Какое влияние оказывают химические удобрения на почвы водные ресурсы
Обновлено: 07.07.2024
Наиболее ощутимое влияние на водные источники, кроме азотных, оказывают фосфорные удобрения. Фосфор вследствие незначительного содержания в водах и малой токсичности практически не оказывает прямого отрицательного влияния на питьевую воду. Этого, однако, нельзя сказать об азоте. Концентрации его в воде часто превышают допустимые значения.
Отрицательное влияние на воды и их обитателей оказывают хлорсодержащие удобрения, а также примеси к различным удобрениям. Последнее наиболее характерно для фосфорных форм удобрений, содержащих в своем составе фтор, тяжелые металлы и радиоактивные элементы.Наряду с загрязнением минеральными удобрениями поверхностных вод, прогрессирует поступление их в грунтовые воды. Особенно прогрессирует загрязнение грунтовых вод в тех случаях, когда они не прикрыты плотными породами и залегают на небольшой глубине.Вынос удобрений в водные источники сводится к минимуму при правильном их внесении. В частности, недопустимо разбрасывание удобрений по снеговому покрову, рассеивание их с летательных аппаратов вблизи водоёмов, хранение под открытым небом и т.п.
Детально изучить взаимодействие почв, растений и удобрений возможно в длительных стационарных опытах с систематическим применением удобрений. В таких опытах создаются условия стандартизации, позволяющие изучить действие климатических и агрометеорологических условий на культуры, почвы и факторы, регулирующие почвенное плодородие.
Основные направления исследований в длительных стационарных опытах:
- сравнительная оценка доз, видов и форм минеральных удобрений;
- оценка эффективности минеральной, органической и органоминеральной систем удобрений в севооборотах различных типов;
- установление оптимального распределения удобрений по культурам севооборота;
- достижение максимальной эффективности при сочетании систем удобрения с химической мелиорацией, определение их влияния на свойства почвы и продуктивность севооборотов;
- возможность периодического внесения фосфорных и калийных удобрений;
- оптимизация плодородия и свойств почвы;
- регулирование биологического круговорота и баланса биогенных элементов в агроценозе;
- воздействие агрохимических средств на экологию.
В агрохимии используют следующие методы исследования свойств почвы в длительных стационарных опытах.
Агрохимические средства оказывают комплексное действие на плодородие и свойства почвы:
- подкисляют или подщелачивают почвенный раствор;
- изменяют агрохимические свойства;
- влияют на биологическую и ферментативную активность почвы;
- усиливают или ослабляют физико-химическое и химическое поглощение;
- влияют на мобилизацию или иммобилизацию токсических элементов и радионуклидов;
- усиливают минерализацию или синтеза гумуса;
- влияют на интенсивность фиксации азота из атмосферы;
- усиливают или ослабляют действие других питательных веществ почвы и удобрений;
- влияют на подвижность биогенных макро- и микроэлементов почвы;
- вызывают антагонизм или синергизм ионов при поглощении растениями.
Таблица. Методы исследования плодородия почвы (по ОСТ 10152-88 и Методическим указаниям по проведению комплексного мониторинга плодородия почв земель сельскохозяйственного назначения, 2003, с изменениями)
Физико-химические свойства почв оказывают влияние на питательный режим почв, их биологическую активность, обусловливают трансформацию внесенных в почву удобрений, в условиях промывного водного режима определяют возможность передвижения соединений в более глубокие слои почвы.
Систематическое внесение органических и минеральных удобрений сопровождается изменениями физико-химических свойств почв. Внесение навоза на протяжении многих лет обычно увеличивает содержание органического вещества и емкость поглощения почв, уменьшает обменную и гидролитическую кислотность и увеличивает степень насыщенности основаниями.
Таблица. Влияние систематического применения удобрений на агрохимические и агрофизические свойства почвы (мощный малогумусный чернозем, слой почвы 0-30 см) 1 Агрохимия. Учебник/В.Г. Минеев, В.Г. Сычев, Г.П. Гамзиков и др.; под ред. В.Г. Минеева. — М.: Изд-во ВНИИА им. Д.Н. Прянишникова, 2017. — 854 с.
