Применение удобрений. Пестициды
Ежегодно вместе с урожаем из почвы выносятся десятки миллионов тонн
питательных веществ: азота, калия, фосфора, магния, серы и других, которые
необходимо компенсировать. Поэтому внесение в почву органических и
минеральных удобрений является важнейшим средством повышения плодородия
почв.
Каждый рубль затрат на минеральные удобрения приводит к возрастанию
окупаемости, оцениваемой для различных видов сельскохозяйственной продукции
от 2 до 5 руб. Особенно эффективно применение удобрений в южных районах
страны при выращивании хлопка, сахарной свеклы, плодов, овощей. В этих
условиях затраты на внесение удобрений окупаются в течение года. Данные о
повышении урожайности приводятся в табл. 1.
Таблица 1
Повышение урожайности от внесения в почву минеральных удобрений в
пересчете на 100% содержания питательных веществ
|Сельскохозяйственная |Прирост урожая на 1 т |
|культура |внесенных минеральных |
| |удобрений, т |
| |Р2О5 |N |Ка2О |
|Хлопок-сырец |5—6 |10-14 |2 |
|Сахарная свекла (корни) |50—60 |100—160|40—50 |
|Картофель (клубни) |40—80 |120 |40—60 |
|Пшеница и рожь |20—25 |15—20 |3—4 |
Содержание питательных веществ в минеральных удобрениях обычно выражают в
процентах азота, фосфора и калия. В России из фосфорных удобрений широко
применяют двойной суперфосфат (до 50% P2O5), из азотных—карбамид (42—46%
N), жидкий аммиак (82,3% N), из калийных удобрений — хлористый калий
(50—62% Ка2О), из комплексных удобрений — аммофос (10— 11% N + 46—48%
Р2О5), нитроаммофос (21—22% N +21— 22% Р2О5), а также новые виды
комплексных удобрений.
При сбалансированном использовании минеральных удобрений каждый рубль на
их производство обеспечивает прибавку урожая на 10 руб. Это достигается при
соотношении азота, фосфора и калия в удобрениях 1:1,1: 0,8. Между тем,
структура производства минеральных удобрений пока не соответствует этому
соотношению. С улучшением структуры производства и использованием
минеральных удобрений должен значительно увеличиться урожай.
Химикаты в земледелии применяются при защите растений от действия
вредителей, сокращении потерь урожая при его транспортировке и хранении.
Потери урожая от действия вредителей в мире приводятся в табл. 2.
Эксперты ООН оценивают ежегодные потери урожая в 75 млрд. долл.,
которые складываются из потерь от вредителей (30 млрд. долл.), от болезней
растений (25 млрд. долл.) и действия сорняков (20 млрд. долл.). Потери
биологического урожая от действия вредителей для различных культур
составляют 30—50%. Особенно велики потери биологического урожая для хлопка,
картофеля, фруктов и винограда. Необходимость применения пестицидов —
химических средств защиты от действия сорняков, вредных насекомых, клещей,
болезнетворных грибков вызывается “биологическим взрывом” разнообразных
вредителей в мире. (Нашествие колорадского жука в США и Европе, гессенской
мухи в США, крыс в тропическом поясе и т.д.). Сельскому хозяйству приносят
ущерб около 8 тыс. различных грибков, 10 тыс. насекомых, около 2
тыс.червей.
Таблица 2
Годовые потери сельскохозяйственных продуктов в мире от действия
вредителей
|Культура |Урожай, |Потери,|Культура |Урожай|Потери, |
| |млн. т |млн. т | |, млн.|млн. т |
| | | | |т | |
|Зерновые |960-1000|500—510|Хлопок |11—12 |5—6 |
|Сахарная |210—250 |65—75 |(волокно) | |21—22 |
|свекла | | |Фрукты |66-67 | |
|Картофель |270—290 |125—135|Овощи |200 |78—79 |
|Виноград |50 |25—26 | | | |
Пестициды по воздействию на вредителей делятся на следующие группы:
гербициды — средство уничтожения сорняков, инсектициды—средство для борьбы
с вредными насекомыми, нематоциды — для уничтожения червей, фунгициды — для
борьбы с грибковыми и вирусными заболеваниями, бактерициды — для
уничтожения возбудителей болезней, дефолианты — средство для удаления
листвы. К классу пестицидов относят и ростовые вещества, используемые для
ускорения либо торможения роста некоторых растений.
Пестициды широко используются в сельском хозяйстве. По мнению зарубежных
исследователей, применение пестицидов позволяет сберечь 50% урожая хлопка,
картофеля, фруктов, увеличить на 25% производство мяса, молока и шерсти.
Защита растений позволяет потенциально сохранить 15 млн. т зерна, 10 млн.
т сахарной свеклы, 1,4 млн. т хлопка, 10 млн. т овощей. Принося, как и
удобрения, огромную пользу сельскому хозяйству, пестициды вызывают
нежелательные вторичные экологические последствия: гибель некоторых видов
полезных растений, насекомых (муравьев, пчел и др.). Некоторые виды их
(например, ДДТ) оказывали вредное воздействие на животный мир и здоровье
человека.
В 90-е годы в нашей стране стали широко применяться биологические методы
защиты растений, не оказывающие вредных воздействий на здоровье человека и
окружающую среду. Они дешевы и высокоэффективны, поэтому перспективны.
Внесение минеральных удобрений приводит к их вымыванию из поверхностных
горизонтов почвы. Особенно опасны соединения фосфора, обычно попадающие в
водоемы в связанном виде вместе с частицами почвы и способные мигрировать
на большие расстояния. При многолетнем применении больших доз фосфорных
удобрений, в особенности туков двойного суперфосфата, в почве могут
накапливаться элементы, обладающие повышенной токсичностью. Внесение
повышенных доз калийных удобрений может приводить к изменению соотношения
между калием и натрием в пастбищном корме, которое вызывает заболевания
скота.
Повышение дозы нитратов в воде неблагоприятно отражается на живых
организмах, так как под действием кишечных бактерии они переводятся в
нитриты, обладающие повышенной токсичностью. Азот мигрирует обычно в
составе водных растворов, проникая в состав как поверхностных, так и
подземных вод. Миграция соединений фосфора вместе с азотом, создавая
питательную среду для сине-зеленых водорослей и высшей водной
растительности, вызывает эвтрофикацию водоемов — загрязнение водоемов
биогенными элементами, приводящее к резкому ухудшению кислородного режима
водоема и снижению качества воды и, как следствие, к вымиранию рыб. Вода
таких водоемов становится непригодной к употреблению в пищу. За последние
годы эвтрофикация водоемов получила широкое распространение, особенно в
Западной Европе, Японии и США. Поэтому при применении химикатов необходимо
принимать меры по предупреждению отрицательных экологических последствий.
Одной из таких мер является внедрение капсулированных удобрений в
водозащитной оболочке.
3. ЭРОЗИЯ ПОЧВ (ВОДНАЯ И ВЕТРЕНАЯ) И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НЕЮ [1, с. 22]
Широкое использование земель, особенно возросшее в эпоху НТР, привело к
увеличению распространения водной и ветровой эрозий (дефляции). Под их
воздействием происходит вынос (водой либо ветром) почвенных агрегатов из
верхнего, наиболее ценного слоя почвы, который приводит к снижению ее
плодородия. Водная и ветровая эрозии, вызывая истощение почвенных ресурсов,
являются опасным экологическим фактором.
Общая площадь земель, подверженных водной и ветровой эрозии, измеряется
многими миллионами гектаров. По имеющимся оценкам, водной эрозии подвержено
31% суши, а ветровой—34%. Косвенным свидетельством возросших масштабов
водной и ветровой эрозии в эпоху НТР является увеличение твердого стока
реками в океан, который ныне оценивается в 60 млрд. т, хотя 30 лет тому
назад эта величина была почти в 2 раза меньше.
Общее сельскохозяйственное использование земель (включая пастбища и
сенокосы) составляет около 1/3 суши. В результате водной и ветровой эрозии
во всем мире пострадало около 430 млн. га земли, а при сохранении нынешних
масштабов эрозии к концу века эта величина может удвоиться.
Ветровой эрозии наиболее подвержены частицы почвы 0,5— 0,1 мм и менее,
которые при скоростях ветра у поверхности почвы 3,8—6,6 м/с приходят в
движение и перемещаются на большие расстояния. Мелкие почвенные частицы
(<,0,1 мм) способны преодолевать расстояние в сотни (иногда тысячи
километров). На основании аэрокосмических снимков выявлено, что пыльные
бури в Сахаре прослеживались вплоть до Северной Америки.
Категория частиц 0,5—0,1 мм является одной из агрономически ценных,
поэтому ветровая эрозия снижает почвенное плодородие. Не менее деятельным
процессом является водная эрозия, так как при смыве водой возрастает размер
вымываемых почвенных частиц.
Смыв почвы зависит от типа почвы, ее физико-механического состава,
величины поверхностного стока и состояния поверхности почвы (агрофон).
Показатели смыва почвы изменяются для различных пахотных угодий в весьма
широких пределах. Для южных черноземов показатели смыва почв (т/га)
меняются от 21,7 (зяблевая вспашка вдоль склона), 14,9 (то же поперек
склона) до 0,2 (многолетняя залежь). Интенсивность эрозии в современную
эпоху порождена прямыми либо косвенными последствиями антропогенного
происхождения. К первым следует отнести широкую распашку земель в эрозионно-
опасных районах, особенно в аридной либо семиаридной зонах. Такое явление
типично для большинства развивающихся стран.
Однако интенсивность эрозии возросла и в развитых странах, в том числе
во Франции, Италии, ФРГ, Греции. Эрозионно-опасными считаются некоторые
районы Нечерноземной зоны РСФСР, поскольку серые лесные почвы очень
подвержены размыву. Эрозия имеет место и на переувлажненных орошаемых
массивах.
В трудном положении оказываются районы, в которых происходит
одновременное проявление водной и ветровой эрозии. В нашей стране к таким
относятся лесостепные и частично степные районы Центральной черноземной
области, Поволжья, Зауралья, Западной и Восточной Сибири с интенсивным
сельскохозяйственным использованием. Водная и ветровая эрозии развиваются в
зоне недостаточного увлажнения с чередованием влажных и засухоустойчивых
лет (либо сезонов) по таким схемам: смыв — осушение почвы — выдувание,
выдувание — переувлажнение почвы — смыв. Отмечается, что она может
проявляться на участках со сложным рельефом неодинаково: на склонах
северных экспозиций преобладает водная эрозия, на южных с ветроударным
эффектом — ветровая. Одновременное развитие водной и ветровой эрозий может
вызывать особенно большие нарушения почвенного покрова.
Ветровая эрозия возникает в степных районах с большими площадями пашни
при скоростях ветра 10—15 м/с. (Поволжье, Северный Кавказ, юг Западной
Сибири). Наибольший ущерб сельскому хозяйству наносят пыльные бури
(наблюдающиеся ранней весной и летом), которые приводят к уничтожению
посевов, снижению почвенного плодородия, загрязнению атмосферы, занесению
полос и мелиоративных систем. Граница пыльных бурь проходит южнее линии
Балта — Кременчуг — Полтава — Харьков — Балашов — Куйбышев — Уфа —
Новотроицк.
Почвозащитная система земледелия, разработанная в Казахстане, нашла
широкое распространение. Ее основой является переход от отвальной обработки
почвы с помощью плуга к безотвальной с применением орудий плоскорезного
типа, сохраняющих стерню и растительные остатки на поверхности почвы, а на
почвах легкого механического состава — введение почвозащитных севооборотов
с полосным размещением однолетних культур и многолетних трав. Благодаря
почвозащитной системе земледелия обеспечивается не только защита почв от
ветровой эрозии, но и более эффективное использование атмосферных осадков.
При плоскорезной обработке почва промерзает на меньшую глубину и весенний
поверхностный сток используется для увлажнения поверхностных горизонтов
почвы, в результате чего снижается губительное воздействие засух па урожай
зерновых культур в самые засушливые годы. Эрозия почвы может причинять как
прямой ущерб — за счет уменьшения плодородия почвы, так и косвенный — за
счет перевода одних ценных пахотных угодий в другие, менее ценные (например
лесные полосы либо луга). Только для агролесомелиоративных мероприятий
защиты почв от эрозии, в которой нуждаются многие миллионы гектаров пашни,
необходимо под лесопосадки использовать около 2,6% этой площади.
Для защиты почв от эрозии в настоящее время используется система научно-
организационных, агролесомелиоративных и гидротехнических мероприятий.
Основные виды борьбы с водной эрозией заключаются в максимальном снижении
величины поверхностного стока и перевода его в подземный за счет
почвозащитных севооборотов при соотношение посевов многолетних трав и
однолетних культур 1:2, глубоком поперечном бороздовании склонов,
лунковании почвы, внедрении лесонасаждений. Гидротехнические меры борьбы с
водной эрозией включают в себя строительство прудов и водоемов для
уменьшения величины талого стока. В зависимости от степени смытости почвы
все сельскохозяйственные земли разделяются на девять категорий. К первой из
них отнесены земли, не подверженные эрозии, к девятой — непригодные земли
для земледелия. Для каждой из категорий земель (кроме девятой)
рекомендована своя противоэрозионная система земледелия.
4. ПРОМЫШЛЕННОЕ ЗАГРЯЗНЕНИЕ ПОЧВЫ
4.1. Кислотные дожди
Термином "кислотные дожди" называют все виды метеорологических осадков -
дождь, снег, град, туман, дождь со снегом, - рН которых меньше, чем среднее
значение рН дождевой воды (средний рН для дождевой воды равняется 5.6).
Выделяющиеся в процессе человеческой деятельности двуокись серы (SO2) и
окислы азота (NОx) трансформируются в атмосфере земли в кислотообразующие
частицы [4, с. 91]. Эти частицы вступают в реакцию с водой атмосферы,
превращая ее в растворы кислот, которые и понижают рН дождевой воды.
Впервые термин «кислотный дождь» был введен в 1872 году английским
исследователем Ангусом Смитом. Его внимание привлек викторианский смог в
Манчестере. И хотя ученые того времени отвергли теорию о существовании
кислотных дождей, сегодня уже никто не сомневается, что кислотные дожди
являются одной из причин гибели жизни в водоемах, лесов, урожаев, и
растительности. Кроме того кислотные дожди разрушают здания и памятники
культуры, трубопроводы, приводят в негодность автомобили, понижают
плодородие почв и могут приводить к просачиванию токсичных металлов в
водоносные слои почвы.
Вода обычного дождя тоже представляет собой слабокислый раствор. Это
происходит вследствие того, что природные вещества атмосферы, такие как
двуокись углерода (СО2), вступают в реакцию с дождевой водой. При этом
образуется слабая угольная кислота (CO2 + H2O —> H2CO3). [5, с. 423-424]
Тогда как в идеале рН дождевой воды равняется 5.6-5.7, в реальной жизни
показатель кислотности (рН) дождевой воды в одной местности может
отличаться от показателя кислотности дождевой воды в другой местности. Это,
прежде всего, зависит от состава газов, содержащихся в атмосфере той или
иной местности, таких как оксид серы и оксиды азота.
В 1883 году шведский ученый Сванте Аррениус ввел в обращение два термина
- кислота и основание. Он назвал кислотами вещества, котoрые при
растворении в воде образуют свободные положительно заряженные ионы водорода
(Н+). Основаниями он назвал вещества, которые при растворении в воде
образуют свободные отрицательно заряженные гидроксид-ионы (ОН-). Термин рН
используют в качестве показателя кислотности воды. "Термин рН значит в
переводе с английского "показатель степени концентрации ионов водорода".
[5, с. 428]
Значение рН измеряется на шкале от 0 до 14. В воде и водных растворах
присутствуют как ионы водорода(Н+), так и гидроксид-ионы (ОН-). Когда
концентрация ионов водорода (Н+) в воде или растворе равна концентрации
гидроксид-ионов (ОН-) в том же растворе, то такой раствор является
нейтральным. Значение рН нейтрального раствора равняются 7 (на шкале от 0
до 14). Как вы уже знаете, при растворении кислот в воде повышается
концентрация свободных ионов водорода (Н+). Они то и повышают кислотность
воды или, иными словами, рН воды. При этом, с повышением концентрации ионов
водорода (Н+) понижается концентрация гидроксид-ионов (ОН-). Те растворы,
значение рН которых на приведенной шкале находится в пределах от 0 до <7,
называются кислыми. Когда в воду попадают щелочи, то в воде повышается
концентрация гидроксид-ионов (ОН-). При этом в растворе понижается
концентрация ионов водорода (Н+). Растворы, значение рН которых находится в
пределах от >7 до 14, называются щелочными.
Следует обратить внимание еще на одну особенность шкалы рН. Каждая
последующая ступенька на шкале рН говорит о десятикратном уменьшении
концентрации ионов водорода (Н+) (и, соответственно, кислотности) в
растворе и увеличении концентрации гидроксид-ионов (ОН-). Например,
кислотность вещества со значением рН4 в десять раз выше кислотности
вещества со значением рН5, в сто раз выше, чем кислотность вещества со
значением рН6 и в сто тысяч раз выше, чем кислотность вещества со значением
рН9.
Кислотный дождь образуется в результате реакции между водой и такими
загрязняющими веществами, как оксид серы (SO2) и различными оксидами азота
(NOх). Эти вещества выбрасываются в атмосферу автомобильным транспортом, в
результате деятельности металлургических предприятий и электростанций, а
также при сжигании угля и древесины. Вступая в реакцию с водой атмосферы,
они превращаются в растворы кислот - серной, сернистой, азотистой и
азотной. Затем, вместе со снегом или дождем, они выпадают на землю.
Последствия выпадения кислотных дождей наблюдаются в США, Германии,
Чехии, Словакии, Нидерландах, Швейцарии, Австралии, республиках бывшей
Югославии и еще во многих странах земного шара.
Кислотный дождь оказывает отрицательное воздействие на водоемы - озера,
реки, заливы, пруды - повышая их кислотность до такого уровня, что в них
погибает флора и фауна. Водяные растения лучше всего растут в воде со
значениями рН между 7 и 9.2. С увеличением кислотности (показатели рН
удаляются влево от точки отсчета 7) водяные растения начинают погибать,
лишая других животных водоема пищи. При кислотности рН6 погибают
пресноводные креветки. Когда кислотность повышается до рН5.5, погибают
донные бактерии, которые разлагают органические вещества и листья, и
органический мусор начинает скапливаться на дне. Затем гибнет планктон -
крошечное животное, которое составляет основу пищевой цепи водоема и
питается веществами, образующимися при разложении бактериями органических
веществ. Когда кислотность достигает рН 4.5, погибает вся рыба, большинство
лягушек и насекомых.
По мере накопления органических веществ на дне водоемов из них начинают
выщелачиваться токсичные металлы. Повышенная кислотность воды способствует
более высокой растворимости таких опасных металлов, как алюминий, кадмий,
ртуть и свинец из донных отложений и почв [4, с. 94].
Эти токсичные металлы представляют опасность для здоровья человека. Люди,
пьющие воду с высоким содержанием свинца или принимающие в пищу рыбу с
высоким содержанием ртути, могут приобрести серьезные заболевания.
Кислотный дождь наносит вред не только водной флоре и фауне. Он также
уничтожает растительность на суше. Ученые считают, что хотя до сегодняшнего
дня механизм до конца еще не изучен, "сложная смесь загрязняющих веществ,
включающая кислотные осадки, озон, и тяжелые металлы...в совокупности
приводят к деградации лесов [4, с. 101].
Экономические потери от кислотных дождей в США, по оценкам одного
исследования, составляют ежегодно на восточном побережье 13 миллионов
долларов и к концу века убытки достигнут 1.750 миллиардов долларов от
потери лесов; 8.300 миллиардов долларов от потери урожаев (только в
бассейне реки Огайо) и только в штате Минессота 40 миллионов долларов на
медицинские расходы. Единственный способ изменить ситуацию к лучшему, по
мнению многих специалистов, - это уменьшить количество вредных выбросов в
атмосферу.
4.2. Тяжелые металлы
Тяжёлые металлы уже сейчас занимают второе место по степени опасности,
уступая пестицидам и значительно опережая такие широко известные
загрязнители, как двуокись углерода и серы, в прогнозе же они должны стать
самыми опасными, более опасными, чем отходы АЭС и твердые отходы.
Загрязнение тяжёлыми металлами связано с их широким использованием в
промышленном производстве вкупе со слабыми системами очистки, в результате
чего тяжёлые металлы попадают в окружающую среду, в том числе и почву,
загрязняя и отравляя её.
Тяжёлые металлы относятся к приоритетным загрязняющим веществам,
наблюдения за которыми обязательны во всех средах. В различных научных и
прикладных работах авторы по-разному трактуют значение понятия "тяжёлые
металлы". В некоторых случаях под определение тяжелых металлов попадают
элементы, относящиеся к хрупким (например, висмут) или металлоидам
(например, мышьяк).
Почва являются основной средой, в которую попадают тяжёлые металлы, в том
числе из атмосферы и водной среды. Она же служит источником вторичного
загрязнения приземного воздуха и вод, попадающих из неё в Мировой океан. Из
почвы тяжёлые металлы усваиваются растениями, которые затем попадают в пищу
более высокоорганизованным животным.
Свинцовая интоксикация
В настоящее время свинец занимает первое место среди причин
промышленных отравлений. Это вызвано широким применением его в различных
отраслях промышленности. Воздействию свинца подвергаются рабочие,
добывающие свинцовую руду, на свинцово-плавильных заводах, в производстве
аккумуляторов, при пайке, в типографиях, при изготовлении хрустального
стекла или керамических изделий, этилированного бензина, свинцовых красок и
др. Загрязнение свинцом атмосферного воздуха, почвы и воды в окрестности
таких производств, а также вблизи крупных автомобильных дорог создает
угрозу поражения свинцом населения, проживающего в этих районах, и прежде
всего детей, которые более чувствительны к воздействию тяжелых металлов.
С сожалением надо отметить, что в России отсутствует государственная
политика по правовому, нормативному и экономическому регулированию влияния
свинца на состояние окружающей среды и здоровье населения, по снижению
выбросов (сбросов, отходов) свинца и его соединений в окружающую среду,
полному прекращению производства свинецсодержащих бензинов.
Вследствие чрезвычайно неудовлетворительной просветительной работы
по разъяснению населению степени опасности воздействия тяжелых металлов на
организм человека, в России не снижается, а постепенно увеличивается
численность контингентов, имеющих профессиональный контакт со свинцом.
Случаи хронической свинцовой интоксикации зафиксированы в 14 отраслях
промышленности России. Ведущими являются электротехническая промышленность
(производство аккумуляторов), приборостроение, полиграфия и цветная
металлургия, в них интоксикация обусловлена превышением в 20 и более раз
предельно допустимой концентрации (ПДК) свинца в воздухе рабочей зоны.
Значительным источником свинца являются автомобильные выхлопные
газы, так как половина России все еще использует этилированный бензин.
Однако металлургические заводы, в частности медеплавильные, остаются
главным источником загрязнений окружающей среды. И здесь есть свои лидеры.
На территории Свердловской области находятся 3 самых крупных источника
выбросов свинца в стране: в городах Красноуральск, Кировград и Ревда.
Дымовые трубы Красноуральского медеплавильного завода, построенного еще в
годы сталинской индустриализации и использующего оборудование 1932 года,
ежегодно извергают на 34-тысячный город 150 -170 тонн свинца, покрывая все
свинцовой пылью.
Концентрация свинца в почве Красноуральска варьируется от 42,9 до 790,8
мг/кг при предельно допустимой концентрации ПДК=130 мк/кг. Пробы воды в
водопроводе соседнего пос. Октябрьский, питаемого подземным водоисточником,
фиксировали превышение ПДК до двух раз.
Загрязнение окружающей среды свинцом оказывает влияние на состояние
здоровья людей. Воздействие свинца нарушает женскую и мужскую
репродуктивную систему. Для женщин беременных и детородного возраста
повышенные уровни свинца в крови представляют особую опасность, так как под
действием свинца нарушается менструальная функция, чаще бывают
преждевременные роды, выкидыши и смерть плода вследствие проникновения
свинца через плацентарный барьер. У новорожденных детей высока смертность.
Отравление свинцом чрезвычайно опасно для маленьких детей -
|
