Мінеральні добрива в агроекосистемах та особливості їхнього впливу на довкілля (стр. 4 из 12)

Оскільки до складу мінеральних добрив входять хімічні речовини з певним кумулятивним ефектом, доцільно, крім максимально рекомендованих доз внесення мінеральних добрив, враховувати можливість сумарного нагромадження речовин у ґрунті і досліджувати дози у кілька разів вищі за рекомендовані.

Загальний алгоритм проведення агроекологічної оцінки мінеральних добрив за впливом на ґрунтову систему представлено на рис. 4.4.

При вивченні адитивних ефектів, ступінь стійкості агроекосистеми щодо хімічних речовин-забруднювачів оцінюють для конкретної речовини, джерелом якої може виступати мінеральне добриво. При цьому розрізняють (за М. Глазовською):

– педохімічно активні речовини, які створюють кислотно-основні та окисно-відновні умови в ґрунті і впливають таким чином на загальний стан ґрунтової системи (переважно макроелементи та їхні сполуки – NO₃^-, SO₄^2-, Сl^–, Na⁺);

– біохімічно активні речовини, які передусім впливають на живі організми – мікрофлору, рослини, тварини (As, Cd, Pb, Cr, Zn, Ni, Cu, Sn, Hg, F^- тощо);

– речовини, здатні перебувати в ґрунті у таких формах, що призводить до їхньої міграції в поверхневі, ґрунтові та підземні води (NO₃^-, SO₄^2-, Сl^–, F^– , Cd, Zn тощо).

Групування мінеральних добрив залежно від особливостей впливу на агроекосистему(Патика, Макаренко).

Для врахування особливостей впливу мінеральних добрив на агроекосистему, зосередження уваги на їхніх головних негативних властивостях та розробки подальших алгоритмів дослідження, пропонуємо поділ мінеральних добрив :

• директивної (прямої) дії – негативний вплив на природне середовище спричинений токсичними домішками мінеральних добрив, серед яких найнебезпечнішими є ВМ, галогени, радіонукліди тощо, які і є безпосередніми забруднювачами.

До цієї групи за вмістом токсичних домішок, насамперед належать фосфорні добрива, що пояснюється геологічним походженням, хімічною будовою сировини, з якої їх виготовляють, та особливостями технологій виробництва;

• індирективної (непрямої) дії – негативний вплив на природне середовище відбувається внаслідок фізико-хімічних властивостей мінеральних добрив, які в ґрунті проявляють себе як хімічно, фізіологічно, біологічно кислі (лужні) і певним чином впливають на стан ґрунтового комплексу. При цьому змінюється реакція ґрунтового розчину, направленість процесів синтезу та розпаду гумусових сполук, активність біохімічних, мікробіологічних та інших процесів. Тим самим, зазначені добрива змінюють рухомість біогенів та токсикантів і можуть активізувати процеси міграції останніх у системах «добриво–ґрунт–рослина», «добриво–ґрунт–природні води». До таких добрив, передусім, належать азотні, які здебільшого є фізіологічно кислими або лужними.

Наведене групування віддзеркалює головні властивості деяких мінеральних добрив, але цей поділ певною мірою умовний. Зокрема, фосфорні добрива можуть змінювати реакцію ґрунтового розчину, але цей вплив не такий значний, як азотних добрив. Азотні добрива можуть бути джерелом токсичних елементів, хоча значно меншою мірою, ніж фосфорні. Слід зазначити, що згідно з наведеним групуванням, більшість калійних і комплексних добрив займає проміжне положення

За своїм складом мінеральні добрива поділяють на прості (містять лише один компонент із головних елементів живлення) і комплексні (містять не менше двох головних елементів живлення). Прості мінеральні добрива, залежно від елементу живлення, поділяють на азотні, фосфорні, калійні, магнієві, сірчані тощо, а комплексні – на складні, складно-змішані і змішані. За характером безпосередньої дії на грунт і рослини мінеральні добрива класифікують як фізіологічне й біологічно кислі, хімічно й фізіологічне лужні та фізіологічно нейтральні.

Азотні добрива. Сировиною для виробництва більшості азотних добрив є аміак і азотна кислота, які синтезують з атмосферного повітря або утилізують з газів, що є відходами різних промислових виробництв. Залежно від того, в якій формі перебуває азот у добривах, їх поділяють на нітратні (селітри), амонійні, амонійно-нітратні та амідні. Крім того, існують інші форми азотних добрив – аміакати, вуглеаміакати, повільно діючі важкорозчинні азотні добрива – сечовинно-формальдегідні, сечовинно-ацетатальдегідні, оксаміди тощо.

Азотні добрива в багатьох випадках підкислюють або підлужують ґрунтовий розчин, що є результатом їхньої фізіологічної кислотності або лужності. Прикладом фізіологічне кислих добрив є традиційні азотні добрива – аміачна селітра (NH₄NO₃) та сульфат амонію ((NH₄)₂SO₄), фізіологічне лужних – натрієва селітра (NaNO₃). Так, сульфат амонію у ґрунті швидко розчиняється, значна частина іонів амонію входить до ґрунтового вбирного комплексу (ҐВК), а з нього у ґрунтовий розчин переходить еквівалентна кількість інших катіонів. У разі біологічного окислення азоту сульфату амонію в ґрунті (нітрифікація) утворюється азотна кислота і вивільняється сірчана:

(NH₄)₂SO₄+ 4О₂ = 2HNO₃ + H₂SO₄ + 2Н₂О

У ґрунті ці кислоти нейтралізуються, вступаючи у взаємодію з бікарбонатами ґрунтового розчину та катіонами ҐВК. Нейтралізація мінеральних кислот супроводжується руйнацією бікарбонатів ґрунтового розчину і витісненням основ із поглинального комплексу воднем. Це послаблює буферну здатність ґрунту та підвищує його кислотність. Систематичне застосування сульфату амонію, навіть на чорноземних ґрунтах підвищує кислотність.

