Мета роботи - провести агроекологічну оцінку основних видів мінеральних добрив для прогнозування можливих негативних наслідків їх вплив на ґрунтову систему та водні об’єкти як суміжні складові агро екосистеми.

Методи досліджень - узагальнення літературних і фондових джерел, методи системного аналізу.

Проведено збір, систематизація і узагальнення літературних і фондових джерел та власні результати досліджень щодо агроекологічного

Коротко описані відомості:

про стан земельних ресурсів Білоцерківського району - площі земель, сільськогосподарські угіддя,;

про основні забруднювачі (кількість внесених пестицидів та агрохімікатів);

про можливе надходження токсичних елементів з мінеральними добривами у грунт та водні об’єкти.

Ключові слова:

агроекологія, антропогенні фактори, важкі метали, водний об’єкт, ґрунт, добрива, забруднювач, забруднення ґрунтів, токсичний елемент, час досягнення критичної концентрації.

Вступ

Щорічна потреба сільського господарства України в різних за призначенням і біологічною активністю мінеральних добривах становить близько 8 млн. т. За даними В.В. Медведєва та М.В. Лісового при потребі 2400 тис. т рівень застосування азотних добрив становить 413,1 тис. т, фосфорних відповідно - 2300 тис. т і 103,7 тис. т, калійних - 1900 тис. т і 45,3 тис. т (1).

Промисловість часто пропонує в якості добрив побічні продукти виробництва, обґрунтовуючи це відповідною кількістю елементів живлення. Дефіцит мінеральних добрив останніми роками і невисока собівартість таких відходів сприяє їхньому активному використанню у сільськогосподарському виробництві. Інший шлях розв'язання проблеми - імпорт сировини. Так, для виробництва фосфорних добрив 1995 р. було запропоновано імпортувати туніські, алжирські, марокканські, ізраїльські фосфорити, ціни на які були у 1,5 рази нижчими за російські, але з неприпустимо високим вмістом токсичних домішок, зокрема кадмію.

Нестача мінеральних добрив з одного боку, і використання неякісних високо баластних видів, з іншого, потребують розв'язання комплексної проблеми: забезпечити сільське господарство України достатньою кількістю мінеральних добрив і попередити можливі негативні наслідки їхнього застосування забороною використання низькоякісних видів.

Регламентація безпечного застосування добрив, утилізація їхніх відходів потребує організації чіткої системи контролю якості і відповідності мінеральних добрив безпечності для здоров'я людини і навколишнього середовища та розробки науково обґрунтованих вимог до оцінки небезпечності добрив у процесі виробництва і застосування у сільському господарстві.

Мета досліджень - провести агроекологічну оцінку основних видів мінеральних добрив для прогнозування можливих негативних наслідків їх впливу на ґрунтову систему та водні об’єкти, як суміжні складові агро екосистеми.

Об’єкти досліджень - мінеральні добрива та їх складові - хімічні речовини, що становлять потенційну загрозу для людини і природних екосистем.

Предмет досліджень - опанування методики агроекологічної оцінки мінеральних добрив за показниками впливу на екологічний стан грунту та водних об’єктів.

Завдання досліджень

охарактеризувати звітні дані (за останні 10-15 років) стану ґрунтів та водних об’єктів Білоцерківського району;

проаналізувати звітні дані застосування добрив та пестицидів (за останні 10-15 років), як основних забруднювачів агро екосистем у сфері сільськогосподарської діяльності. Провести розрахунки щодо прогнозування впливу основних видів мінеральних добрив;

а) розрахувати показники фактичного надходження токсичних елементів з встановленими видами добрив;

б) розрахувати можливе додаткове надходження токсикантів з добривом у ґрунтову систему;

в) встановити час досягнення критичної концентрації у ґрунті елементів, що підлягають контролю;

провести розрахунки щодо прогнозування надходження біогенних і токсичних елементів з основними видами мінеральних добрив у водні об’єкти: концентрацію хімічних елементів у стоці, винос хімічних речовин з річковим стоком, концентрацію хімічних елементів у верхньому шарі водної товщі;

оцінити безпечність (ризик) застосування основних видів добрив за певними хімічними елементами.

Методи досліджень - узагальнення літературних і фондових джерел, методи системного аналізу.

Результати досліджень були оприлюднені на VI державній науковій студентській конференції “Екологічні проблеми України та шляхи їх вирішення" (Біла Церква, 2007).

За результатами виконаних досліджень опубліковано 1 наукову працю.

1. Огляд літератури

1.1 Класифікація мінеральних добрив за впливом на агроекосистему

Мінеральні добрива - це екзогенні хімічні сполуки, за своїм складом 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 ґрунт і рослини мінеральні добрива класифікують як фізіологічно й біологічно кислі, хімічно й фізіологічно лужні та фізіологічно нейтральні (2).

В основі класифікації мінеральних добрив за ступенем небезпечності лежить структура показників, яка враховує їхній вплив на екотоксикологічний, агрохімічний, гідрохімічний стан агроекосистеми. У межах визначених показників мінеральні добрива поділяють на 4 класи небезпечності (згідно з рекомендаціями ВООЗ щодо поділу хімічних речовин): І - високонебезпечні; II - небезпечні; III - помірно небезпечні; IV - малонебезпечні. Діапазон показників у межах класів небезпечності визначають за існуючими українськими і міжнародними нормативами (додаток 1).

Розроблена класифікація мінеральних добрив дає можливість провести їхню агроекологічну оцінку, визначити можливі негативні впливи і вчасно ввести обмеження на використання у сільськогосподарському виробництві добрив, які не відповідають певним екологічним нормативам.

При вивченні адитивних ефектів, ступінь стійкості агроекосистеми щодо хімічних речовин-забруднювачів оцінюють для конкретної речовини, джерелом якої може виступати мінеральне добриво. За М. Глазовською розрізняють (3):

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--, SO42--, 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-, SO42-, Сl-, F-, Cd, Zn тощо).

За класифікацією В. Патика та Н. Макаренко (4) мінеральні добрива залежно від особливостей впливу на агроекосистему поділяються на (рис.1):

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 насамперед належать фосфорні добрива);

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.

Рис.1. Поділ мінеральних добрив за особливостями впливу на ґрунтову систему

Наведений 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

1.2 Вплив мінеральних добрив та їх компонентів на довкілля

1.2.1 Вплив мінеральних добрив на кислотно-основні властивості ґрунту

Нині агрохімічна наука має більш ніж достатньо доказів того, що під дією мінеральних добрив відбуваються зміни кислотно-основних властивостей ґрунтів (5-7).

В основі негативного впливу мінеральних добрив на кислотно-основні властивості ґрунту лежить процес біологічного окислення азоту й утворення кислот (у прикладі з сульфатом амонію - HNO₃ і H₂SO₄). У ґрунті кислоти нейтралізуються, вступаючи у взаємодію з бікарбонатами ґрунтового розчину і катіонами вбирного комплексу (8).

Через деякий час у ґрунтовому вбирному комплексі, крім Н+ з'являється обмінний Аl³⁺, який токсичний для багатьох рослин. Вже при концентрації у розчині 2 мг/л А1 спостерігають різке погіршення розвитку кореневої системи, порушується вуглецевий, азотний, фосфатний обмін у рослинах. Вищі концентрації алюмінію призводять до різкого зниження врожаю зернових культур і навіть їхньої загибелі.

Нині у науковій літературі нагромаджено великий обсяг даних (9 -11), які свідчать, що підвищення кислотності ґрунтового розчину може істотно впливати на рухомість у ґрунті багатьох хімічних елементів, у тому числі токсичних, тим самим активізуючи перехід їх у рослини та міграцію за профілем ґрунту. У кислих ґрунтах (рН<6,5) рухомість таких елементів як Zn, Mn, Cu, Fe, Co, В та ін. значно збільшується. Вплив мінеральних добрив на геохімічні властивості ґрунтів проявляється не стільки у привнесенні низки елементів-забруднювачів, скільки у зміні особливостей міграції окремих груп ВМ, що зумовлює їхню рухомість. За даними тривалих дослідів Центральної дослідної станції Всеросійського інституту добрив і агрохімії (10), зменшення рН на 1,8-2,0 одиниці призвело до збільшення рухомості Zn у 3,8-5,4 рази, Cd у 4-8, РЬ - у 3-6 і Сu у 2-3 рази. При використанні азотно-калійних добрив величина рН знизилася на 0,1-0,2 одиниці, а коефіцієнт рухомості у ґрунті підвищився: Zn - з 13,4 до 19%, Сu - з 2,6 до 4,7, РЬ - з 5,0 до 7,4, Cd - з 19,6 до 28,3%.

Змінюючи реакцію ґрунтового розчину, мінеральні добрива призводять до підвищення рухомості токсичних елементів і опосередковано діють на процеси переходу їх у рослини: зниження рН водної витяжки з 6,5 до 4,0 підвищує забруднення рослин токсичними елементами з 4 до 20 разів (4).

Найактивніше надходження ВМ із ґрунту в рослини відбувається за кислої реакції ґрунтового розчину, що підтверджується результатами досліджень, проведених у тривалих дослідах з Cd, Pb, Ni, Cr, на різних ґрунтових відмінностях. Вапнування і внесення у ґрунт інших природних сорбентів дає змогу активно впливати на ці процеси. Але підвищення рН з метою зниження вмісту ВМ (зокрема кадмію) у продукції рослинництва ефективне не для всіх видів рослин. Ю. Алексєєвим (12) було встановлено, що вапнування призводило до надходження кадмію у рослини ячменю і бобових культур.

Серед традиційних мінеральних добрив, які можуть активно впливати на кислотно-основні властивості ґрунту, найбільшою активністю характеризуються азотні, серед яких ті, що зміщують рівновагу ґрунтового розчину в бік: підкислення - аміачна селітра NH₄NO₃, аміак рідкий NH₃, аміак водний NH₄OH, сульфат амонію (NH₄) ₂SO₄, сульфат амонію-натрію (NH₄) ₂SO₄+Na₂SO₄, хлористий амоній NH₄C1, сечовина (карбамід) CO (NH₂) ₂; підлуження - натрієва селітра NaNO₃ (16% N), кальцієва селітра Ca (NO₃) ₂-3H₂O (17,5% N) (7).

На кислотно-основні властивості ґрунту, хоча і меншою мірою, впливають також калійні і фосфорні добрива. Серед калійних добрив на першому місці калімагнезія K₂SO₄ MgSO₄; на другому - K₂SО₄ і на третьому - КС1. Калійні добрива, де присутній іон SO₄^2-, спричиняють збільшення розчинності алюмінію, й обмінна кислотність зумовлена саме його вмістом. Фосфорні добрива здебільшого мало впливають на зміну кислотно-основних властивостей ґрунтів - вони здатні спричиняти лише слабке підкислення (суперфосфати), або дещо знижувати кислотність ґрунту (преципітат, мартенівський шлам, знефторений фосфат, фосфоритне борошно) (7).

1.2.2 Біогеохімічний колообіг та забруднення полютантами верхніх шарів ґрунту внаслідок застосування мінеральних добрив

Використання мінеральних добрив може істотно змінювати біогеохімічний колообіг речовин (рис.2), що нерідко призводить до загострення екологічних проблем (4, 11, 13).

Використання мінеральних добрив сприяє включенню біологічно активних елементів (БАЕ) у різні типи міграції, які послідовно змінюються. При видобуванні і виробництві мінеральних добрив БАЕ включаються у техногенну міграцію, при застосуванні - у біогенну. Усі ці типи міграції є складовими єдиного біогеохімічного колообігу хімічних елементів у біосфері. Аналіз надходження БАЕ в агроекосистеми різних ґрунтово-кліматичних зон України свідчить, що найбільша їхня кількість надійшла з мінеральними добривами у зоні Лісостепу протягом 1966-1980 pp., а з 1980 по 1990 pp. - у зоні Степу (рис.3).

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.

Рис.3.

Подобные работы:

Вплив прийомів догляду на ріст, продуктивність та урожайність кукурудзи на зерно

Впровадження технології експандування при виробництві кормів

Вредители и болезни риса. Меры борьбы с ними

Вредители леса

Вредители молодняков и борьба с ними

Актуально: