Характеристика отходов производства, отходы производств удобрений

Калий

Потери калия более значительны, чем фосфора. В Нечерноземной зоне РСФСР вымывание калия составляет 5-10 кг/га пашни и более в зависимости от вида культуры, гранулометрического состава почвы, количества атмосферных осадков и т.д. Повышение коэффициента использования калия и уменьшение потерь достигается за счет комплекса современных мер (оптимальное сочетание со всеми питательными элементами, уплотненные посевы промежуточных культур, дифференцированные почвозащитные системы обработки почвы, химическая мелиорация почв, орошение и осушение и др.)

 

 

Интенсивное применение минеральных удобрений усиливает миграцию и потери кальция, магния, серы и других биогенных элементов. В табл. ?? приведены обобщенные данные по количеству вымываемых питательных элементов в Нечерноземной зоне России в зависимости от гранулометрического состава почвы.

Таблица

Среднее вымывание элементов удобрений в Нечерноземной зоне России атмосферными осадками при внесении в почву N60P60K60, кг/га пашни (по Минееву)

Элемент	Суглинистые почвы	Супесчаные почвы
Азот	1-6	14-18
Калий	7	10-12
Кальций	50	70-120
Магний	3-7	10-15
Сера	14	25

Эрозия почвы

Большой ущерб в условиях интенсивного земледелия наносит эрозия почвы. Она приобретает глобальный характер и требует коллективных усилий всех стран, как и при решении других проблем охраны окружающей среды. Только овраги ежегодно «съедают» 100-200 га земли, а площадь, выводимая из аграрного использования, в 3-4 раза превышает площадь оврага. В результате эрозии почвы теряется 20% продукции растениеводства, а общая сумма ущерба составляет примерно 10-11 млрд. рублей в год (в ценах 1980-х гг.). Степень развития эрозии почвы и размера ущерба от нее зависят от многих факторов: рельефа местности, вида культуры, гранулометрического состава почвы, интенсивности орошения или выпадающих атмосферных осадков, уровня удобренности полей, системы обработки почвы и др.. Потери массы почвы и органического вещества за счет водной эрозии в зависимости от степени эродированности почв могут достигать десятков тонн массы плодородного горизонта почвы и тонн гумуса с гектара в год.

За счет водной эрозии пахотных почв потери органического вещества могут значительно превышать то количество, которое минерализуется при распашке и которое может быть восстановлено запашкой растительных остатков и органических удобрений. Потери отдельных питательных элементов от эрозии почвы бывают разными в зависимости от характера использования аграрных угодий, крутизны склона, интенсивности орошения и т.д. По обобщенным данным научных учреждений России, недобор урожая на слабосмытых почвах составляет 10-12%, на среднесмытых – 30-50, а на сильносмытых- 60-80%.

Среди комплекса важнейших противоэрозионных мероприятий мощным агротехническим средством повышения противоэрозионной устойчивости почв является применение органических и минеральных удобрений. Растения на удобренной почве развивают более мощную корневую систему, улучшают физические свойства почв, что способствует защите почв от эрозии (табл.   ). Правильный выбор форм, доз, сроков и способов внесения и заделки удобрений является важным средством предотвращения потерь питательных веществ при смыве и выщелачивании из почвы.

Таблица

Изменение эрозионных потерь почвенной массы и питательных веществ под влиянием минеральных удобрений  (кг/га)

Компоненты почвы	Неудобренный вариант	N60P60K60
Почвенная масса	4700	3500
Гумус	260	198
Азот	17,1	12,0
Фосфор	14,5	10,8
Калий	93	69

 

Анализ причин появления эрозии почвы показывает, что это не неизбежное явление, а вызывается оно в значительной мере нарушением научных принципов и законов земледелия, научно обоснованного комплекса приемов агрономической технологии. Анализ отечественных и зарубежных исследований и практической деятельности передовых хозяйств позволяет рекомендовать следующий комплекс основных агрономических мероприятий по предотвращению эрозии почвы и потерь питательных веществ.

