Экологические проблемы при использовании минеральных удобрений:
Основные факторы негативного влияния минеральных удобрений на биосферу

автор:

Екологічні проблеми агрохімії як частина загальної проблеми збереження біосфери почали з’являтися у світі порівняно недавно, коли різко підвищилися темпи виробництва і використання мінеральних добрив у сільському господарстві і у зв’язку з широким розвитком будівництва великих тваринницьких комплексів. Однак вони мають глобальні обсяги і міжнародне значення.

Хімізацію землеробства важко переоцінити. Нині загальнопризнано, що завдяки використанню добрив створюється близько половини приросту врожаю, активний баланс поживних речовин у землеробстві, поліпшується кругообіг біогенних елементів.

Однак очевидно й те, що зростаючі обсяги застосування мінеральних добрив можуть порушувати природні цикли кругообігу речовин, що призводить до евтрофікації водойм, загострення проблеми нітратів.

Несприятливий вплив добрив на навколишнє середовище може бути різним, але в основному внаслідок таких причин:

1. Надходження поживних елементів добрив з ґрунту у підґрунтові води і з поверхневим стоком може призвести до посиленого розвитку водоростей і утворення планктону, тобто до евтрофікації природних вод.

2. Втрати азоту в атмосферу негативно впливають на діяльність сільськогосподарських та інших підприємств (погіршується мікроклімат). Висловлюються також побоювання про можливе руйнування озонового екрану стратосфери внаслідок проникнення в неї окислів азоту, що утворюються при денітрифікації азотних сполук ґрунту і добрив.

3. Неправильне використання мінеральних добрив може погіршити кругообіг і баланс поживних речовин, агрохімічні властивості, родючість ґрунту. Відомо, що широке застосування азотних добрив при вирощуванні сільськогосподарських культур підвищує кислотність ґрунту.

4. Порушення оптимізації живлення рослин макро- і мікроелементами призводить до різних захворювань рослин, а часто сприяє розвитку фітопатогенних грибних хвороб, погіршує санітарний стан посівів.

5. Порушення технології застосування добрив, недосконалість якості і властивостей мінеральних добрив можуть зменшувати продуктивність сільськогосподарських культур і якість продукції та призводити до нагромадження в ній нітратів.

Шляхи і можливість негативного впливу добрив на навколишнє середовище розглянемо, використовуючи багаточисленні експериментальні дані, одержані у нас і за кордоном.

Щодо забруднення біосфери окремими елементами внаслідок їх втрат із добрив є чимало експериментальних даних. За останні 20—30 років у водойми надходять стоки, що містять багато сполук азоту і фосфору. Це пов’язано із змивом з полів добрив. Внаслідок цього відбувається евтрофікація таких водойм, підвищується їх некорисна продуктивність, відбувається посилений розвиток фітопланктону, водоростей, «цвітіння» води тощо. В глибинній зоні посилюється анаеробний обмін, нагромаджується сірководень, аміак тощо. Порушуються окислювально-відновлювальні процеси і виникає дефіцит кисню. Це призводить до загибелі цінних видів риб і рослин, вода стає непридатною не тільки для пиття, але й для купання. Така евтрофікована водойма втрачає господарське і біогеоценотичне значення.

Вчені вважають, що, незважаючи на порушення рівноваги, яка з’являється при антропогенній евтрофікації, такі водойми можуть повернутися у свій першопочатковий стан, якщо до них не будуть потрапляти сторонні речовини. Це пов’язано з періодом відновлення вод у природі. Відомо, що підземні води в товщі активного водоймища відновлюються через 300 років, води в проточних озерах — через 3,5 роки, підґрунтові води — 9 місяців, річкові — через півмісяця. При цьому важливо, що 1 м3 промислово-побутових стоків забруднює 12—15 м3 чистої води. На 1 кг фосфору, що потрапив у водойму, утворюється 100 кг фітопланктону. Оптимальний ріст водяних організмів спостерігається при концентрації фосфору 0,09—1,8 мг/л і нітратного азоту — 0,9—3,5 мг/л. Більш низький вміст цих елементів обмежує ріст водоростей.

Результати досліджень евтрофікації показують, що «цвітіння» води за рахунок водоростей з’являється тільки тоді, коли концентрація фосфору у воді перевищує 0,01 мг/л.

З точки зору охорони здоров’я людей дуже важливо, щоб вміст нітратів і токсичних речовин у воді не перевищував межі допустимої концентрації (МДК). Всесвітньою організацією охорони здоров’я (ВОЗ) встановлена межа допустимої концентрації для нітратного азоту в питній воді, яка для помірних широт становить 22, а для тропіків — 10 мг/л. Однак у районах інтенсивного застосування азотних добрив досить часто в питній воді вміст нітратного азоту більше МДК. Які ж причини нагромадження у водоймах підвищеної кількості біогенних елементів, насамперед азоту і фосфору. Вони можуть потрапляти з промисловими і побутовими стічними водами, із стоками з сільськогосподарських угідь, внаслідок біологічної фіксації азоту тощо.

