Характеристика отходов производства, отходы производств удобрений

В США при условии непрерывного использования сточных вод для орошения на почвах всех типов концентрация кадмия не должна превышать 0,01 мг/л, Cr– 0,10; Cu – 0,20; Pb – 5,0; Ni – 0,2; Zn – 2 мг/л.

За последние годы довольно активно ставится вопрос о широком использовании сапропеля в качестве органического удобрения. С ним также возможно попадание в почву тяжелых металлов и токсических соединений. По Минееву В.Г. (1990) содержание кадмия в сапропеле составляет 50-180 мг/кг сухой массы. При внесении его в почву содержание кадмия в растительной массе повышалось на 0,02-1,1 мг/кг сухой массы, а в почве на 6-73 мг/кг.

Многочисленные пути  возможного загрязнения природной среды агрохимическими средствами не остаются без последствий, а оказывают многостороннее негативное влияние практически на все звенья биосферы.

Негативное воздействие агрохимических средств  
на природную среду

Неблагоприятное воздействие удобрений, различных отходов, применяемых в качестве удобрений и химических мелиорантов, можно свести в основном к следующему.

1. Неправильное применение  удобрений может ухудшить круговорот  и баланс питательных веществ, агрохимические свойства и плодородие  почвы.

2. Нарушение агрономической  технологии применения удобрений, несовершенство качества и свойств  минеральных удобрений могут  снизить урожай и его качество.

3. Попадание питательных  элементов удобрений и почвы  в поверхностные и грунтовые  воды приводит к усиленному  росту водорослей, образованию планктонов, т.е. к эвтрофированию природных вод с вытекающими отсюда негативными последствиями.

4. Попадание удобрений  и их соединений в атмосферу  отрицательно сказывается на  деятельности аграрных и других  предприятий, здоровье животных  и человека. Высказываются также  опасения о возможном разрушении  озонового экрана стратосферы  вследствие проникновения в нее  закиси азота (N2O), образующейся при денитрификации азотных соединений почвы и удобрений.

5. Нарушение оптимизации  питания растений макро- и микроэлементами  приводит к различным заболеваниям  растений, а часто и способствует  развитию фитопатогенных грибных болезней, ухудшает фитосанитарное состояние почв и посевов.

 

Влияние агрохимических средств на свойства и плодородие почвы

Почва – важное звено биосферы, и она прежде всего подвергается сложному комплексному воздействию удобрений и других агрохимических средств, которые могут оказывать на нее следующее влияние:

- подкислять или подщелачивать  среду;

- улучшать или ухудшать  свойства почвы, ее биологическую  и ферментативную активность;

- способствовать вытеснению  ионов в почвенный раствор  вследствие физико-химического их  поглощения;

- способствовать или препятствовать  химическому поглощению биогенных  и токсичных элементов;

- усиливать минерализацию  гумуса или способствовать его  синтезу;

- ослаблять или активизировать  биологическую фиксацию N2 из атмосферы;

- усиливать или ослаблять  действие других питательных  элементов почвы или удобрений;

- мобилизовывать или иммобилизовывать макро- и микроэлементы почвы;

- вызывать антагонизм  или синергизм питательных элементов  и, следовательно, существенно влиять  на их поглощение и метаболизм  в растениях.

Многостороннее воздействие на почву агрохимических средств можно показать на следующих примерах. Систематическое применение физиологически кислых минеральных удобрений на дерново-подзолистых почвах повышает их кислотность, ускоряет вымывание из технологического горизонта кальция и магния, увеличивает ненасыщенность почв основаниями, в целом снижает плодородие почвы. В этом случае применение минеральных удобрений необходимо сочетать с известкованием как приемом химической мелиорации почвы, тогда в комплексе создаются оптимальные условия питания растений и улучшения свойств почвы. Известкование снижает кислотность почвы и улучшает ее свойства, усиливает биологическую активность, мобилизует фосфор, молибден, но иммобилизует железо, цинк, никель, медь, кобальт, марганец и другие элементы. Известкование также ослабляет токсичность многих тяжелых металлов, как кадмий, свинец, стронций, ртуть, и другие, снижая их доступность растениям.

Оптимизация применения удобрений под различные культуры с учетом плодородия почвы существенно снижает поступление токсических веществ в растение. Чем лучше обеспеченность растений элементами питания и чем ближе их соотношения к оптимуму, тем меньше поступает, например, радионуклидов в растения, что подтверждается опытными данными по 60Со, 65Zn, 90Sr, 137Cs.