1. Разработка и освоение  научно обоснованных специализированных  с учетом степени эрозионной  опасности почвозащитных севооборотов;

2. Система противоэрозионной обработки почвы: безотвальная, плоскорезная, минимальная, полосная, контурная, гребнистая, ячеистая, чизелевание, щелевание почвы и т.д.;

3. Внедрение контурного, террасного, плосного земледелия и комплекса противоэрозионных, мелиоративных мероприятий.

4. Использование пожнивных  посевов, а также уплотненный  посев почвозащитной культуры  в междурядье основной (пропашной). Этот прием особенно эффективен  на легких почвах.

5. Залужение посевами многолетних трав участков, сильно подверженных эрозии.

6. Правильный выбор форм, доз, сроков и способов внесения  минеральных и органических удобрений  – важное средство предотвращения  потерь питательных веществ при смыве и выщелачивании из почвы.

7. Применение полимеров  – структурообразователей.

 

 

Значительное количество биогенных элементов теряется в окружающую среду вследствие несовершенства свойств и химического состава удобрений и различных удобрительных средств. Например, потери азота мочевины, аммиачных форм удобрений в виде газообразного аммиака (NH3) происходит под влиянием химических и микробиологических процессов, особенно при поверхностном их внесении. Эти потери возрастают на легких по гранулометрическому составу и высококарбонатных почвах. Заделка мочевины в почву значительно снижает потери азота. При благоприятных условиях на богатых гумусом почвах процесс превращения мочевины в углекислый аммоний происходит в течение 2-3 дней. На нейтральных и щелочных почвах, без осадков, потери азота в виде аммиака возрастают. Внесение же мочевины с заделкой ее в почву (под вспашку, предпосевную культивацию, в рядки при севе и т.д.) весьма эффективно.

Второй биологический путь потери азота из удобрений – процесс денитрификации в почве. Газообразные потери азота вследствие этого процесса достигают 15-25% и более от внесенной дозы этого элемента. Выделенные из почвы газообразные продукты азота представлены большей частью N2 и N2O.

Наиболее активный химический путь потерь азота удобрений из почвы – выделение свободного аммиака (NH3) вследствие взаимодействия аммиачных форм удобрений со щелочными, высококарбонатными и переизвесткованными почвами. Чачто биологические и химические процессы в почве взаимосвязаны.

Для торможения процесса нитрификации и уменьшения, таким образом потерь азота в ряде стран выпускаются специальные ингибирующие препараты (Extend в США, AM  в Японии).

Существенным недостатком многих минеральных удобрений, особенно азотных, является их физиологическая кислотность, а также наличие остаточной кислоты вследствие технологии их производства. Интенсивное применение таких удобрений в севообороте приводит к заметному подкислению почв, созданию неблагоприятных условий для роста растений. В этом случае возрастает потребность в известковании почв и нейтрализации кислотности самих удобрений. Требуют улучшения и физические свойства минеральных удобрений, а также необходима разработка новых форм химических соединений в качестве удобрений. Эти исследования должны быть направлены на оптимизацию питания растений макро- и микроэлементами, сочетания питательных элементов со стимуляторами роста, ретардантами, ингбиторами нитрификации и т.д.

Сейчас уделяется внимание капсулированию удобрений, покрытию гранул различными пленками, элементарной серой. Важно получать удобрения с контролируемым освобождением питательных элементов, особенно азота, в процессе вегетации культур.

Токсичные примеси

Существенным недостатком многих минеральных удобрений является наличие в них сопутствующих балластных элементов (фтора, хлора, натрия), а также токсичных тяжелых металлов (кадмия, свинца, мышьяка). Содержание небольших доз микроэлементов (Cu,Mo,Mn,B,Zn) полезно, если не превышает токсической нормы. Систематическое внесение с минеральными удобрениями незначительных примесей тяжелых металлов и других токсичных веществ, ведущее к накоплению их в почве, представляет очень серьезную экологическую опасность.

