Минеральные удобрения и свойства почвы /h1
Всестороннее изучение последствий загрязнения почвы привело к заключению, что соблюдение принятых ПДК не может полностью исключить отрицательного влияния ТМ и ряда химических элементов на урожай сельскохозяйственных культур и его качество. Дело в том, что различные растения неодинаково реагируют на присутствие в почве загрязнителей. Так, фасоль в 10−15 раз чувствительнее кукурузы к кадмию… Читать ещё >
Минеральные удобрения и свойства почвы /h1 (реферат, курсовая, диплом, контрольная)
Одним из важнейших вопросов современного земледелия является сохранение плодородия почв. Деградация почв ведет к постепенному снижению объемов образования продукции и катастрофическим изменениям в окружающей среде [1, 2].
Содержание гумуса является основным показателем, характеризующим плодородие почв. Экспериментальным путем установлено, что повышение содержания гумуса в дерново-подзолистой почве на 1% увеличивает продуктивность пашни более чем на 25% [3]. Аналогичные данные получены и в других исследованиях. Однако, наряду с этим, наблюдения показывают, что за 30 лет интенсивной эксплуатации почв, например, в Саратовской области содержание в них гумуса снизилось с 7,0 до 6,5%, а в целом по Центрально-Черноземной зоне РФ — с 5,6 до 5,1% [4]. В Башкортостане почвы за время их сельскохозяйственного использования утратили около 20% гумуса. Ежегодная его потеря составляет в среднем 300 кг/га [5].
По мнению ведущих почвоведов, за последние 100 лет запасы органического вещества в черноземах нашей страны уменьшились в два раза [6, 7].
Роль минеральных удобрений в увеличении гумусированности почв до недавнего времени рассматривалась с положительной стороны. Однако в последние годы происходит переоценка их значения. Все чаще специалисты выражают сомнение по поводу возможности повышения содержания органического вещества за счет применения минеральных удобрений [8, 9, 10]. Более того, они могут явиться причиной обеднения почв гумусом. Данные [(9), по Л.К.Шевцову], полученные на основе обобщения результатов более 400 длительных полевых опытов, свидетельствуют о том, что его содержание в дерново-подзолистых почвах при внесении полного минерального удобрения в первые 20−30 лет снижалось в среднем на 12−14%. Сделан вывод, что внесение только минеральных удобрений не компенсирует потерь почвенного органического вещества. К таким же выводам пришли и другие исследователи. Механизм этого явления заключается в следующем.
Определение коэффициентов использования питательных веществ из почвы показало, что их значения при внесении минеральных удобрений, по сравнению с неудобренными вариантами, как правило, увеличиваются. При выяснении обстоятельств отмеченного явления было обнаружено существенное усиление процессов минерализации гумуса, происходящее под действием азотных удобрений [11, 12]. Оказывается, каждая единица азота удобрений способствует дополнительной мобилизации от 0 до 1,2 единицы почвенного азота [9]. Это и ведет к увеличению содержания в почве подвижных соединений и, как следствие, повышению коэффициентов использования растениями питательных веществ. Подвижные соединения азота, образовавшиеся в результате минерализации органического вещества, так же, как азот минеральных удобрений, включаются в геохимическую миграцию. Их доля от общего количества инфильтрационных потерь азота из пахотных угодий составляет от 10 до 50% [13, 14].
Это подтвердилось и при изучении качественного состава гумуса. Под влиянием минеральных удобрений меняется соотношение между гуминовыми и фульвокислотами, увеличивается доля сахаридных и кислородсодержащих соединений, белковоподобных остатков [15, 16]. По данным некоторых исследователей, длительное внесение минеральных удобрений достоверно снижало долю гуминовых кислот [17]. Учитывая то, что гумусовые вещества являются важным экологическим фактором, влияющим на жизнедеятельность почвенных организмов, их разрушение неизбежно повлечет за собой изменения в естественной структуре педоценозов.
Возможны и более существенные отрицательные экологические последствия дегумификации почв. Гумусовые вещества на 52−62% состоят из углерода. При их минерализации происходит образование СО2, который поступает в атмосферу и способствует формированию парникового эффекта. Считается, что 20% всего углекислого газа, накопившегося в атмосфере в результате антропогенной деятельности, образовалось вследствие разрушения почвенного органического вещества [2].
Негативные последствия минерализации гумуса под влиянием каких-либо агротехнических приемов, в том числе и внесения азотных удобрений, заключаются не только в сокращении прямых запасов питательных веществ в почве, ухудшении ее свойств, возникновении экологических проблем, но и в снижении потенциальной возможности небиологической фиксации азота. В настоящее время имеются свидетельства существования в почве механизмов химической природы, обеспечивающих фиксацию азота без участия живых организмов [18]. По оценкам специалистов, потребность сельскохозяйственных культур в азоте в полевых условиях на 40−50% удовлетворяется за счет его фиксации природными гумусовыми веществами. Изменение качества гумуса, очевидно, может оказать существенное отрицательное влияние на активность абиотических систем фиксации азота в почве, так как их функционирование зависит от физико-химических свойств органического вещества.
Плодородие почвы и направленность различных химических и биологических превращений, происходящих в ней, во многом зависят от кислотности среды. Оптимальное значение рН почвы для большинства культур соответствует 6,0−6,5. Увеличение кислотности приводит к угнетению растений. Применение таких широко распространенных видов удобрений, как аммиачная селитра, хлористый калий и другие, способствует подкислению почвенного раствора. Если при разовом использовании удобрений в небольших дозах существенного изменения рН не наблюдается, то при длительном, в течение ряда лет, происходит сильное подкисление почв. Например, внесение за 25-летний период 2480 кг N, 1820 кг Р2О5 и 2500 кг К2О увеличивало актуальную кислотность дерново-подзолистой почвы в слое 0−20 см с 4,9 до 4,0−4,3, а степень насыщенности основаниями при этом снижалась с 69,4−70,0 до 48,2%. Еще большее снижение степени насыщенности основаниями наблюдалось в слое почвы 20−40 см [19, 20].
Среди практикующих агрономов распространено мнение об отсутствии заметного повышения рН, если используются умеренные дозы удобрений. Однако исследования показывают, что ежегодное внесение в течение ротации севооборота даже 38 кг/га аммиачной селитры и 70 кг/га действующего вещества хлористого калия увеличивает кислотность дерново-подзолистых суглинистых почв на глубину до 60 см [21].
Незначительное, на первый взгляд, изменение кислотности почв воспринимается совсем по-другому, если мы вспомним о том, что шкала рН логарифмическая. А это значит, что при снижении значения рН с 5 до 4 кислотность среды увеличивается в 10 раз.
Ухудшение агрохимических показателей почвы отражается на эффективности применяемых удобрений и, как следствие, на продуктивности растений. Например, если в первый год внесения минеральных удобрений урожай картофеля и овса повышался, соответственно, со 118 до 251 ц/га и с 25 до 40,1 ц/га, то через 10 лет их регулярного использования они уже не повышали, а, наоборот, снижали урожайность полевых культур [22]. Аналогичные данные получены и в других опытах.
Негативное действие систематического применения удобрений на растения обусловлено как подкислением почвенного раствора, так и происходящим при этом увеличением подвижности соединений алюминия, марганца и железа, которые угнетают рост растений [23]. При этом изменяется численность и видовой состав микроорганизмов. Среди них появляются фитопатогенные виды. Ухудшение отдельных показателей химической характеристики почвы снижает устойчивость растений к недостатку воды [24] и, очевидно, другим факторам окружающей среды.
Особого внимания в современном земледелии заслуживает факт обеднения пахотного горизонта кальцием, магнием и изменения доступности для растений ряда микроэлементов. На разных типах почв минеральные удобрения повышают выщелачивание оснований из пахотного горизонта на 11−36% [25]. По другим сведениям, интенсивность вымывания кальция и магния на удобренных почвах увеличивается в 2−3 раза [26, 27].
Расчеты, проведенные с целью выяснения связи между вымыванием оснований и внесением удобрений, показывают, что на суглинистых почвах каждый килограмм внесенных питательных веществ ведет к потере 0,5 кг СаО и 0,06 кг MgO, а на супесчаных почвах, соответственно, 1,0 и 0,19 кг. Поэтому на удобряемых участках дополнительно рекомендуется вносить 60−80 кг/га MgO [28].
К негативным последствиям применения удобрений следует отнести и увеличение подвижности некоторых микроэлементов, содержащихся в почве. Они более активно вовлекаются в геохимическую миграцию. Это ведет к возникновению в пахотном слое дефицита В, Zn, Сu, Мn [29]. Ограниченное поступление микроэлементов в растения неблагоприятно влияет на процессы фотосинтеза и передвижение ассимилятов, снижает их устойчивость к заболеваниям, недостаточному и избыточному увлажнению, высоким и низким температурам [30, 31, 32]. Основной причиной нарушений в обмене веществ растений при недостатке микроэлементов является снижение активности ферментных систем.
Недостаток микроэлементов в почве вынуждает применять микроудобрения. Так, в США их использование в период с 1969 по 1979 г. г. возросло с 34,8 до 65,4 тыс. т действующего вещества [33].
В связи с глубокими изменениями в агрохимических свойствах почв, происходящими в результате применения удобрений, возникла необходимость изучения их влияния на физические характеристики пахотного слоя. Основными показателями физических свойств почвы являются агрегатный состав и водопрочность почвенных частиц. Анализ результатов ограниченного количества исследований, проведенных с целью изучения влияния минеральных удобрений на физические свойства почвы, не позволяет сделать определенных выводов. В некоторых опытах наблюдалось ухудшение физических свойств [34]. При повторной культуре картофеля доля почвенных агрегатов более 1 мм в варианте с внесением азота, фосфора и калия, по сравнению с неудобренным участком, снижалась с 82 до 77%. В других исследованиях при внесении полного минерального удобрения на протяжении пяти лет содержание в черноземе агрономически ценных агрегатов уменьшилось с 70 до 60%, а водопрочных — с 49 до 36% [35].
Чаще всего отрицательное влияние минеральных удобрений на агрофизические свойства почвы обнаруживается при изучении ее микроструктуры.
Микроморфологические исследования показали, что даже небольшие дозы минеральных удобрений (30−45 кг/га) оказывают отрицательное влияние на микроструктуру почвы, сохраняющееся на протяжении 1−2 лет после их внесения. Возрастает плотность упаковки микроагрегатов, снижается видимая порозность, уменьшается доля зернистых агрегатов [36]. Продолжительное внесение минеральных удобрений ведет к снижению доли частиц губчатого микросложения и к увеличению на 11% неагрегатированного материала [37]. Одной из причин ухудшения структуры является обеднение пахотного слоя экскрементами почвенных животных [38, 39].
Вероятно, агрохимические и агрофизические свойства почв тесно связаны между собой, и поэтому увеличивающаяся кислотность, обеднение пахотного горизонта основаниями, уменьшение содержания гумуса, ухудшение биологических свойств должны закономерно сопровождаться ухудшением агрофизических свойств.
В целях предотвращения отрицательного влияния минеральных удобрений на свойства почвы следует периодически проводить известкование. К 1966 г. ежегодная площадь известкования в бывшем СССР превысила 8 млн. га, а объем вносимой извести составил 45,5 млн. т. Однако это не компенсировало потерь кальция и магния. Поэтому доля земель, подлежащих известкованию, в ряде регионов не уменьшилась, а даже несколько увеличилась. Для того, чтобы не допустить увеличения площади кислых земель, предполагалось удвоить поставки сельскому хозяйству известковых удобрений и довести их к 1990 г. до 100 млн. т [40, 41, 42].
Известкование, понижая кислотность почвы, одновременно вызывает повышение газообразных потерь азота. При проведении этого приема они возрастают в 1,5−2 раза [43]. Такая реакция почв на внесение мелиорантов является результатом изменений в направленности микробиологических процессов, что может стать причиной нарушения геохимических круговоротов. В связи с этим высказывались сомнения в целесообразности использования известкования [2]. Кроме того, известкование усугубляет и другую проблему — загрязнения почв токсическими элементами.
Минеральные удобрения являются основным источником загрязнения почв тяжелыми металлами (ТМ) и токсичными элементами. Это связано с содержанием в сырье, используемом для производства минеральных удобрений, стронция, урана, цинка, свинца, ванадия, кадмия, лантаноидов и других химических элементов. Их полное извлечение или не предусматривается вообще, или осложняется технологическими факторами [44, 45]. Возможное содержание сопутствующих элементов в суперфосфатах и в других видах минеральных удобрений, широко применяемых в современном земледелии, приведено в таблицах 1 и 2.
В больших количествах элементы-загрязнители обнаруживаются в извести. Ее внесение в количестве 5 т/га может изменить природные уровни кадмия в почве на 8,9% от валового содержания [47].
Таблица 1. Содержание примесей в суперфосфатах, мг/кг [46].
Примесь. | Примесь. | ||
Мышьяк. | 1,2−2,2. | Свинец. | 7−92. |
Кадмий. | 50−170. | Никель. | 7−32. |
Хром. | 66−243. | Селен. | 0−4,5. |
Кобальт. | 0−9. | Медь. | 4−79. |
Ванадий. | 20−180. | Цинк. | 50−143. |
При внесении минеральных удобрений в дозе 109 кг/га NPK в почву поступает примерно 7,87 г меди, 10,25 — цинка, 0,21 — кадмия, 3,36 — свинца, 4,22 — никеля, 4,77 — хрома [44]. По данным ЦИНАО, за весь период использования фосфорных удобрений в почвы бывшего СССР внесено 3200 т кадмия, 16 633 — свинца, 553 — ртути [48]. Большая часть химических элементов, попавших в почву, находится в слабоподвижном состоянии. Период полувыведения кадмия составляет 110 лет, цинка — 510, меди — 1500, свинца — несколько тысяч лет [49].
Таблица 2. Содержание тяжелых металлов в удобрениях и извести, мг/кг [66].
Вид удобрения. | Zn. | Сu. | Ni. | Pb. | Fe. |
Хлористый калий. | 3,11. | 8,67. | 4,33. | 8,67. | 680,53. |
Аммиачная селитра. | 0,20. | 0,25. | 0,84. | 0,05. | 603,00. |
Известь. | 10,83. | 12,67. | 26,00. | 26,50. | 4853,00. |
Загрязнение почвы тяжелыми и токсичными металлами ведет к накоплению их в растениях. Так, в Швеции концентрация кадмия в пшенице за текущее столетие увеличилась вдвое. Там же при применении суперфосфата в суммарной дозе 1680 кг/га, внесенной частями за 5 лет, наблюдали повышение содержания кадмия в зерне пшеницы в 3,5 раза [50]. По данным некоторых авторов, при загрязнении почвы стронцием происходило трехкратное увеличение его содержания в клубнях картофеля [51]. В России пока еще не уделяется достаточного внимания загрязнению растениеводческой продукции химическими элементами.
Использование загрязненных растений в качестве продуктов питания или кормов является причиной возникновения у человека и сельскохозяйственных животных различных заболеваний. К наиболее опасным тяжелым металлам относят ртуть, свинец и кадмий. Попадание в организм человека свинца ведет к нарушениям сна, общей слабости, ухудшению настроения, нарушению памяти и снижению устойчивости к бактериальным инфекциям [52, 53]. Накопление в продуктах питания кадмия, токсичность которого в 10 раз выше свинца, вызывает разрушение эритроцитов крови, нарушение работы почек, кишечника, размягчение костной ткани [54]. Парные и тройные сочетания тяжелых металлов усиливают их токсический эффект [53].
Экспертным комитетом ВОЗ разработаны нормативы поступления в человеческий организм тяжелых металлов. Предусматривается, что каждую неделю здоровый человек массой 70 кг может получать с пищевыми продуктами, без вреда для своего здоровья, не более 3,5 мг свинца, 0,625 мг кадмия и 0,35 мг ртути [55].
В связи с возрастанием загрязнения продуктов питания были приняты нормативы содержания ТМ и ряда химических элементов в продукции растениеводства (табл. 3).
Таблица 3. Предельно допустимые концентрации химических элементов, мг/кг сырого продукта [56].
Элемент. | Хлебные продукты и зерно. | Овощи. | Фрукты. | Молочные продукты. |
Ртуть. | 0,01. | 0,02. | 0,01. | 0,005. |
Кадмий. | 0,02. | 0,03. | 0,03. | 0,01. |
Свинец. | 0,2. | 0,5. | 0,4. | 0,05. |
Мышьяк. | 0,2. | 0,2. | 0,2. | 0,05. |
Медь. | 0,5. | |||
Цинк. | 5,0. | |||
Железо. | 3,0. | |||
Олово. | ; | 100,0. | ||
Сурьма. | 0,1. | 0,3. | 0,3. | 0,05. |
Никель. | 0,5. | 0,5. | 0,5. | 0,1. |
Селен. | 0,5. | 0,5. | 0,5. | 0,5. |
Хром. | 0,2. | 0,2. | 0,1. | 0,1. |
Алюминий. | 1,0. | |||
Фтор | 2,5. | 2,5. | 2,5. | 2,5. |
Йод. | 0,3. |
Загрязнение растениеводческой продукции ТМ и химическими элементами опасно для человека не только при непосредственном ее употреблении, но и при использовании на кормовые цели. Например, скармливание коровам растений, выращенных на загрязненных почвах, привело к увеличению концентрации кадмия в молоке до 17−30 мг/л [57], в то время как допустимый уровень составляет 0,01 мг/л.
Для предотвращения накопления химических элементов в молоке, мясе, исключения возможности отрицательного их влияния на состояние сельскохозяйственных животных во многих странах принимаются предельно допустимые концентрации (ПДК) для химических элементов, содержащихся в кормовых растениях. По стандартам ЕЭС безопасное содержание свинца в фураже составляет 10 мг/кг сухого вещества. В Нидерландах допустимый уровень содержания кадмия в зеленых кормах равен 0,1 мг/кг сухой массы [50, 56].
Фоновое содержание химических элементов в почвах приведено в таблице 4. При накоплении ТМ в почве и последующем поступлении их в растения они концентрируются, в основном, в вегетативных органах, что объясняется защитной реакцией растений [58]. Исключение составляет кадмий, который легко проникает как в листья и стебли, так и в генеративные части [59]. Для правильной оценки степени накопления в растениях различных элементов необходимо знать их обычное содержание при выращивании сельскохозяйственных культур на незагрязненных почвах. Сведения по этому вопросу довольно разноречивы. Это объясняется большими различиями в химическом составе почв. Фоновое содержание свинца в почвах равно примерно 30, а кадмия — 0,5 мг/кг [60]. Концентрация свинца в растениях, выращиваемых на чистых грунтах, составляет 0,009−0,045, а кадмия — 0,011−0,67 мг/кг сырого вещества [61].
Таблица 4. Содержание некоторых элементов в пахотных почвах, мг/кг [62].
Элемент. | Обычное содержание. | ПДК. | Элемент. | Обычное содержание. | пдк. |
As. | 0,1−20. | Ni. | 2−50. | ||
В. | 5−20. | Pb. | 0,1−20. | ||
Be. | 0,1−5. | Sb. | 0,01−0,5. | ||
Вг. | 1−10. | Se. | 0,01−5. | ||
Cd. | 0,01−1. | Sn. | 1−20. | ||
Со. | 1−10. | Tl. | 0,01−0,5. | ||
Сг. | 2−50. | Ti. | 10−5000. | ||
Сu. | 1−20. | U. | 0,01−1. | ||
F. | 50−200. | V. | 10−100. | ||
Ga. | 0,1−10. | Zn. | 3−50. | ||
Hg. | 0,01−1. | Mo. | 0,2−5. |
Установление жестких норм по загрязнению растений объясняется тем, что при выращивании их на загрязненных почвах содержание отдельных элементов может увеличиваться в десятки раз. В то же время некоторые химические элементы становятся токсичными при трехи даже двукратном увеличении их концентрации. Например, содержание меди в растениях обычно составляет примерно 5−10 мг/кг в расчете на сухую массу. При концентрации 20 мг/кг растения становятся токсичными для овец, а при 15 мг/кг — для ягнят [62].
В течение длительного периода времени проводятся исследования по определению ПДК химических элементов в почвах. В ряде стран они уже приняты. Чаще всего ПДК по кадмию составляет 3, ртути — 2, свинцу — 100 мг/кг [55]. Превышение указанных уровней содержания химических элементов в почвах отрицательно отражается на качестве сельскохозяйственных культур. В них снижается содержание витаминов, ухудшается биологическая полноценность белка. При выращивании растений на загрязненных ТМ грунтах происходят нарушения в обмене веществ отдельных органов, угнетается рост. По сведениям некоторых исследователей, продуктивность основных сельскохозяйственных культур при выращивании их на почвах, содержащих ТМ, снижается на 20−47%. Воздействию ТМ подвергаются и генетические структуры растений.
