параметри цього процесу практично не вивчено.
Горизонтальна міграція. Переміщення речовин з водними потоками – найголовніший механізм горизонтального перерозподілу хімічних речовин у агроландшафті. Серед усіх видів горизонтальної міграції найбільшого значення в обміні речовин набули процеси поверхневого водного стоку. Останні 20 років надходження біогенних речовин з поверхневим стоком у водосховища Дніпра збільшилося удвічі. При цьому частка сільгоспугідь у надходженні загального азоту становить 70%, мінерального фосфору – 36%. Внаслідок виносу добрив формується 11% річного стоку хлоридів, 3 – сульфатів, 8 – натрію, калію, 7 – нітратів, 11 – нітритів, 8% – фосфатів. Більшість басейнів малих річок, особливо в зоні Лісостепу і Степу України, продовжують зазнавати доволі великого антропогенного навантаження в результаті сільськогосподарського виробництва.
Загальна площа сільськогосподарських угідь України, що підпадає під вплив водної ерозії становить 13,9 млн га (32% усієї площі). Найбільші площі еродованої ріллі – в східних областях України (65–86%); найменші – в Поліссі (близько 30%).
Дерново-підзолисті й сірі лісові орні ґрунти характеризуються такими середніми значеннями вимивання: N~ NO3 - 10-30 кг/га на рік, Са - 140-180, Mg - 25-40, К - 10-20, Р2О5 – 0,4–1,0, S-SO4 – 40–60. Винос біогенних речовин із сільськогосподарських угідь з поверхневим стоком при внесенні 1 кг д.р. мінеральних добрив на 1 га подано у Таблиці 1.
| Спосіб внесення | Азот | Фосфор |
| Восени під оранку | 0,010 | 0,0013 |
| поверхнево | 0,085 | 0,0310 |
| поверхнево по мерзлому ґрунту | 0,216 | 0,0510 |
| Навесні по талому снігу | 0,866 | 0,5940 |
Зміни якісних та кількісних характеристик біоти ґрунту. Значення ґрунтової біоти – виконує функцію детоксикації різних сполук, які надходять у ґрунт і впливають на стан довкілля. Ґрунтово-біотичний комплекс (ҐБК) представлено вагомою (за масою) і різноманітною (за складом) групою організмів. Органічна речовина грунту містить: мертву органічну речовину (85%), корені рослин (1%) та едафон (5%). До структури едафону входять: бактерії і стрептоміцети (40%), гриби і водорості (40%), дощові черв'яки (12%), інша мікрофауна (5%) і мезофауна (3%). 1 г ґрунту містить 3–90 млн бактерій, 0,1–35 млн стрептоміцетів, 8–1000 тис водоростей, 1,5–6 млн простіших. Під впливом мінеральних добрив іноді спостерігають активізацію ґрунтової мікробіоти, але це явище негативно змінює рівновагу ґрунтової системи, втрачається гумус, знижується його стабільність. Так, із збільшенням доз добрив у дерново-підзолистому важкосуглинковому ґрунті зменшувався процентний вміст целюлозоруйнівних бактерій – з 79 до 29%, у дерново-підзолистому легкосуглинковому грунті – з 60 до 5%. У сіроземно-луговому ґрунті у спільноті мікроорганізмів, які використовують мінеральний азот, збільшилася чисельність і відсотковий вміст стрептоміцетів з 10 до 90%, на дерново-підзолистому легкосуглинковому – з 18 до 64%, на чорноземному ґрунті – з 17 до 85%. На дерново-підзолистому супіщаному ґрунті під впливом тривалого застосування мінеральних добрив спостерігали збільшення чисельності грибів на 23–66% порівняно з контролем. При застосуванні мінеральних добрив спостерігали домінування бактерій роду Pseudomonas і повне зникнення родів Brevibacterium, Moraxella, Alcaligenes, Enterobacteraceae, але водночас виявлено збільшення чисельності грибів роду Trichoderma, Cladosporium, Fusarium, зменшення популяції ґрунтових черв'яків (Eseniafetidd) на 12– 24%, що спричинено підвищенням кислотності ґрунту.