Забруднення оточуючого середовища компонентами мінерального живлення рослин

 

Основними джерелами нітратного забруднення, під яким звичайно розуміють забруднення власне нітратами, нітритами і N-нітрозоамінами, є високі дози азотних мінеральних і органічних добрив, а також пестициди при систематичному насиченні ними посівів. Потрапляння в грунт стоку тваринницьких комплексів ускладнює цю проблему.

Як відомо, транспортні втрати мінеральних добрив на шляху від заводу до поля становлять 10 — 12 %, що сприяє постійному забрудненню навколишнього середовища. Перевезення їх у тарі може докорінно поліпшити становище. Так, середні розміри втрат затареного суперфосфату в 2,5 раза менші, ніж незатареного [13].

Застосування мінеральних добрив у незбалансованому за основними елементами живлення співвідношенні також є однією з причин забруднення продукції. Для умов України оптимальним для всіх сільськогосподарських культур вважається співвідношення N: Р₂О₅: К₂О = 1: 0,9: 0,8. По фондах мінеральних добрив, виділених сільському господарству в Україні у 1986 p., фактичне співвідношення становило 1: 0,56: 0,6, у 1988-му— 1: 0,61: 0,67, тобто відбувається поступове наближення його до оптимального. Проте й при оптимальному співвідношенні внесення підвищених і високих доз мінеральних добрив, насамперед азотних, може бути причиною екологічного забруднення. Це підтверджується численними експериментальними даними, які свідчать про те, що коефіцієнти використання фосфорних і калійних добрив різними сільськогосподарськими культурами варіюють у межах 15 — 25 і 50 — 70%, азотних — 50 — 60%. Установлено також, що в ґрунті закріплюється 20 — 40% азоту, вимивається у вигляді нітратів з кореневмісного шару — до 10 %, а виділяється у вигляді газоподібних сполук (N₂, NO, NO₂) – 20 - 40%.

Невикористані сільськогосподарськими культурами поживні речовини за певних умов є джерелом антропогенного забруднення [13].

Екологічне забруднення значною мірою пов'язане з ущільненням ґрунту, яке відбулося в результаті впровадження в сільськогосподарське виробництво енергомістких тракторів, що призвело до зниження врожайності зернових культур у середньому на 20 % і марному (до 40 %) витрачанню добрив.

Негативні екологічні наслідки можуть спричиняти не лише азотні, але й фосфорні добрива. Так, нагромадження фтору в ґрунті, яке належить до явищ небажаних, пов'язують із внесенням фосфорних добрив. Зокрема, з однією тонною суперфосфату в грунт потрапляє до 15 кг фтору, а з тонною амофосу — до 50 кг. При цьому в ґрунті залишається до 95 % фтору, що внесено з добривами, а вміст цього елемента в дерново-підзолистих ґрунтах підвищується на 5 % за рік.

Відмічено нагромадження фтору в чорноземах і в рослинах при систематичному застосуванні суперфосфату, в якому фтор міститься в розчинній формі й легко засвоюється рослинами.

За даними Б. А. Ягодіна [1], надходження фтору в грунт при сучасному світовому виробництві фосфорних добрив (300 млн. т Р₂О₅ за рік) може становити 2 — 3 млн.т. Підвищення концентрації фтору порушує структуру асиміляційного апарата, що призводить до гальмування процесів фотосинтезу, дихання й росту сільськогосподарських рослин, негативно впливає на їхню продуктивність [16].

Забруднення рослинної продукції фтором відбувається при вмісті водорозчинного фтору в чорноземі на рівні 12,5 мг на 1 кг ґрунту. Очевидно, цей рівень його вмісту необхідно вважати гранично допустимою концентрацією цього елемента, яка на малобуферних ґрунтах, вірогідно, буде нижчою.

Екологічні наслідки застосування фосфорних добрив пов'язані із збільшенням надходження фосфору у водні об'єкти, який викликає поряд з іншими поживними елементами посилене розкладання планктону, заболочення водойм і загибель водних організмів через дефіцит розчинного у воді кисню. За розрахунками В. М. Кудеярова та інших (1984), щорічно з 1 га орних земель вимивається до 100 кг азоту, 5 кг Р₂О₅ і 60 кг К₂О (при змиванні з поверхні ґрунту міліметрового шару втрачається від 14 до 34кг/га Р₂О₅).

Всі ці факти свідчать про те, що необхідний суворо науковий підхід до застосування не лише азотних, але й фосфорних добрив, що містять фтор, надлишок якого супроводжується флюорозом зубів, хребта, пригніченням фосфорно-кальцієвого і ферментного обміну в організмі теплокровних [10].

Особливої обережності слід дотримуватись при фосфоритуванні кислих ґрунтів високими дозами фосфоритного борошна (1—2 т/га), в якому, крім токсичного фтору, міститься ряд важких металів (кадмій, стронцій, ванадій та ін.). Вихід полягає в переході до застосування знефторених фосфорних добрив. Необхідно також враховувати, що токсичність фосфору для людини залежить від співвідношення СаО: Р₂О₅. Нешкідливим вважається співвідношення 1: 1 і 1: 1,5 (надлишок фосфору може викликати різні захворювання).

Калійні мінеральні добрива небезпечні насамперед вмістом хлору, який погіршує якість урожаю (картоплі, овочів, винограду, тютюну, цитрусових і прядивних культур). Підвищений вміст калію в кормових травах може призвести до отруєння тварин, а застосування високих доз калійних добрив — до забруднення водойм.

За достатнього зволоження втрати калію з фільтраційними водами становлять 10 — 20 кг/га. При підвищеній концентрації калію в ґрунтовому розчині порушується співвідношення Са: К, Mg: К, Що може призвести до витіснення з грунтовбирного комплексу двовалентних катіонів і проникнення їх вглиб по профілю, втрат кальцію з дренажними водами, розмір яких може досягти 1 т/га. Цей процес значно посилюється під впливом високих доз кислих добрив [13].

Щодо мікроелементів, то, як відомо, вони особливо ефективні за інтенсивної хімізації. Проте слід зазначити, що деякі з них — мідь, цинк, бор і молібден — належать до елементів, які потенційно забруднюють грунт, а для марганцю навіть установлена гранично допустима концентрація в ґрунті.

Основними джерелами виділення пилу в повітря робочої зони при нинішніх технологічних схемах навантажувально-розвантажувальних робіт з мінеральними добривами:

- місця висипу (трюми суден, залізничні вагони, склади) мінеральних добрив із перевантажувального комплексу (грейдери, вагоноперекидачі, стрічкові конвеєри, пересипні станції);

- місця завантаження та вивантаження дорожньо-транспортних засобів при використанні всіх видів перевантажувального устаткування;

- викид запиленого повітря через очисні фільтри циклонів-завантажувачів при перевантаженні мінеральних добрив пневмотранспортом;

- здування пилу з конвеєрної стрічки транспортера, вибивання пилу з-під укриттів на пересипних станціях та у перевантажувальних наземних, морських та річкових комплексах.

Концентрація пилу, парів та газоподібних речовин в повітрі робочої зони залежить від виду робіт, рівня механізації виробничого процесу, агрегатного стану добрив та повноті дотримання санітарних норм. Так, при розвантаженні гранульованих мінеральних добрив із вагонів загального призначення концентрації їх пилу у вагоні визначались в межах від 280 до 390 мг/м3, при розвантаженні порошковидних — від 2500 до 4600 мг/м3. При розвантаженні вагона типу "Хопер", загруженого гранульованими мінеральними добривами, концентрації пилу коливались від 41,0 мг/м3 до 235 мг/м3. При цьому концентрації пилу мінеральних добрив у складських приміщеннях становили: 23,0–58,0 мг/м3 при розвантаженні гранульованих добрив і 85,0–370,0 мг/м3 при розвантаженні пиловидних.

Під час відпуску гранульованих та пиловидних мінеральних добрив зі складу при погрузці в автомобілі за допомогою навантажувача багато ковшового та навантажувача фронтально-перекидного ПБ-35 концентрації пилу становили 49,0–70,0 мг/м³ та 93,0–700,0 мг/м³, відповідно. Під час навантаження гранульованого суперфосфату вручну (лопатами) концентрація пилу становить 140–856 мг/м³ повітря. При немеханізованому проведенні робіт, пов'язаних з підготовкою гранульованих мінеральних добрив до внесення (подрібнення, просівання, приготування тукосумішей), у повітрі робочої зони міститься від 208 до 960 мг/м³ пилу [15].

Подрібнення нітроамофоски супроводжується пилоутворенням в кількості 426,2±84,6 мг/м³, затарення в мішки — 51,88±13,30 мг/м³. Концентрації фосфорного та сірчаного ангідридів визначались в концентраціях 2,62±0,14 та 8,33 мг/м³, відповідно, окисли азоту і аміак значно нижче гранично допустимих концентрацій.

Під час підготовки тукосуміші простих мінеральних добрив в польових умовах (на площадці прицепа) вміст пилу мінеральних добрив в повітрі робочої зони коливається від 4,0 до 12 мг/м³.

При частковій механізації внутрішньоскладських робіт (подріблення залежаних добрив), використанні подрібнювача ИСУ-4 та стрічкового транспортера пилоутворення зменшується. Концентрація пилу в повітрі робочої зони складає 13,1±3,5 мг/м³.

Під час застосування аміачної води при її транспортуванні та внесенні в грунт за допомогою культиватора КРН-4,2Г аміак в повітрі робочої зони механізаторів не визначався. При заповненні аміачною водою транспортного агрегату ЗЖВ-1,8 аміак визначався в концентраціях 2,86±0,64 мг/м³. При внесенні аміачної води в грунт за допомогою агрегата ГАН-8 концентрації аміаку в повітрі робочої зони механізаторів коливались в межах 0,3–12,0 мг/м³, а під час заправки агрегата без використання закритої системи трубопроводів та "газової обв'язки" кількість аміаку досягала 280 мг/м³.

При застосуванні мінеральних добрив, а також при догляді за рослинами пиловий фактор є одним із провідних. Гігієнічна значимість даного фактору в значній мірі залежить від мінеральної частини пилу. Кількісні параметри пилового фактору та склад мінеральної частини пилу находяться в залежності від типу, структури і вологості грунту, а також від асортименту та обсягів внесення агрохімікатів. Вміст пилу в повітрі робочої зони механізаторів залежить від виду робіт і може бути поділений на 3 групи. Роботи із вмістом пилу в повітрі робочої зони в концентраціях на рівні сотень і тисяч мг/м3 (вантажно-розвантажувальні роботи з порошковидними мінеральними добривами, передпосівна культивація та сівба озимих, збирання зернових та гороху комбайном з подрібненням та ін.), із вмістом пилу в повітрі робочої зони від декілька десятків до сотень мг/м3 (сівба технічних культур, підготовка до внесення та вантажно-розвантажувальні роботи з сипкими мінеральними добривами, міжрядна обробка, осіння оранка та інше) та роботи із концентраціями пилу десятки мг/м³ (транспортні роботи, внесення мінеральних добрив, весняна оранка) [15].

Ґрунтовий пил площ, на яких вносились мінеральні добрива, в порівнянні з нативними містить в 1,8–2,5 рази більше елементів фосфору, калію, азоту, а також більш високий вміст ртуті, свинцю, кадмію, марганцю. Пил чорноземного грунту, на відміну від інших, акумулює більшу кількість елементів, які входять до складу добрив: кальцію, магнію, фосфору, азоту та меншу кількість важких металів. В пилі інших типів грунту в порівнянні з чорноземом концентрація нікелю більша в 6–12 разів, ртуті в 3–5 разів, кадмію і свинцю в 2–3 рази. Мінеральна частина ґрунтового пилу містить також сполуки кремнію, алюміній, титан, магній, залізо, мідь, цинк, марганець. Вміст в пилі шкідливих домішок мінеральних добрив (важких металів, миш'яку, фтору тощо) та продуктів їх трансформації залежить, в першу чергу, від типу грунту та асортименту і обсягів внесення мінеральних добрив. Концентрації важких металів (Cu, Zn, Ni, Pb, Cd, Mn), які надходять в повітря робочої зони разом з пилом різних типів грунтів за сумою зазначених елементів складає: дернево-підзолистий — 2,65; темно-сірий — 3,67; чорноземний — 0,81; сірозем темний — 3,43; сірозем світлий — 3,03; темно-каштановий — 1,30 мг/м3•10^-2.