Таблица

Содержание  примесей в минеральных удобрениях, извести, гипсе

Наименование примеси	Содержание, %	Наименование примеси	Содержание, %
Бор	0,1-0,2	Стронций	0,5-2,.1
Молибден	0,05-0,13	Фтор	0,3-3,8
Марганец	1,0-1,5	Мышьяк	10-3-10-4
Медь	0,01-0,5	Кадмий	10-4
Цинк	0,05-1,5	Свинец	10-4
Основные примеси в суперфосфате, мг/кг
Мышьяк	1,2-2,2	Свинец	7-92
Кадмий	50-170	Никель	7-32
Хром	66-243	Селен	0-4,5
Кобальт	0-9	Ванадий	20-180
Медь	4-79	Цинк	50-1430

 

Токсические элементы попадают в минеральные удобрения главным образом с сырьем для их производства, частично загрязняют их в технологическом процессе. Например, 50-80% фтора, поступающего с фосфатным сырьем, остается в удобрениях, поэтому с 1 т  необходимого растениям фосфора на поля поступает около 160 кг фтора – это приводит  к ухудшению свойств и плодородия почвы, к ингибированию в ней биологических процессов, нарушению биохимических процессов в растениях. Фтор отрицательно влияет на фотосинтез и биосинтез белка, нарушает деятельность таких ферментов как энолаза, фосфоглукомутаза, фосфатаза. Он может накапливаться в продуктах питания, в пшенице, картофеле, рисе, отрицательно влияя на здоровье животных и человека.

Большую опасность представляет кадмий фосфатов. Он близок по свойствам кальцию и трудно (и дорого) выделяется из фосфатных руд.

Потенциальным источником загрязнения почв культурных угодий являются представляющие особую опасность применяемые на удобрение отходы промышленности, осадки сточных вод (ОСВ), фосфогипс, а также сапропель и др. Обычно их применяют в больших дозах, так как полезного компонента в них мало. Систематическое их использование чревато насыщением почвы тяжелыми металлами и другими вредными веществами до токсического уровня. Так, пиритные огарки (применяются как медное и комплексное микроудобрение) содержат 40-63% железа, 1-2 серы, 0,33-0,47 меди, 0,42-1,35 цинка,0,32-0,58 свинца и другие металлы. В свежих отвалах пиритных огарков содержится до 0,15% мышьяка. Под воздействием атмосферных осадков из них выщелачиваются многие токсические вещества, которые загрязняют почву и водоемы. Использование высоких доз (5-6 ц/га) пиритных огарков в качестве, например, медного удобрения приводит к загрязнению почвы свинцом, мышьяком, и другими тяжелыми металлами, а следовательно, и к повышению их содержания в продукции земледелия.

Средний химический состав фосфогипса из апатитового концентрата следующий (%): Са-28,3; SO3-55,5; P2O5-1,5; F- 0,30; Sr-1,8-2,0. Фосфогипс вносится для улучшения солонцовых почв в дозах 5-20 т/га, с этим в почву попадает от 100 до 400 кг/га стронция. Критическое содержание стронция в почве может достигаться при внесении 40 т/га фосфогипса, что за два цикла вполне реально.

Значительное загрязнение почв токсическими элементами возможно при использовании на удобрение осадков сточных вод (ОСВ). Для сравнения в таблице приведены и данные по почвам.

Таблица

Содержание элементов в ОСВ и в незагрязненной почве в Шотландии (по Минееву,1990)

Объект	B	Cu	Ni	Pb	Zn	Cd
Осадки сточных вод	13,3	146	7,.2	37,.1	489	1,9
Почва	0,6	4,.0	1,1	1,.2	3,4	0,13

 

По данным ученых Шотландии, удобрение осадком, содежащим 5 мг/кг подвижного кадмия, даже в дозе 25 т/га может повысить уровень доступного кадмия в почве на 50%, а превышение 5 мг/кг доступного растениям кадмия в почве опасно с точки зрения экологии.