| Показатели свойств почвы | Перед закладкой опыта (среднее по фону, 1972) | В конце второй ротации (1987) | |||
|---|---|---|---|---|---|
| Варианты | |||||
| Без основного удобрения | Навоз, 5 т + N49P56K53 | Навоз, 10 т + N88P98K96 | Навоз, 15 т + N128P141K139 | ||
| pH | 6,2 | 5,7 | 5,5 | 5,3 | 5,2 |
| H, ммоль/100 г почвы | 2,6 | 2,7 | 2,8 | 2,9 | 3,0 |
| S, ммоль/100 г почвы | 25,7 | 24,0 | 23,6 | 23,4 | 23,0 |
| V, % | 91,2 | 89,5 | 88,2 | 87,1 | 85,6 |
| P2O5, мг/кг почвы | 127,4 | 121,2 | 141,6 | 157,2 | 164,0 |
| K2O, мг/кг почвы | 70,3 | 66,4 | 80,6 | 87,8 | 93,6 |
| Гумус, т/га | 134,2 | 123,1 | 134,0 | 142,1 | 146,8 |
| Азот, т/га | 11,4 | 10,7 | 11,4 | 11,9 | 12,1 |
| Объемная масса, г/м 3 | 1,25 | 1,26 | 1,22 | 1,20 | 1,18 |
| Общая влагоемкость, % | 49,2 | 48,9 | 50,4 | 51,1 | 52,2 |
| Капиллярная влагоемкость, % | 36,7 | 36,9 | 38,7 | 39,6 | 40,3 |
| Водопроницаемость в полевых условиях, мм/(ч·см 2 ) | 6,1 | 6,8 | 8,7 | 10,1 | 11,4 |
| Общая порозность, % | 48,7 | 49,6 | 51,0 | 51,6 | 52,5 |
Совместное внесение навоза и минеральных удобрений на протяжении 15 лет повысило содержание гумуса на 12,6 т/га, азота — на 0,7 т/га, снизило плотность почвы на 0,08 г/см 3 , общая и капиллярная влагоемкость увеличилась более чем на 3%, водопроницаемость — на 4,3 мм/(ч·см 2 ), общая порозность — на 3%.
При длительном применения минеральных удобрений свойства почв могут ухудшаться. Это связано с подкислением реакции почвенного раствора в результате вытеснения из поглощающего комплекса ионов водорода и алюминия, а также физиологической кислотностью некоторых удобрений. Правильное применение удобрений, то есть на фоне навоза и известкования, внесении добавок для нейтрализации физиологической кислотности удобрений, позволяет сохранять кислотность почвы на приемлемом уровне, а в ряде случаев снижая её. На нейтральных и близких к нейтральным черноземных почвах небольшое подкисление в результате внесения удобрений можно считать положительным, так как это повышает подвижность и доступность многих соединений.
В условиях промывного водного режима дерново-подзолистых и серых лесных почв изменения свойств под влиянием удобрений происходят в пахотном и в более глубоких слоях. Это связано с повышенным количеством осадков и подкислением почвы при высоких дозах минеральных удобрений, образованием подвижных органических соединений при внесении навоза и пептизацией почвенных коллоидов под действием одновалентных катионов, входящих в состав удобрений, и вымыванием их за пределы пахотного слоя. Миграции питательных веществ в нижележащие слои вследствие пептизации коллоидов способствует внесение удобрений в пару и под пропашные культуры, а также частые обработки почвы. Процесс усиливается при легком гранулометрический составе почвы и повышении доз удобрений.
Систематическое внесение удобрений ведет к увеличению количества пожнивно-корневых остатков, разложение которых обусловливает новообразование органических коллоидов в пахотном слое и одновременно с пептизацией крупных почвенных частиц приводит к увеличению содержания илистой фракции. В малобуферных почвах легкого гранулометрического состава вымывания коллоидов может преобладать над новообразованием.
Изменения физико-химических свойств на черноземных почвах сосредоточены преимущественно в пахотном и подпахотном слоях, что связано с ограниченным количеством осадков в степной зоне и неглубоким промачиванием почвы. Длительное применение удобрений на этих почвах приводит к накоплению илистой фракции и величины емкости поглощения. При этом кислотность на фоне навоза снижается, а при использовании минеральных удобрений возрастает, что объясняется физиологической кислотностью удобрений и необменным поглощением одновалентных катионов при отсутствии вымывания водорода и кислотного остатка. Повышение кислотности черноземов способствует увеличению подвижности некоторых питательных веществ и повышению их доступности растениям.
Систематическое применение органических и минеральных удобрений на сероземах не оказывает значимого влияния на реакцию почвенного раствора из-за их карбонатности и буферности. Некоторое увеличение илистой фракции и емкости поглощения этих почв в верхних слоях происходит благодаря образованию коллоидов из органических растительных остатков. Пахотный слой сероземов сохраняет коллоиды, в связи с большим количеством кальция, который поглощается коллоидами, препятствует их диспергированию и вымыванию. Передвижение питательных веществ удобрений вглубь по профилю в сероземах, а также потери с грунтовыми и сбросными водами при орошении, обусловлены промывным водным режимом и растворимостью некоторых соединений.
Длительное применение органических и минеральных удобрений увеличивает содержание углерода и азота в бедных гумусом дерново-подзолистых и серозёмных почвах, при этом слабо влияя на богатые гумусом черноземы.
Таблица. Действие длительного применения удобрений на содержание органического углерода и общего азота (Шевцова Л.К., 1993, 1998)
| Варианты длительного опыта | C | N | C | N | C/N |
|---|---|---|---|---|---|
| % к воздушно-сухой почве | % к контролю | ||||
| Легкий суглинок, Белорусский НИИПА | |||||
| Контроль | 1,70 | 0,128 | 100 | 100 | 13,2 |
| Навоз | 2,01 | 0,153 | 118 | 120 | 13,1 |
| NPK | 1,78 | 0,143 | 104 | 112 | 12,4 |
| Навоз + NPK | 2,22 | - | 131 | - | - |
| Тяжелый суглинок, опыт с ДАОС с чистым паром | |||||
| Контроль | 0,71 | 0,107 | 100 | 100 | 6,6 |
| Навоз | 1,00 | 0,124 | 141 | 116 | 8,1 |
| NPK | 0,79 | 0,110 | 111 | 103 | 7,2 |
| 1/2 Навоз + 1/2 NPK | 0,89 | 0,122 | 125 | 114 | 7,3 |
| Слабовыщелочный чернозем, легкий суглинок, Мироновский НИИ селекции и семеноводства озимой пшеницы | |||||
| Контроль | 2,33 | 0,225 | 100 | 100 | 10,4 |
| Навоз | 2,43 | 0,232 | 104 | 103 | 10,4 |
| NPK | 2,32 | 0,224 | 97 | 100 | 10,4 |
| 1/2 Навоз + 1/2 NPK | 2,34 | 0,226 | 101 | 100 | 10,4 |
| Среднемощный чернозем, средний суглинок, Алтайский НИИЗиС | |||||
| Контроль | 3,47 | 0,305 | 100 | 100 | 11,4 |
| Навоз | 3,65 | 0,308 | 105 | 101 | 11,9 |
| NPK | 3,64 | 0,300 | 105 | 98 | 12,1 |
| Навоз + NPK | 3,65 | 0,309 | 105 | 101 | 11,8 |
В вариантах с внесением навоза отмечается повышение содержания органического вещества в верхних горизонтах, а более слабое влияние минеральных удобрений проявляется и в подпахотном слое почвы. Навоз и минеральные удобрения не влияют на групповой состав органического вещества различных типов почв. Состав гумуса длительно удобрявшихся почв сохраняет свойства, сформировавшиеся в региональных условиях почвообразования. При длительном применении удобрений почвы обогащаются подвижным органическим веществом, находящимся в ранних (гидрофильных) стадиях гумификации, более биохимически активных органических соединений, а также обогащает почву подвижным и доступным азотом. Наиболее сильное воздействие удобрений на этот показатель отмечено на дерново-подзолистых почвах, слабое — на чернозёмных, очень слабое — на сероземах.
Влияние минеральных азотных и калийных удобрений на плодородие почв связано с катионным обменом. Систематическое внесение этих удобрений приводит к фиксации содержащихся в удобрениях одновалентных катионов калия и аммония коллоидами почвы, что связано с вхождением катионов внутрь кристаллических решеток минералов. На этот процесс влияют тип глинистого минерала, гранулометрический состав, содержание органического вещества, реакция почвенного раствора, концентрация катионов калия и аммония в почвенном растворе, состав и концентрация других катионов, степень насыщенности поглощающего комплекса этими катионами и гидротермические условия, при которых происходит фиксация.
Необменное поглощение катионов уменьшает доступность их растениям и коэффициент использования азотных и калийных удобрений.
Применение аммонийных форм азотных удобрений сопровождается фиксацией (необменным поглощением) азота в виде NH4 + глинистыми минералами, что уменьшает его доступность растениям. Фиксация азота в пахотном и более глубоких слоях может достигать существенных размеров и должна учитываться в общем балансе азота. Длительное использование азотных удобрений приводит к увеличению количества фиксированного аммония. Фиксация аммония на почвах легкого гранулометрического состава меньше, чем более тяжелых, так как фиксация связана с илистой фракцией и составляющими ее глинистыми минералами. Фиксация аммония происходит в пахотном и в более глубоких слоях почвы, особенно на легких по гранулометрическому составу почвах. Вероятно, необменно-поглощенный аммоний вымывается в нижние слои с коллоидами, содержание которых вниз по профилю почвы возрастает.