В.Г. Мінеєв (1988) вважає, що існує неправильна думка, що в річки і водойми поживні речовини надходять в основному з добрив. Вітчизняні й зарубіжні дослідження свідчать, що втрат елементів живлення буває значно більше з ґрунту. Більшість з них потрапляють у водойми головним чином з твердими і рідкими стоками. Втрати добрив при неправильному застосуванні бувають значними, особливо при зимовому або ранньовесняному їх внесенні. Із стоковими водами на полях, навіть з незначним схилом виносяться 50—100% аміачної селітри, 40—70 калію, 30—40% фосфору від внесеної кількості. В цілому ж основна частина біогенних елементів (80—90% річного навантаження) потрапляє у воду весною з талими водами.

Симптомом рясного поверхневого стоку є наявність льодяної кірки на поверхні ґрунту. Для уникнення великих втрат поживних елементів з такими водами і для запобігання забрудненню річок і поверхневих водойм, на думку багатьох спеціалістів-агрохіміків, добрива краще вносити після танення ґрунту і скидання надмірної води з полів.

Дослідження, проведені у США, свідчать, що з підвищенням норм внесення азотних добрив зростає вміст нітратів у дренажних водах і підвищуються їх втрати. Однак забруднення природних вод біогенними елементами з удобрених земель значно менше порівняно з іншими джерелами. В цьому відношенні заслуговують уваги джерела евтрофікації поверхневих вод у штаті Вісконсин: на частку стічних вод припадає 59% стоку, з міських земель — 10, із сільських удобрених — 21, з інших орних — 3, неорних земель — 3. З інших джерел (підґрунтові води, атмосферні опади тощо) — 4%. Отже, за рахунок рідкого стоку з окультурених ґрунтів у поверхневі водойми надходило більше 1/5 фосфору від сумарної евтрофікації. Основним же джерелом евтрофікації водоймів фосфором у цьому штаті (59%) є міські води, збагачені фосфором миючих засобів.

Негативні наслідки евтрофікації природних вод можуть бути досить значними, що підтверджується дослідженнями в нашій країні і за кордоном. У річкових водах лісних областей помірного клімату вміст нітратів досягає 0,3—0,5, а аридного — до 1,2—1,7 мг/л. У дренажних водах зрошувальних систем вміст NO3 звичайно становить 5—6, але може досягати і 10—15 мг/л. У ґрунтових розчинах засолених зрошуваних ґрунтів концентрація NO3 може становити 100—300 мг/л, а в річкових водах густо заселених районів іноді й до 20—30 мг/л. У підґрунтових водах іноді спостерігалася концентрація нітратів близько 10—15 і навіть 50—100 мг/л. Спостереження у Франції, Німеччині, Голландії, США показали, що вміст нітратів у природних водах близько 40—50 мг/л — часте явище. Нерідко у підґрунтових водах і колодязях вміст нітратів досягає 500—700 і навіть 1350 мг/л, що в десятки разів перевищує норму, рекомендовану Всесвітньою організацією охорони здоров’я.

Відомо, що захворювання метагемоглобінемією з’являється вже при вмісті нітратів у воді 40—50 мг/л, а якщо їх концентрація перевищує 95 мг/л, то ця хвороба стає дуже частим явищем (Ковда В.А., 1976, 1981).

За останні роки помітні екологічні зміни, тобто зниження чисельності живих водних організмів, відбулися на межі між Чорним морем і прісними річковими водами. Вважається, що головною причиною цих змін є значна зміна якісного складу річкового стоку, особливо концентрація біогенних елементів. Так, якщо в 50-ті роки вміст нітратів у стоку Дністра був 10—12 мг/м3, то нині на тому ж місці їх виявляється вже 130—140 мг/м3.

Вміст фосфатів підвищився у 2—2,5 рази. Також різко за ці роки забруднилися води Дунаю, який скидає ще більше евтрофікованих вод у Чорне море. Порівняно з цими річками стік Дніпра чистіший, бо водосховищами енергетичних вузлів перехоплюється значна частина біогенних елементів, що призводить до інтенсивного розвитку в них синьо-зелених водоростей і цвітіння води.

Проблеми евтрофікації природних вод дуже складні й потребують наукового аналізу. Адже відомо, що помірно евтрофіковані озера більш продуктивні й мають найкращі умови для рибного промислу. У практиці рибництва озера і ставки часто штучно удобрюють для підвищення рибної продуктивності. Тому, за думкою шведських вчених, помірне збагачення водойм елементами живлення стимулює розвиток планктону і рибних ресурсів, а надмірна евтрофікація, навпаки, призводить до санітарного псування води і загибелі риби. Основним забруднювачем вод є нітратний азот, у водоймах виникає безперервний процес денітрифікації нітратів і біологічної фіксації азоту синьо-зеленими водоростями.

В останні роки у вітчизняній і закордонній пресі появляються висловлювання про можливе забруднення атмосфери газоподібними сполуками азоту, які утворюються внаслідок виникаючих у ґрунті процесів амоніфікації, нітрифікації і денітрифікації. Відомо, що ці процеси призводять до утворення і втрат з ґрунту в атмосферу молекулярного азоту, аміаку, супероксиду і двоокису азоту.