Реферат: Скрытое отрицательное действие удобрений. Удобрения: влияние на растения, почву, человека Влияние минеральных удобрений на токсичность почвы

Удобрения пополняют запасы элементов питания в почве в доступной форме и снабжают ими растения. Вместе с этим они оказывают большое влияние на свойства почвы и тем самым влияют на урожай еще и косвенно. Повышая урожай растений и массу корней, удобрения усиливают положительное действие растений на почву, способствуют увеличению в ней гумуса, улучшению ее химических, водно-воздушных и биологических свойств. Большое непосредственное положительное действие на все эти свойства почвы оказывают органические удобрения (навоз, компосты, зеленое удобрение).
Кислые минеральные удобрения, если они систематически применяются без органических удобрений (а на кислых почвах без извести), могут оказывать отрицательное влияние на свойства почвы (табл. 123). Длительное применение их на кислых неизвесткованных почвах приводит к снижению насыщенности почвы основаниями, повышает содержание токсичных соединений алюминия и токсичных микроорганизмов, ухудшает водно-физические свойства почвы, увеличивает объемный вес (плотность), уменьшает порозность почвы, ее аэрацию и водопроницаемость. В результате ухудшения свойств почвы снижаются прибавки урожаев от удобрений, проявляется «скрыто отрицательное действие» кислых удобрений на урожай.

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.

Внесение в почву удобрений не только улучшает питание растений, но изменяет и условия существования почвенных микроорганизмов, которые также нуждаются в минеральных элементах. При благоприятных климатических условиях численность микроорганизмов и их активность после удобрения почвы значительно возрастают.

Стимуляциониый эффект минеральных удобрений на почвенную микрофлору, а в еще большей степени навоза весьма наглядно демонстрирует опыт, проведенный на дерново-подзолистой почве Сельскохозяйственной академии им. К.А. Тимирязева (Е.Н. Мишустии, Е.3. Теппер). Более 50 лет назад по инициативе Д.Н. Прянишникова был заложен стационарный длительный опыт по изучению влияния разных удобрений на почву. Для микробиологического исследования брались образцы со следующих делянок.

Бессменный пар: 1) неудобрявшаяся почва; 2) почва, ежегодно получавшая минеральное удобрение; 3) почва, ежегодно удобрявшаяся навозом.

Бессменная рожь: 1) неудобрявшаяся почва; 2) почва, ежегодно получавшая NРК; 3) почва, ежегодно удобрявшаяся навозом.

Семипольный севооборот с клевером: 1) неудобрявшаяся почва (пар); 2) почва, ежегодно удобрявшаяся навозом (пар).

В среднем почвы, удобрявшиеся минеральными удобрениями, за год получали на 1 га 32 кг азота, 32 кг фосфора (Р 2 0 5) и 45 кг калия (К 2 0). Навоз вносили в количестве 20 т на 1 га ежегодно.

Таблица 1

Внесенные удобрения		Общее число микроорганизмов, тыс на 1 га	Число актиномицетов, тыс на 1 г	Актиномицеты, %	Общее число грибов, (тыс на 1 га)
Бессменный пар неудобренный NPK Бессменная рожь Неудобренная 7 - Польный севооборот Неудобренный пар Навоз,пар

Как следует из данных табл.1, почвы, длительное время бывшие под паром, сильно обеднились микроорганизмами, так как в них не поступали свежие растительные остатки. Выше всего численность микроорганизмов была в почве, находившейся под бессменной рожью, куда поступали в значительных количествах растительные остатки.

Внесение минеральных удобрений в почву, находившуюся все время в состоянии пара, заметно увеличило общую биогенность. Существенного влияния на численность микронаселения почвы под бессменной рожью применение минеральных удобрений не оказало.

В большинстве случаев минеральные удобрения несколько снизили относительную численность актиномицетов и увеличили содержание грибов. Это явилось результатом некоторого подкисления почвы, которое отрицательно влияет на первую группу почвенного микронаселения и усиливает размножение второй. Навоз во всех случаях резко стимулировал размножение микроорганизмов, так как с навозом в почву вносится богатый комплекс минеральных и органических веществ»

Различия, имевшиеся в системе удобрений, резко сказались на свойствах почвы и ее урожайности. Почва, находившаяся 50 лет в парующем состоянии, потеряла около половины запаса перегноя. Внесение минеральных удобрений существенно уменьшило эту потерю. Удобрения стимулировали образование микробами перегноя.

Средний урожай за период опыта приводится в табл. 2, составленной на основании данных В. Е. Егорова.

Таблица 2

Влияние разных удобрений, внесенных в дерново-подзолистую почву, на урожай сельскохозяйственных культур (в ц/га)

В севообороте урожаи были значительно выше, чем при бессменных культурах. Во всех случаях, однако, удобрения существенно повышали урожай. Более эффективным было полное органическое удобрение, т. е. навоз.

Минеральные удобрения обычно обладают «Физиологической» кислотностью. При использовании их растениями накапливаются кислоты, подкисляющие почву. Перегноя и илистые фракции почвы могут нейтрализовать кислые вещества. В таких случаях говорят о «буферных» свойствах почвы. В разобранном нами примере почва обладала хорошо выраженными буферными свойствами и длительное применение удобрений не привело к существенному снижению величины рН. В результате деятельность микроорганизмов не была угнетена. Не отмечалось и вредного последействия удобрений на растения.

В легких песчаных почвах буферность слабо выражена. Длительное применение на них минеральных удобрений может привести к сильному подкислению, в результате которого в раствор переходят токсические соединения алюминия. Вследствие этого биологические процессы в почве подавляются, а урожайность падает.

Подобное неблагоприятное действие минеральных удобрений наблюдалось на легких супесчаных почвах Соликамской сельскохозяйственной станции (Е. Н. Мишустин и В. Н. Прокошев). Для опыта был взят трехпольный севооборот со следующим чередованием культур: картофель, брюква, яровая пшеница. В почву ежегодно вносили N и Р 2 0 5 по 90 кг/га, а К 2 0 -- 120 кг/га. Навоз давали два раза в три года по 20 т/га. Известь вносили из расчета на полную гидролитическую кислотность -- 4,8 т/га. Перед микробиологическим исследованием почвы прошли четыре ротации. В табл. 3 даются материалы, характеризующие состояние отдельных групп микроорганизмов в исследованных почвах.

Таблица 3

Влияние разных удобрений на микрофлору подзолистой песчаной почвы Соликамской сельскохозяйственной станции

Из данных таблицы следует вывод, что применение NРК в течение ряда лет существенно снизило численность микроорганизмов в почве. Не пострадали лишь грибы. Это произошло вследствие значительного подкисления почвы. Внесение извести, навоза и их смесей стабилизовало почвенную кислотность и благоприятно сказалось на микронаселении почвы. Заметно изменился состав целлюлозных микроорганизмов в связи с удобрением почвы. На более кислых почвах преобладали грибы. Все типы удобрений способствовали размножению миксобактерий. Внесение навоза усилило размножение Суtорhаgа.

Интересны данные, иллюстрирующие величины урожая сельскохозяйственных культур на различно удобрявшихся почвах Соликамской сельскохозяйственной станции (табл. 4).

Таблица 4

Влияние удобрений, внесенных в песчаную почву, на урожай сельскохозяйственных культур (в ц/га)

Цифры таблицы показывают, что минеральные удобрения постепенно снижали урожай, причем пшеница начала страдать раньше, чем картофель. Навоз оказал положительное влияние. В общем микробное население реагировало на изменение почвенного фона примерно так же, как и растительность.

На нейтральных буферных почвах минеральные удобрения даже при длительном их применении положительно действуют на почвенную микрофлору и растения. В табл. 5 приводятся результаты опыта, в котором черноземные почвы Воронежской области удобрялись разными минеральными туками. Азот вносили из расчета 20 кг/га, Р 2 0 5 --60 кг/га, К 2 О -- 30 кг/га. Развитие почвенного микронаселения усилилось. Однако высокие дозы удобрений, используемые длительное время, тоже могут снизить рН и подавить рост микрофлоры и раcтений. Поэтому при интенсивной химизации следует учитывать физиологическую кислотность удобрений. Вокруг кусочков минеральных или органических удобрений в почве создаются радиальные микрозоны, содержащие различную концентрацию питательных веществ и имеющие различное значение рН.

Таблица 5

Влияние минеральных удобрений на численность микрофлоры черноземной почвы (в тыс/г)

В каждой из подобных зон развивается своеобразная группировка микроорганизмов, характер которого определяется составом удобрений, их растворимостью и т. д. Таким образом, было бы ошибочно думать, что удобренные почвы во всех точках имеют однотипную микрофлору. Микрозональность, впрочем, свойственна и неудобренной почве, о чем упоминалось ранее.

Усиление размножения микроорганизмов в удобренных почвах сказывается на активизации процессов, протекающих в почве. Так, заметно усиливается выделение почвой С0 2 («дыхание» почвы), что является следствием более энергичного разрушения органических соединений и перегноя. Понятно, почему в удобренных почвах растения наряду с внесенными элементами используют большие количества питательных веществ из почвенных запасов. Особенно наглядно это проявляется в отношении азотных соединений почвы. Опыты с минеральными азотными удобрениями, меченными N 15 , показали, что размер мобилизации азота почвы под их влиянием зависит от типа почвы, а также дозировок и форм использованных соединений.

Усилившаяся деятельность микроорганизмов в удобренных почвах одновременно приводит к биологическому закреплению части внесенных минеральных элементов. Некоторая часть минеральных азотсодержащих веществ, например соединения аммония, может закрепляться в почве и в силу физико-химических и химических процессов. В условиях вегетационного опыта в почве связывается до 10--30% дисперсно внесенных азотных удобрений, а в полевых условиях -- до 30--40% (А.М. Смирнов). После отмирания микроорганизмов азот их плазмы частично минерализуется, но частично переходит в форму перегнойных соединений. До 10% закрепленного в почве азота может быть использовано растениями в следующем году. Примерно в таком же темпе освобождается остальной азот.

Особенности микробиологической активности в разных почвах влияют на превращение азотных удобрений. На них существенно влияет техника внесения минеральных туков. Гранулирование, например, уменьшает контакт удобрений с почвой, а следовательно, и микроорганизмами. Это существенно повышает коэффициент использования удобрений. Все сказанное в значительной мере относится и к фосфорным удобрениям. Поэтому делается понятным значение учета микробиологической деятельности почвы при разработке вопросов рационального использования удобрений. Биологическое закрепление калия в почве происходит в относительно небольших количествах.

Если азотные удобрения наряду с другими минеральными соединениями активизируют деятельность сапрофитной микрофлоры, то фосфорные, а также калийные соединения усиливают активность свободноживущих и симбиотических азотофиксаторов.

Природные органические удобрения различным образом воздействуют на почву: животные - оказывают большее влияние на ее химический состав, а растительные - на физические качества почвы. Однако большинство органических удобрений положительно влияют и на водно-физические, и на тепловые, и на химические свойства почвы, а также на биологическую активность. К тому же всегда есть возможность комбинировать несколько видов органических удобрений, сочетая их положительные свойства (Кружилин, 2002). Органические удобрения служат важнейшим источником питательных веществ для растений (Попов, Хохлов и др., 1988).

В условиях интенсивной химизации большое значение имеет решение вопросов регулирования физических свойств почв, так как усвоение питательных веществ растениями тесно связано с водным, воздушным и тепловым режимами почв, которые в свою очередь зависят от характера почвенной структуры (Ревут, 1964). Создание водопрочных структурных агрегатов в большей степени имеет отношение к содержанию и качественному составу гумусовых веществ. Поэтому возможность воздействия на водопрочность макроагрегатов почвы при систематическом внесении навоза и других органических удобрений представляет большой интерес для специалистов. Согласно имеющимся в литературе сведениям, органические удобрения играют основную роль в улучшении этих свойств почвы (Кудзин, Сухобрус, 1966).

Органические удобрения стабилизируют температуру почвы, значительно снижают потери почвы от эрозии и поверхностного стока в случае внесения навоза на поверхность почвы на 26%,а при запашке - на 10%.

С увеличением доз бесподстилочного навоза норма инфильтрации убывает, образовавшийся замедляющий инфильтрационный слой уменьшает общий объем крупных пор, а мелких увеличивает, в системе пор происходит отложение илистых частиц (Покудин, 1978).

Практически все органические удобрения являются полными, так как содержат азот, фосфор, калий, а также множество микроэлементов, витаминов и гормонов в доступной для растений форме. В связи с этим наибольшее применение они находят на почвах с низким потенциальным плодородием, таких как подзолистые и дерново-подзолистые почвы (Смеян, 1963).

Таким образом, установлено, что внесение навоза улучшает сложение почв, повышает водопрочность структурных агрегатов не только в слое 20 см, но и на большой глубине. Систематическое применение навоза улучшает водно-физические свойства почвы. Способность органических удобрений повышать емкость поглощения, влагоемкость и другие физико-химические свойства прямо связана с содержанием в них органического вещества. Поэтому в наибольшей степени улучшает физико-химические свойства бесподстилочный навоз (Небольсин, 1997).

Все минеральные удобрения в зависимости от содержания главных питательных веществ подразделяются на фосфорные, азотные и калийные. Кроме того, производятся сложные минеральные удобрения, содержащие комплекс питательных веществ. Исходным сырьем для получения наиболее распространенных минеральных удобрений (суперфосфат, селитра, сильвинит, азотнотуковые и др.) служат природные (апатиты и фосфориты), калийные соли, минеральные кислоты, аммиак, и др. Технологические процессы получения минеральных удобрений разнообразны, чаще используют способ разложения фосфор-содержащего сырья минеральными кислотами.

Основными при производстве минеральных удобрений являются высокая запыленность воздуха и загрязнение его газами. Пыль и газы содержат и его соединения, фосфорную кислоту, соли азотной кислоты и другие химические соединения, являющиеся промышленными ядами (см. Яды промышленные).

Из всех веществ, входящих в состав минеральных удобрений, наиболее токсичными являются соединения фтора (см.), (см.) и азота (см.). Вдыхание пыли, содержащей минеральные удобрения, приводит к развитию катаров верхних дыхательных путей, ларингитов, бронхитов, (см.). При длительном контакте с пылью минеральных удобрений возможны хронические интоксикации организма, преимущественно в результате влияния фтора и его соединений (см. ). Группа азотных и сложных минеральных удобрений может оказывать вредное влияние на организм в связи с метгемоглобинообразованием (см. Метгемоглобинемия). Мероприятия по профилактике и улучшению условий труда в производстве минеральных удобрений заключаются в герметизации пыльных процессов, устройстве рациональной системы вентиляции (общей и местной), механизации и автоматизации наиболее трудоемких этапов производства.

Большое гигиеническое значение имеют меры личной профилактики. Все работающие на предприятиях по производству минеральных удобрений должны обеспечиваться спецодеждой. При работах, сопровождающихся большим выделением пыли, используются комбинезоны (ГОСТ 6027-61 и ГОСТ 6811 - 61). Обязательным является обеспыливание и обезвреживание спецодежды.

Важным мероприятием является использование противопылевых респираторов («Лепесток», У-2К и др.) и защитных очков. Для предохранения кожных покровов следует использовать защитные мази, (ИЭР-2, Чумакова, Селисского и др.) и индифферентные кремы и мази (силиконовый крем, ланолин, вазелин и др.). Меры личной профилактики включают также ежедневное мытье в душе, тщательное мытье рук и перед едой.

Работающие в производстве минеральных удобрений должны не реже двух раз в год проходить с участием терапевта, невропатолога, отоларинголога и обязательное рентгенологическое обследование костной системы.

Минеральные удобрения - химические вещества, вносимые в почву с целью получения высоких и устойчивых урожаев. В зависимости от содержания главных питательных веществ (азот, фосфор и калий) подразделяются на азотные, фосфорные и калийные удобрения.

Сырьем для получения минеральных удобрений служат фосфаты (апатиты и фосфориты), калийные соли, минеральные кислоты (серная, азотная, фосфорная), окислы азота, аммиак и т. п. Основной вредностью как при производстве, так и при транспортировке и применении минеральных удобрений в сельском хозяйстве является пыль. Характер воздействия этой пыли на организм, степень ее опасности зависят от химического состава удобрений и их агрегатного состояния. Работа с жидкими минеральными удобрениями (жидкий аммиак, аммиачная вода, аммиакаты и др.) связана, кроме того, с выделением вредных газов.

Токсическое действие пыли фосфатного сырья и готового продукта зависит от вида минеральных удобрений и определяется входящими в их состав соединениями фтора (см.) в виде солей фтористоводородной и кремнефтористо-водородной кислот, соединениями фосфора (см.) в виде нейтральных солей фосфорной кислоты, соединениями азота (см.) в виде солей азотной и азотистой кислот, соединениями кремния (см.) в виде двуокиси кремния в связанном состоянии. Наибольшую опасность представляют соединения фтора, которых в разных видах фосфатного сырья и минеральных удобрений содержится от 1,5 до 3,2%. Воздействие пыли фосфатного сырья и минеральных удобрений может вызывать у работающих катары верхних дыхательных путей, риниты, ларингиты, бронхиты, пневмокониозы и др., обусловливаемые главным образом раздражающим действием пыли. Местное раздражающее действие пыли зависит преимущественно от наличия в ней солей щелочных металлов. При длительном контакте с пылью минеральных удобрений возможны хронические интоксикации организма, преимущественно от воздействия соединений фтора (см. Флюороз). Наряду с флюорозогенным действием группа азотных и сложных минеральных удобрений обладает и метгемоглобинобразующим эффектом (см. Метгемоглобинемия), который обусловлен наличием в их составе солей азотной и азотистой кислот.

При производстве, транспортировке и применении минеральных удобрений в сельском хозяйстве необходимо соблюдать меры предосторожности. В производстве минеральных удобрений осуществляют систему противопылевых мероприятий: а) герметизацию и аспирацию пылящего оборудования; б) беспылевую уборку помещений; в) очистку от пыли воздуха, извлекаемого механической вентиляцией, перед выбросом его в атмосферу. Промышленность производит минеральные удобрения в гранулированном виде, в контейнерах, мешках и др. Это также препятствует интенсивному пылеобразованию при применении удобрений. Для защиты органов дыхания от пыли применяют респираторы (см.), спецодежду (см. Одежда, Очки). Целесообразно применение защитных мазей, наст (Селисского, ИЭР-2, Чумакова и др.) и индифферентных кремов (ланолин, вазелин и др.), предохраняющих кожные покровы работающих. Во время работы рекомендуется не курить, перед приемом пищи и воды следует тщательно прополаскивать рот. После работы необходимо принять душ. В пищевом рационе должно быть достаточно витаминов.

Работающие должны не реже двух раз в год проходить медосмотр с обязательной рентгенографией костной системы и грудной клетки.

В настоящее время удобрения рассматриваются как неотъемлемая часть системы земледелия, как одно из главных средств, стабилизирующее урожайность в условиях засухи. Объемы применения удобрений непрерывно растут и очень важно применять их эффективно и рационально.

Органические удобрения содержат питательные вещества, главным образом в составе органических соединений, и являются обычно продуктами естественного происхождения (навоз, торф, солома, фекалии и др.). В отдельную группу выделяют бактериальные удобрения, которые содержат культуры микроорганизмов, способствующих при их внесении в почву накоплению в ней усвояемых форм питательных элементов. (Ягодин Б. А., Агрохимия, 2002)

Органические удобрения, особенно навоз, оказывают хорошее и устойчивое действие на всех почвах, особенно на солонцеватых и солонцовых почвах. При систематическом внесении навоза повышается плодородие почвы; кроме того, тяжелые глинистые почвы становятся рыхлыми и водопроницаемыми, а легкие (песчаные) - более связанными, влагоемкими. Большой эффект дает сочетание минеральных удобрений с органическими.

Минеральные удобрения -- это промышленные или ископаемые продукты, содержащие элементы, необходимые для питания растений и повышения плодородия почв. Их получают из минеральных веществ путем химической или механической переработки. Это главным образом минеральные соли, однако к ним относятся и некоторые органические вещества, например, мочевина. (Ягодин Б. А., Агрохимия, 2002)

Основу эффективности минеральных удобрений составляют дифференцированные с учетом почвенно-климатических и других факторов и рассчитанные в зависимости от них дозы для их внесения.

Азотные удобрения резко увеличивают рост и развитие растений. При внесении этих удобрений на лугах листья и стебли растений развиваются сильнее, становятся более мощными, благодаря чему значительно повышается урожай. Особенно это относится к злаковым растениям.

Фосфорные удобрения сокращают период вегетации трав, способствуют быстрому развитию корневой системы и более глубокому проникновению ее в почву, делают растения более засухоустойчивыми, что особенно ценно для лиманных лугов.

С повышением плодородия дозы удобрений снижаются, что позволяет перейти на систему удобрений в звеньях севооборотов с широким использованием рядкового фосфорного удобрения.

Калийные удобрения более сильное действие оказывают на низинных болотных и суходольных лугах с временно избыточным увлажнением. Способствуют накоплению углеводов, а, следовательно, и повышению зимостойкости многолетних кормовых трав. Вносят калийные удобрения весной или после укоса, а также осенью.

Микроудобрения следует применять дифференцированно с учетом почвенных условий и биологических особенностей растений.

При внесении микроудобрений в почву уделяется большое внимание тому, чтобы они как можно меньше вымывались и более длительное время оставались в доступной для растений формах. Так, применение сложных гранулированных удобрений уменьшает соприкосновение с почвой входящих в гранулы микроэлементов. При таком способе внесения микроэлементы меньше переходят в неусвояемые формы.

При квалифицированном применении удобрений повышаются плодородие почв, продуктивность земледелия, основные фонды и фондоотдача, производительность труда и его оплата, чистый доход и рентабельность производства.

В настоящее время наблюдается экологический кризис. Это реально существующий процесс, вызванный в природе антропогенной деятельностью. Появляется множество местных проблем; региональные проблемы превращаются в глобальные. Постоянно усиливается загрязнение воздуха, воды, земель, продуктов питания.

В результате антропогенного воздействия, в почве происхо-дит накопление тяжелых металлов, что отрицательно сказывается на сельскохозяйственных культурах, изменяются ее состав, концентрация, реакция и буферность почвенного раствора.