При застосуванні фізіологічне лужного добрива (натрієва селітра (NaNO₃)) – рослини поглинають NO₃^-, частина Na залишається у ґрунті й підлужує його:

Са Na

ҐВК Са + 2NaNO₃= ҐВК Na + Ca(NO₃)₂

Са Са

Нітратний азот не піддається фізико-хімічному та фізичному поглинанню у ґрунтах, зберігає високу активність і за певних умов може вимиватися у ґрунтові води.

Максимально допустимі річні норми азоту мінеральних добрив у різних зонах України: Полісся і Лісостеп – 140, Степ – 180 кг/га поживних речовин (за винятком культурних пасовищ).

Азотні добрива в якості домішок можуть містити певну кількість мікроелементів: As– 2,2–120 мг/кг; Вг – 185–716; Cd– 0,05–8,5; Co- 5,4-12; Сг - 3,2-19; Cu- <1-15; Hg- 0,3-2,9; Mo- 1-7; Ni– 7–34; Pb– 2–27; Sn– 1,4–16; Zn– 1–42 мг/кг. Вітчизняна аміачна селітра містить: Zn– 0,2 мг/кг, Cu– 0,25, Ni– 0,84, Pb– 0,05 мг/кг. Деякі з цих елементів у невеликих кількостях можуть позитивно впливати на ріст і розвиток рослин, але систематичне внесення добрив може призвести до нагромадження у ґрунті баластних елементів, погіршення гігієнічної якості продукції, міграції токсикантів.

Загальна характеристика токсичної дії азотних добрив полягає у негативному впливі, пов'язаному, насамперед, з наявністю нітратного азоту. Підпорогова концентрація нітратів у воді, що визначають за органолептичним показником – 400 мг/л, підпорогова концентрація NH₄NO₃, яка не впливає на санітарний режим водоймища – 10 мг/л, максимальна концентрація NH₄NO₃, яка при постійному впливі не призводить до порушень біохімічних процесів – 2 мг/л.

Допустима добова доза нітратів для людини, згідно з рекомендаціями ФАО/ВООЗ – 5мг/кг; летальна – 8–15 г. Зафіксовано гострі отруєння під час роботи в полі з аміачною селітрою – гостру серцеву недостатність, ознаки міокардиту, токсичного нефриту. При випадковому використанні аміачної селітри замість солі – через 10 хв починається нудота, через 4,4 год – втрата свідомості, ціаноз. Описано випадок гострого отруєння водопровідною водою, забрудненою нітратом кальцію, що як добриво було вивезено в район вододжерела. Зафіксовано велику кількість випадків гострого отруєння їжею з високим вмістом нітратів.

Фосфорні добрива. Фосфорні добрива посідають перше місце серед мінеральних за вмістом токсичних домішок, що пов'язано з геологічним походженням та хімічною будовою фосфорних руд. Основними компонентами фосфорних руд, що йдуть на виробництво добрив, є фосфорити (осадового походження) і апатити (вивержені мінерали). Незважаючи на різне геологічне походження апатитів і фосфоритів, у їхній хімічній будові багато спільного. Вони є тризаміщеними кальцієвими солями ортофосфорної кислоти, які супроводжуються фтористим кальцієм, іншими сполуками цього катіону та різноманітними домішками: ЗСа₃ХСаХ₂, де X може бути у вигляді F^–, Cl^–, ОН^–. Природні фосфатні руди також мають домішки мінералів – MgO, Fe₂O₃, А1₂О₃ тощо.

За ступенем розчинності фосфорні добрива поділяють на водорозчинні (простий, подвійний, амонізований, збагачений суперфосфати), не розчинні у воді, але розчинні у цитратному розчині або слабких кислотах (преципітат, знефторений фосфат, плавлений фосфат, мартенівський фосфатшлак), важкорозчинні (фосфоритне та кісткове борошно).

У ґрунті фосфат-іони зазнають хімічного та біологічного перетворення, зокрема, відбувається їхня фізична адсорбція, хемосорбція, осадження. Внесені у ґрунт фосфорні добрива розчиняються з утворенням розчину, насиченого монокальційфосфатом та дікальційфосфатом. Розчин має рН близько 1,5 і саме він реагує з ґрунтовими часточками та утворює свіжоосаджені фосфати різної розчинності. Склад, структура осаджених фосфатів залежать як від властивостей ґрунту, так і від деяких інших умов, що домінують у період осадження. Доведено, що в цей кислий розчин переходить доволі велика кількість заліза, алюмінію, марганцю, кальцію та інших хімічних елементів, у тому числі токсичних. Ці іони можуть вступати в реакції з розчинними фосфатами й утворювати кристалічні та аморфні продукти різної розчинності і доступності рослинам.

Залежно від геологічного походження та географічного положення, фосфорні руди мають різну кількість домішок важких металів (ВМ) та токсичних елементів.