Вопросы влияния сбалансированного питания растений макро- и микроэлементами на поглощение ими тяжелых металлов и других токсических элементов имеют важное теоретическое и практическое значение, прежде всего для земледелия в районах с интенсивно развивающейся промышленностью, где возрастает техногенное загрязнение почв различными токсическими элементами и соединениями. На основе экспериментальных данных научно обоснована система агромероприятий, реализация которых существенно снижает поступления радионуклидов (стронция-90 и цезия-137) в продукцию растениеводства.

Эти мероприятия включают:

1) разбавление поступающих  в почву радионуклидов в виде  небольших примесей (в зоне ЧАЭС) их химическими аналогами (кальцием [для блокирования стронция], калия [для блокирования цезия] и др.);

2) Уменьшение степени  доступности радионуклидов в  почве путем внесения веществ, переводящих их в менее доступные  для корней формы (органическое  вещество, фосфаты, карбонаты и др.);

3) заделку загрязненного  слоя почвы в подпахотный горизонт  за пределы зоны распространения  корневых систем (на глубину 50-70 см);

4) подбор культур и  сортов, накапливающих минимальное  количество радионуклидов;

5) размещение на загрязненных  почвах технических культур, использование  этих почв под семенные участки.

Аналогичные системы мероприятий могут быть использованы и для снижения загрязнения сельскохозяйственной продукции другими токсическими веществами нерадиоактивной природы.

Техногенное загрязнение

Техногенное загрязнение почвы различными элементами может оказать существенное влияние на ее химический состав; агрохимические, физико-химические и биохимические свойства; состав и активность почвенной биоты.

В исследованиях на дерново-подзолистых и черноземных почвах установлено, что загрязнение медью, хромом, цинком, никелем, свинцом на уровне одного-двух кларков (в сравнении с незагрязненной почвой) сопровождалось существенным изменением биоты: уменьшением общего количества бактерий, спорообразованием их, резким сокращением числа актиномицетов и увеличением количества грибов, падением численности в почве насекомых (жужелиц, чернотелок) и дождевых червей. Отмечено снижение ферментативной активности в почве.

Мутагенная активность загрязненной почвы, регистрируемая в меристематических клетках корней растений, в 5-10 раз выше, чем в незагрязненной почве. Изменения гумусового состояния почвы и ППК (хранителя почвенного плодородия и потенциала самоочищающей ее способности) являются важными показателями неблагоприятного воздействия загрязнителей на почву. Поэтому должны нормироваться реакция среды, замещение в ППК кальция и магния тяжелыми металлами, минерализация гумуса, изменение физического состояния почвы, химического и санитарного состояния почвенного раствора и почвенного воздуха.

Получение высококачественной продукции растениеводства – центральная проблема человечества в условиях нынешнего и будущего земледелия с возрастающими темпами химизации

Если применением удобрений и других агрохимических средств создаются оптимальные условия питания культурных растений, то имеются все предпосылки для получения высококачественной продукции. Например, оптимизация азотного питания озимой пшеницы позволяет практически во всех земледельческих зонах получать высокобелковое зерно, отвечающее требованиям по питательности и хлебопекарным свойствам. Правильное соотношение между макро- и микроэлементами в удобрениях, вносимых под сахарную свеклу, - реальный и эффективный путь увеличения сбора сахара за счет повышения сахаристости корнеплодов. То же можно сказать и о качестве клубней картофеля, о повышении содержания жира в семенах масличных культур, сахаров и витаминов в плодах и овощах и т.д.

Однако на качество растениеводческой продукции могут оказывать существенное влияние техногенное загрязнение природной среды токсическими веществами и нарушение научных принципов применения удобрений.

Пути техногенного загрязнения и предотвращение его

Основными путями техногенного загрязнения окружающей среды являются:

- токсические соединения  и элементы, выделяемые промышленностью  и транспортом;

- попадание их в почву  с удобрениями, в которых они  находятся в качестве примесей;

- бессистемное и бесконтрольное  использование разлитчных отходов на удобрение.

К загрязнителям окружающей среды чаще всего относят элементы: фтор, ванадий, хром, марганец, кобальт, никель, цинк, мышьяк, молибден, ртуть, свинец, кадмий. Некоторые из перечисленных элементов (V, Mn, Co, Zn, Mo) являются микроэлементами питания растений. При дефиците они применяются как микроудобрения для повышения величины урожая и его качества, а загрязнителями становятся только при накоплении в избыточных концентрациях вблизи мест выбросов.

Особое место среди загрязнителей составляют тяжелые металлы (свинец, кадмий, ртуть). Они хорошо адсорбируются в технологическом горизонте почвы, особенно при высоком содержании гумуса и при тяжелом механическом составе.

Проявление токсического влияния тяжелых металлов на растение возможно различными путями. Это их денатурирующее действие на метаболически важные белки. Так как каталитическая и регуляторная роль белков для метаболической системы организмов является всеобъемлющей, нарушения могут захватывать самые различные звенья обмена. Возможен перевод фосфора в недоступную для метаболизма форму труднорастворимых фосфатов тяжелых металлов, а также конкуренция тяжелых металлов с необходимым элементом минерального питания, замена на специфических переносчиках и передатчиках этого элемента в метаболической цепи, что может привести к его дефициту. На почвах, загрязненных тяжелыми металлами, наблюдалось снижение урожайности зерновых культур на 20-30%, сахарной свеклы – на 40, картофеля – на 47%.

Проблема загрязнения окружающей среды тяжелыми металлами вследствие интенсивного развития соответствующих отраслей промышленности обостряется еще и в связи с тем, что почва не единственное звено биосферы, откуда в растения поступают загрязнители. Они могут поступать в растения непосредственно из атмосферы не корневым путем, а через листья.

Основные факторы, снижающие поступление тяжелых металлов в растения следующие.

1. Известкование кислых  почв. Подвижность тяжелых металлов  и их ингибирующая роль на  рост растений возрастают с  понижением рН. Известь увеличивает прочность связи металлов в почвах за счет образования труднорастворимых соединений при нейтральных значениях рН.

2. Внесение органических  соединений в целях повышения  содержания гумуса в почве. Органическое  вещество обладает высокой способностью  удерживать тяжелые металлы. Поэтому  концентрация их в растениях  выше на почвах с низким  содержанием органического вещества. Кромк того органические коллоиды почвы могут образовывать с тяжелыми металлами стабильные комплексы типа хелатов.

3. Внесение фосфорных  удобрений, снижающих поступление  тяжелых металлов в растения. Эффективно совместное применение  фосфорных удобрений и извести, особенно на кислых почвах.

4. Оптимизация минерального  питания растений способствует  снижению уровня тяжелых металлов  в культурах.

5. В перспективе, по-видимому, определенный интерес будет представлять  более широкое применение клиноптиломитсодержащих туфов в качестве фильтров для предотвращения накопления тяжелых металлов в культурных растениях.

Отрицательное влияние удобрений

Основными причинами отрицательного влияния удобрений на качество урожая являются нарушение оптимальных доз, соотношения питательных элементов в удобрениях без учета их содержания в почве, форм и сроков их внесения, что отрицательно влияет на метаболизм органических соединений, особенно на синтез аминокислот и белков в растениях. Одновременно в растениях накапливаются в избыточном количестве нитраты, нитриты, которые в кислой среде реагируют с вторичными аминами, образуя нитрозоамины, обладающие канцерогенными и мутагенными свойствами. В здоровых растениях при нормальном азотном питании нитраты и нитриты в свободном состоянии не накапливаются. Поступив в растения, они подвергаются процессам восстановления под действием нитратредуктазы и нитритредуктазы. Полученное промежуточное соединение – гидроксиламин либо аммиак – связывается с органическими кислотами, которые превращаются в аминокислоты. Следовательно, нитраты могут накапливаться при избыточном их количестве в почве и при нарушенных биологических процессах в растении. Удобрение навозом или компостами как медленнодействующей формой азота приводит к меньшему содержанию нитратов в овощах по сравнению с эквивалентным количеством азота, внесенного с минеральными удобрениями.

Оптимизация азотного питания растений предусматривает и сроки внесения азотных удобрений в соответствии с биологическими требованиями растений. Это особенно важно учитывать при удобрении овощных культур и тех растений, у которых на питание используются вегетативные части. В процессе вегетации содержание нитратов в растениях снижается, поэтому убирать, особенно овощные культуры, необходимо в оптимальные сроки, а подкармливать азотом за 1,5-2 месяца до уборки урожая, чтобы растения смогли переработать поступившую нитратную форму азота.