Всестороннее изучение последствий загрязнения почвы привело к заключению, что соблюдение принятых ПДК не может полностью исключить отрицательного влияния ТМ и ряда химических элементов на урожай сельскохозяйственных культур и его качество. Дело в том, что различные растения неодинаково реагируют на присутствие в почве загрязнителей. Так, фасоль в 10−15 раз чувствительнее кукурузы к кадмию [62]. По мнению некоторых исследователей, ПДК по кадмию должно составлять не 3 мг/кг, а значительно меньше. Это связано с тем, что безопасный уровень для картофеля составляет только 1,5, а зеленных — 0,5 мг/кг [63]. Корректировка пороговых концентраций необходима и тогда, когда в почве присутствует не один элемент-загрязнитель, а несколько. Так, если марганец и ванадий присутствуют в почве одновременно, то их ПДК уменьшается в два раза [64]. Такой же эффект наблюдается при загрязнении почвы ртутью и свинцом.
Приведенные примеры показывают, что эффективность земледелия, его возможности в условиях продолжающегося поступления в почвы различных химических элементов неизбежно будут снижаться. И одной из причин этого является ограничение при выборе культур, пригодных для выращивания на загрязненных почвах. Специфичность реакции растений затруднит составление севооборота. В него уже нельзя будет включать менее устойчивые к загрязнению культуры.
Одним из последствий применения минеральных удобрений является повышение радиоактивности окружающей среды. В окультуренных почвах Германии с начала применения фосфорных удобрений содержание урана и радия возросло, соответственно, на 9 и 6% [65]. Это является следствием содержания в фосфорных удобрениях радиоактивных элементов.
Увеличение содержания ТМ в почве отражается и на ее химических свойствах. Прежде всего подвергается изменению ферментативная активность. Например, при содержании в перегнойно-глееватых почвах 5 мг/кг кадмия наблюдается снижение активности дегидрогеназы и инвертазы, а при концентрации 7 мг/кг происходит полное подавление этих ферментов [66]. плодородие почва минеральный удобрение Помимо растений, отрицательное влияние ТМ, а также токсичных элементов, испытывает на себе и почвенная биота. При загрязнении почв хромом, цинком, никелем и свинцом на уровне одного-двух кларков уменьшается численность бактерий, сокращается видовой состав микроорганизмов, насекомых и дождевых червей. В то же время увеличивается количество грибов, то есть происходит нарушение структуры педоценоза [67, 68]. Особое беспокойство должно вызывать снижение азотфиксирующих свойств почвы, которое наблюдается при ее загрязнении различными химическими элементами.
Увеличение вдвое фонового содержания металлов в почве при интенсивном применении удобрений возможно за 80 и более лет [69, 70]. Но при этом необходимо помнить, что одновременно почва загрязняется целым комплексом элементов, присутствующих в удобрениях. Следовательно, опасный уровень загрязнения будет достигаться значительно быстрее.
Серьезную озабоченность вызывает загрязнение почв фтором. Он входит в состав суперфосфатов в количестве 1−5%. Ежегодное использование таких удобрений способствует повышению его содержания в почве на 5% [71], а при длительном применении фосфорных удобрений (в течение 15 лет и более) содержание фтора в слое почвы 0−30 см может увеличиться в 1,7−5 раз [72].
При накоплении фтора в почве его концентрация в растениях увеличивается в несколько раз и может достигать 77,6 мг/кг [73]. Это отрицательно отражается на продуктивности растений, приводит к загрязнению продукции растениеводства и увеличивает вероятность возникновения заболеваний у человека, а также сельскохозяйственных животных. При скармливании коровам кормов с содержанием фтора более 40 мг/кг они заболевают флюорозом, а концентрация этого элемента в молоке повышается более чем в два раза [74].
Японские ученые установили, что поступление фтора в организм человека с продуктами питания и водой к 1965 г., по сравнению с 1958 г., увеличилось в 2,7 раза. Усиливающееся загрязнение окружающей среды фтором даже дало основание правительству Швеции для запрещения его использования при дезинфекции воды [75].
Наряду с фтором в кальций-, гипсосодержащих и известковых мелиорантах обнаруживается относительно большое количество (1−2%) стабильного стронция. С обычной нормой фосфогипса в почву поступает от 100 до 400 мг/кг этого элемента [76]. Его опасность состоит в том, что в организме человека и сельскохозяйственных животных стронций вступает в конкурентные отношения с кальцием, замещая его в костных тканях. Избежать отрицательного влияния стронция можно только в том случае, если его содержание в продуктах питания и кормах будет в 140 раз меньше, чем кальция. Применение мелиорантов и удобрений, содержащих стронций, как правило, изменяет это соотношение. Так, в результате использования фосфогипса отношение Ca: Sr снизилось у овса со 105 до 68, проса — с 64 до 61, ячменя — с 67 до 61, донника — с 60 до 46 [77].
При прогнозировании загрязнения почвы и окружающей среды в целом следует учитывать и возможное поступление элементов, имеющих техногенное происхождение [78, 79, 80]. Вклад разных источников в загрязнение окружающей среды стран Европы отдельными тяжелыми металлами показали D.M.Pacyna и D.E.Hanssen [81]. Так, в общем выбросе кадмия доля цинко-кадмиевых плавильных заводов составляет 60%, медно-никелевых — 23%, от сжигания топлива и отходов — 10% и 3%, соответственно. Загрязнение свинцом происходит, главным образом, в результате сжигания бензина (60%) и производства цветных металлов (22%), производство железа, стали, ферросплавов вносит 11% общего выброса свинца. Цинком загрязняют выбросы цинко-кадмиевых плавильных заводов (60%), при производстве железа, стали и сплавов поступает 13% общего количества выбросов цинка, в результате сжигания отходов — 17% и древесины — 6%.
Основные источники загрязнения медью — медно-никелевые плавильные заводы (50%), сжигание топлива вносит 22%, производство железа, стали и ферросплавов -11%, сжигание древесины — также 11%.
Аэрозольное распространение ТМ от промышленных районов достигает 25 км. В ряде стран Западной Европы на 1 га пашни с удобрениями и аэрозольным путем ежегодно поступает около 10 г кадмия, в том числе 3−5 г с суперфосфатом, при валовом его содержании в слое почвы 0−15 см 0,2−2 кг/га [82, 83, 84]. Загрязнение почв соединениями тяжелых металлов в некоторых странах достигло такого уровня, что возникли трудности с использованием сельскохозяйственных угодий [85]. Подобная ситуация складывается вокруг крупных промышленных центров в России. На Среднем Урале почти все пахотные земли в округе Ревды, Первоуральска, Нижнего Тагила непригодны для получения диетической продукции. Сведения о поступлении металлов в почвы с атмосферными осадками в европейской части России приведены в таблице 5.
Таблица 5. Поступление металлов с жидкими атмосферными осадками в Тульской области, мг/м2 в год [86].
Элемент. | Район наблюдений. | |||
Тульские засеки. | г. Тула. | Усадьба Ясная Поляна. | Угледобываю-щий район. | |
Железо. | ||||
Медь. | ||||
Марганец. | 2,8. | |||
Цинк. | ||||
Кобальт. | 1,2. | 2,6. | 1,8. | |
Никель. | 4,2. | 15,4. | 8,4. | |
Хром. | 3,5. | 20,3. | 9,8. | 8,6. |
Свинец. | 1,4. | 24,5. | 8,4. | 7,7. |
Кадмий. | 0,1. | 2,1. | 1,8. |
Принимая во внимание опасность накопления в почве тяжелых, токсичных и радиоактивных элементов, производители удобрений в ФРГ в 1986 г. приняли решение о введении норм на содержание в них кадмия. Однако извлечение из сырья, используемого для производства фосфорных удобрений, только этого элемента не исключит загрязнения почв [83, 87]. Более радикальным шагом, хотя и не решающим все проблемы, следует считать предложение о необходимости снизить объемы применения фосфорных удобрений [88].
Таким образом, анализ приведенных данных свидетельствует о многостороннем влиянии минеральных удобрений и химмелиорантов на свойства почв.