Чем вредны минеральные удобрения.
Помимо положительных свойств и полезных компонентов, содержащихся в составе, применение минеральных удобрений влечет за собой отрицательные последствия. Вред может быть нанесен не только растениям, но и почве, водоёмам, находящимся неподалеку от мест использования данных удобрений.
Движение грунтовых вод способствует перемещению минеральных удобрений в земле. При их попадании в реки и другие водные бассейны происходит уменьшение кислорода, который так необходим подводным обитателям, растениям, в итоге его запасы исчерпываются всё быстрее. Рыбы начинают погибать, растения гниют. Среда обитания больше не подходит для жизни.
Также опасен для растений ожог химическими веществами, это наносит вред растению, что понижает качество и количество урожая.
При частом использовании химических удобрений количество питательных вещества в почве сокращается, что оказывает негативное влияние на состав минерально-витаминного комплекса урожая.
Минеральное загрязнение водоемов.
В воду рек и других природных источников попадает очень большой объем ядовитых веществ. Это и соединения металлов, и минеральные вещества, в том числе сельскохозяйственные подкормки, добавки, удобрения, имеющие в своем составе не только питательные компоненты, но и вредные, даже губительные для водоёмов.
Всем известно, что в таблице Менделеева есть и отравляющие, токсичные элементы – ртуть, свинец, кадмий, селен, литий и другие. Все они поглощаются рыбой, которую впоследствии поглощаем мы. И в результате большое количество людей страдает от последствий отравления этими металлами – поражаются жизненно важные функции: слух, зрение, нервная система. Малыши рождаются с разного рода физическими и умственными отклонениями. Доза вредных веществ, поглощаемая крупной рыбой, может достигать смертельной концентрации для людей. Не стоит забывать об этом, каждый раз, когда задумываемся о загрязнении водоёма любыми минеральными веществами, металлами и так далее.
Поверхностно-активные вещества (ПАВ), содержащиеся в воде и на побережьях рек и других водных бассейнов, вызывают эвтрофикацию и уменьшают ценность водных объектов, с точки зрения красоты и эстетики. И проведение оздоровительных мероприятий вблизи таких мест становится невозможной.
Фосфорное загрязнение водоемов.
Применение фосфорсодержащих веществ в качестве удобрений должно находиться под строгим контролем специалистов в этой области.
Попадание этого элемента в водоёмы маловероятно в природных условиях, не нарушаемых какими-то факторами. Но всё же возможно, так как разрушение почв после таяния снега, весной, вместе с грунтом, смывает и удобрения, которыми подкармливают растения как раз в этот период.
В результате чего, как и в случае с минеральными веществами, происходит ухудшение качества воды, а в дальнейшем гибель всех её обитателей, Образование газов, таких как сероводород, делает пребывания рядом с водоёмом практически невозможным.
Риск загрязнения существует и для земель, подготовленных для пахоты. Фосфор, содержащийся в удобрениях, является причиной проникновения соединений тяжелых металлов, а также элементов, ядра которых испытывают радиоактивный распад.
Загрязнение воды азотными удобрениями.
Азотные удобрения способны быстро перемещаться вместе с подземными водами, именно поэтому их использование, в основном, стараются перенести на сухое время года.
Помимо негативных последствий, связанных с ухудшением воды и вместе с тем качества жизни в реках, озерах, прудах и других водных бассейнах, в водоёмы попадают ядовитые вещества – нитраты. Во избежание отравлений и других опасностей, возникающих при содержании нитратов в воде, были установлены санитарно-гигиенические нормативы, отражающие предельно допустимую концентрацию вещества.
Для разных географических зон – значение норматива отличается. Это связано с использованием воды в разных целях, в том числе и для каждодневного потребления. В тропиках и на экваторе -10 мг/〖дм〗^3, в умеренных зонах — показатель колеблется от 20 до 25 мг/〖дм〗^3. В Америке этот показатель достигает 44 мг/〖дм〗^3, а вот в Украине норматив практически вдвое превышает показатель в умеренных широтах.
Загрязнение воды нитратами.
Каждый человек не раз слышал, что в овощах могут содержаться нитраты.
Переизбыток нитратов является опасным для людей и животных.
Попадают эти вредные вещества в корнеплоды, зелень и другие растения вместе с водой, их содержащей.
Наиболее опасными и ядовитыми являются нитриты, в которые переходят нитраты под действием бактерий.
