8. Токсикация ферментативной активности; пути устранения отрицательных последствий – по п. 7.
9. Токсикация животного мира почвы; в качестве путей устранения отрицательных последствий применяются сбалансированность системы удобрений, увеличение буферности почв.
10. Уменьшение адаптации к вредителям и болезням, экстремальным условиям, в связи с перекормом; в качестве мер устранения отрицательных последствий рекомендуется оптимизация соотношения элементов питания; регулирование доз удобрений; интегрированная система защиты растений; применение внекорневой подкормки.
11. Потери гумуса, изменение его фракционного состава; в качестве путей устранения отрицательных последствий можно применять внесение органических удобрений, создание структуры, оптимизация рН и Eh, регулирование водного режима, сбалансированность системы удобрений.
12. Ухудшение физико-химических свойств почв; пути устранения – оптимизация системы удобрений, внесение мелиорантов, органических удобрений.
13. Ухудшение физико-механических свойств почв; меры устранения отрицательного влияния – по п. 12.
14. Ухудшение воздушного режима почвы; для устранения отрицательного действия необходимо оптимизировать систему удобрений, вносить мелиоранты, создавать структуру почвы.
15. Почвоутомляемость; необходимо сбалансировать систему удобрений, строгое выполнение плана севооборота.
16. Появление токсичных концентраций отдельных элементов; для снижения отрицательного влияния необходима сбалансированность системы удобрений, увеличение буферности почв, осаждение и удаление отдельных элементов, комплексообразование.
17. Увеличение концентрации отдельных элементов в растениях выше допустимого уровня; необходимо снижение норм удобрений, сбалансированность системы удобрений, внекорневая подкормка с целью конкуренции поступлению токсикантов в растения, внесение в почву антагонистов токсикантов.
Уровни воздействия
Применение минеральных удобрений достигает от 60 до 200 кг действующего вещества отдельных компонентов (N,P,K) на гектар. Это соответствует внесению на поля до 10-30 ц туков. Дозы мелиорантов достигают 2-12 т/га СаСО3 и СаSO4; дозы органических удобрений – 12-30 т/га; дозы микроудобрений – 3-5 кг/га. Помимо основного действующего вещества во вносимых в почву удобрениях и мелиорантах содержится значительное количество примесей, в том числе токсичных для биоты и растений. Длительное применение средств химизации приводит к постепенному накоплению этих токсикантов в почве.
Отрицательное влияние на биоту может оказывать фтор, в значительном количестве содержащийся в фосфорных удобрениях. Длительное внесение в почву суперфосфата, который обычно содержит 1,5% фтора, приводит к быстрому накоплению в почве фтора, непосредственно доступного растениям (аммофос содержит 3-5% фтора). Так, например, в свекловичных районах применяют до 830 кг/га суперфосфата в год. Одновременно с таким количеством суперфосфата вносится 11 кг фтора. С каждой тонной необходимого растениям фосфора на поля поступает около 160 кг фтора. Естественно, это приводит к накоплению фтора в почве и в растениях. Так, например, на мощном черноземе Мироновского НИИССП в опыте с бессменной культурой общее содержание фтора в почве возросло на 22-28%. Содержание фтора в пшенице на территории России, где применяются относительно небольшие дозы удобрений, составляет 0,8-1,7 мг/кг сухого вещества, а во Франции до 10 мг на 1 кг; в США – до 8.
Значительное отрицательное влияние на биоту оказывает кадмий. Содержание кадмия в суперфосфате достигает 170 мг/кг (в среднем – 36-40). До 15 мг кадмия на 1 кг содержится в известняке; от 1до 170 мг/кг – в калийных отложениях; 0,4 мг на 1 кг – в сухой массе навоза; до 50 мг/кг – в осадках городских сточных вод; до 180 мг/кг – в сапропеле. Ежегодное внесение в почву удобрений и мелиорантов, содержащих кадмий, естественно, приводит к его накоплению в почве и в растениях. При этом до 80% кадмия, внесенного в почву, может удерживаться в пахотном слое. Содержание кадмия в растениях достигает 10-20 мг на 1 г растений, что отмечается при содержании его в почве порядка 10 мг/кг. При современном уровне химизации на каждый гектар сельскохозяйственных угодий поступает не более 3 г кадмия. При такой интенсивности загрязнения почв для достижения допустимой концентрации кадмия – 0,1 мг/кг – потребуется 100 лет (Минеев В.Г., 1990). Предельно допустимая концентрация внесения кадмия в почву с удобрениями составляет до 4 г/га в год (содержание кадмия в пахотном слое составляет около 0,55 кг/га). ПДК для кадмия в почве находится в диапазоне 1-5 мг/кг.
Повышенные концентрации мышьяка обнаруживаются в пахотных почвах, на которых сельскохозяйственные растения обрабатывались мышьяковистыми препаратами, и на почвах, подверженных техногенному загрязнению. Накопление мышьяка возможно и при использовании минеральных удобрений, в разной степени загрязненных этим элементом. В двойном суперфосфате содержание мышьяка может достигать 300 мг/кг, в аммиачной селитре 60 мг/кг. С нитратами, сульфатами, мочевиной в почву попадает от 1 до 10 г/га мышьяка, с двойным суперфосфатом – до 30-300 г/га в год (Минеев В.Г., 1990). Токсичная концентрация в почве мышьяка соответствует 50 мг/кг; умеренно токсичная концентрация в питательных растворах – 1-100 мг/л.
В некоторых фосфоритах содержится значительное количество цинка (до 1300 мг/кг), некоторое количество его содержится и в других удобрениях.
Свинец присутствует в минеральных удобрениях, извести и навозе, достигая в некоторых удобрениях до 300 мг/кг; в навозе до 10 мг/кг; в осадках городских сточных вод от 13 до 19730 мг на 1 кг сухой массы. Согласно санитарным правилам, в качестве удобрений, на полях могут применяться осадки сточных вод, содержащие не более 15 мг свинца на 1 кг.
Содержание ртути в соединениях, из которых производят удобрения, колеблется от месторождения и составляет до 10 мг/кг, но чаще до 1 мг/кг.
Для мелиорации солонцовых почв активно применяют фосфогипс – отход производства суперфосфата, содержащий до 1,5% фтора и 1,8-2% стронция. Сапропели, как правило, содержат значительное количество кадмия (до 180 мг/кг сухой массы). В навозе, в среднем, содержится 0,4 мг кадмия и 6,8 мг свинца на 1 кг сухого вещества. Наибольшее количество токсикантов содержится в осадках сточных вод и в ряде случаев в илах озер, в загрязненных районах – в низинных торфах.
Теоретические закономерности поведения токсикантов в почвах,
изменение свойств почв
Основными причинами появления скрытого отрицательного действия удобрений в почвах являются: 1) несбалансированное применение различных удобрений; 2) превышение применяемых доз, по сравнению с буферной емкостью отдельных компонентов экосистемы; 3) направленный подбор форм удобрений для отдельных типов почв, растений и условий среды; 4) неправильные сроки внесения удобрений для конкретных почв и условий среды; 5) внесение вместе с удобрениями и мелиорантами различных токсикантов и их постепенное накопление в почве выше допустимого уровня.
При внесении чрезмерно высоких доз азотных удобрений, особенно при несбалансированности азота с другими элементами минерального питания, происходит накопление нитратов, как в водоемах и грунтовых водах, так и в растениеводческой продукции. Избыточное внесение в почву NH4приводит к ее диспергированию, как и при большой дозе в ППК (более 5% от емкости поглощения) ионов калия и натрия. Внесение в кислые почвы (NH4)2SO4приводит к значительному подкислению почв (в некоторых черноземах от рН=7,0 до рН=4,8), что сопровождается уплотнением почв, потерей структуры, недостатком кальция и магния, появлением избыточных концентраций марганца и алюминия. Это приводит как к падению урожайности, так и к ухудшению качества с/х продукции – уменьшению сахаристости сахарной свеклы, крахмала в картофеле, масла в подсолнечнике и т.д. Применение высоких доз азотных удобрений на затопляемых почвах (почвах рисовых полей), в связи с интенсивно развивающимися процессами денитрификации, приводит не только к значительным (до 70%) потерям азота, но и к поступлению недоокисленных соединений азота в атмосферу, приводящему к разрушению озонового слоя.
При внесении высоких доз калийных удобрений возможно диспергирование почв, нарушение соотношения в ППК и в почвенном растворе Са:К, часто к избыточному подщелачиванию почв. Как правило, это происходит при доле калия в ППК более 5-10% от емкости поглощения.
Применение необоснованно высоких доз фосфорных удобрений, особенно при длительном их внесении, приводит к накоплению в почве тяжелых металлов и вовлечению их в трофические цепи, что вредит здоровью людей и животных. Повышенные дозы фосфорных удобрений могут вызывать осаждение поливалентных металлов, Cu, Zn, Ni, Co.
Чрезмерное известкование почв и доведение рН до 7-8 не только приводит к затруднению поглощения растениями отдельных элементов, но и к осаждению в виде трудно растворимых осадков Cu, Zn, Ni, Co, Mn, P; к изменению в неблагоприятную сторону соотношения Са:К.
Одним из факторов деградации почв при интенсивной химизации является уменьшение содержания в почвах гумуса и ухудшения его состава. Главными причинами потерь гумуса пахотными почвами Орлов Д.С. (1985) считает уменьшение количества растительных остатков, поступающих в почву, при смене естественного биоценоза агроценозом; усиление минерализации органического вещества, в результате интенсивной обработки и повышения степени минерализации почв, разложение и биодеградацию гумуса под влиянием физиологически кислых удобрений и активизации микрофлоры за счет вносимых удобрений, усиление минерализации в результате осушения переувлажненных почв, усиления минерализации гумуса орошаемых почв в первые годы орошения, потери гумуса в результате водной и ветровой эрозии.