Загрязнение воды калийными удобрениями.
Калийные удобрения и их неправильное использование оказывают отрицательное влияние на почву, воду, растения и животных.
Вода начинает горчить, терпит изменения в составе. Содержание элементов почвы разбалансируется, нарушаются пропорции калия и натрия. Все это влечет за собой составление нового катионного состава. Живность, которая потребляет в пищу эти растения, заболевает.
Меры по уменьшению вреда от минеральных удобрений.
Рассмотрим способы, которые применяют для защиты окружающей среды от негативных последствий использования минеральных удобрений.
Прежде чем начать использовать минеральные добавки и подкормки, важно хорошо знать особенности сельскохозяйственных культур, их периоды роста, цветения, плодоношения и так далее.
Чтобы предотвратить превращение нитратов в нитриты следует применять вещества, замедляющие процессы химических реакций или вовсе их останавливающие. Азотосодержащие удобрения не оставлять без грунтового покрытия, чтобы не допускать взаимодействия добавок с воздухом.
Защита пахотных земель от вымывания и разрушения почв также препятствует попаданию минеральных элементов в водоёмы.
Также нужно обратить внимание на то, в какой форме приобретаются удобрения, каков их срок годности, какого они качества. Это позволит уменьшить количество минеральных веществ, неконтролируемо попадающих в почву и сократить накопление их в грунте.
Не стоит зацикливаться на одной группе удобрений, важно уметь чередовать их, для того, чтобы избежать негативных последствий.
Применение мер предосторожности, разумное использование удобрений, соблюдение норм и правил при работе с минеральными веществами позволит сохранить экологический баланс, избежать загрязнения и ухудшения качества окружающей среды, оградить человека от отравлений, заболеваний.
Отрицательное влияние кислых минеральных удобрений на свойства кислых почв связано не только со свободной кислотностью удобрений, но и с действием их оснований на поглощающий комплекс почвы. Вытесняя обменный водород и алюминий, они превращают обменную кислотность почвы в активную и при этом сильно подкисляют почвенный раствор, диспергируя скрепляющие структуру коллоиды и снижая ее прочность. Поэтому при внесении больших доз минеральных удобрений должна учитываться не только кислотность самих удобрений, но и величина обменной кислотности почвы.
Известь нейтрализует кислотность почвы, улучшает ее агрохимические свойства и устраняет отрицательное действие кислых минеральных удобрений. Даже небольшие дозы извести (от 0,5 до 2 т/га) увеличивают насыщенность почвы основаниями, понижают кислотность и резко уменьшают количество токсичного алюминия, который в кислых подзолистых почвах оказывает исключительно сильное отрицательное действие на рост и урожай растений.
В длительных опытах с использованием кислых минеральных удобрений на черноземах тоже отмечается небольшое увеличение кислотности почвы и снижение количества обменных оснований (табл. 124), что может быть устранено внесением небольших количеств извести.
Большое и всегда положительное влияние на все почвы оказывают органические удобрения. Под влиянием органических удобрений — навоза, торфяных компостов, сидератов — повышается содержание гумуса, увеличивается насыщенность почвы основаниями, в том числе кальцием, улучшаются биологические и физические свойства почвы (порозность, влагоемкость, водопроницаемость), а в почвах с кислой реакцией снижаются кислотность, содержание токсичных соединений алюминия и токсичных микроорганизмов. Однако существенное увеличение содержания гумуса в почве и улучшение физических свойств ее отмечаются только при систематическом внесении больших доз органических удобрений. Однократное внесение их в кислые почвы совместно с известью улучшает качественный групповой состав гумуса, но не приводит к заметному увеличению процентного содержания его в почве.
Точно так же торф, внесенный в почву без предварительного компостирования, не оказывает заметного положительного влияния на свойства почвы. Влияние его на почву резко возрастает, если он предварительно компостируется с навозом, навозной жижей, фекалиями или минеральными удобрениями, особенно щелочными, так как сам по себе торф разлагается очень медленно и в кислых почвах образует много высокодисперсных фульвокислот, поддерживающих кислую реакцию среды.
Большое положительное влияние на почву оказывает совместное внесение органических удобрений с минеральными. При этом особенно резко возрастают численность и активность нитрифицирующих бактерий и бактерий, фиксирующих атмосферный азот, — олигонитрофилов, свободноживущих азотфиксаторов и др. В кислых подзолистых почвах при этом снижается количество микроорганизмов на среде Аристовской, которые, по ее мнению, продуцируют большое количество сильных кислот, оподзоливающих почву.
Читайте также: