Кубанский государственный университет

Биологический факультет

по дисциплине «Экология почв»

«Скрытое отрицательное действие удобрений».

Выполнила

Афанасьева Л. Ю.

студентка 5-ого курса

(специальность –

«Биоэкология»)

Проверила Букарева О. В.

Краснодар, 2010

Введение…………………………………………………………………………………...3

1. Влияние минеральных удобрений на почвы…………………………………...4

2. Влияние минеральных удобрений на атмосферный воздух и воду…………..5

3. Влияние минеральных удобрений на качество продукции и здоровье людей………………………………………………………………………………………6

4. Геоэкологические последствия применения удобрений……………………...8

5. Воздействие удобрений на окружающую среду……………………………..10

Заключение……………………………………………………………………………….17

Список использованной литературы…………………………………………………...18

Введение

Загрязнение почв чужеродными химическими веществами наносит им большой ущерб. Существенным фактором загрязнения среды является химизация сельского хозяйства. Даже минеральные удобрения при неправильном их применении способны наносить экологический ущерб при сомнительном экономическом эффекте.

Многочисленные исследования ученых–агрохимиков показали, что разные виды и формы минеральных удобрений неодинаково влияют на свойства почв. Внесенные в почву удобрения вступают в сложные взаимодействия с нею. Здесь происходят всевозможные превращения, которые зависят от целого ряда факторов: свойств удобрений и почвы, погодных условий, агротехники. От того, как происходит превращение отдельных видов минеральных удобрений (фосфорных, калийных, азотных), зависит влияние их на почвенное плодородие.

Минеральные удобрения – неизбежное следствие интенсивного земледелия. Имеются расчеты, что для достижения желаемого эффекта от применения минеральных удобрений мировое потребление их должно составить около 90 кг/год на человека. Суммарное производство удобрений в этом случае достигает 450-500 млн. т/год, в настоящее же время их мировое производство равно 200-220 млн. т/год или 35-40 кг/год на человека.

Применение удобрений можно рассматривать как одно из проявлений закона увеличения вложения энергии в единицу производимой сельскохозяйственной продукции. Это значит, что для получения одной и той же прибавки урожая требуется все большее количество минеральных удобрений. Так, на начальных этапах применения удобрений прибавку 1 т зерна с 1 га обеспечивает внесение 180-200 кг азотных туков. Следующая дополнительная тонна зерна связана с дозой удобрений в 2-3 раза большей.

Экологические последствия применения минеральных удобрений целесообразно рассматривать, по крайней мере, с трех точек зрения:

Местное влияние удобрений на экосистемы и почвы, в которые они вносятся.

Запредельное влияние на другие экосистемы и их звенья, прежде всего на водную среду и атмосферу.

Влияние на качество продукции, получаемой с удобренных почв, и здоровье людей.

1. Влияние минеральных удобрений на почвы

В почве как системе происходят такие изменения, которые ведут к потере плодородия:

Повышается кислотность;

Изменяется видовой состав почвенных организмов;

Нарушается круговорот веществ;

Разрушается структура, ухудшающая другие свойства.

Имеются данные (Минеев, 1964), что следствием увеличения кислотности почв при применении удобрений (прежде всего кислых азотных) является повышенное вымывание из них кальция и магния. Для нейтрализации данного явления приходится вносить в почву эти элементы.

Фосфорные удобрения не обладают столь выраженным подкисляющим эффектом, как азотные, но они могут вызывать цинковое голодание растений и накопление стронция в получаемой продукции.

Многие удобрения содержат посторонние примеси. В частности, их внесение может повышать радиоактивный фон, вести к прогрессивному накоплению тяжелых металлов. Основной способ уменьшить эти следствия – умеренное и научно обоснованное применение удобрений:

Оптимальные дозы;

Минимальное количество вредных примесей;

Чередование с органическими удобрениями.

Следует также помнить выражение, что «минеральные удобрения являются средством маскировки реальностей». Так, имеются данные, что с продуктами эрозии почв выносится больше минеральных веществ, чем их вносится с удобрениями.

2. Влияние минеральных удобрений на атмосферный воздух и воду

Влияние минеральных удобрений на атмосферный воздух и воду связано в основном с их азотными формами. Азот минеральных удобрений поступает в воздух либо в свободном виде (в результате денитрификации), либо в виде летучих соединений (например, в форме закиси N 2 O).

По современным представлениям, газообразные потери азота из азотных удобрений составляют от 10 до 50% от его внесения. Действенным средством снижения газообразных потерь азота является научно обоснованное их применение:

Внесение в корнеобразующую зону для быстрейшего поглощения растениями;

Использование веществ-ингибиторов газообразных потерь (нитропирин).

Наиболее ощутимое влияние на водные источники, кроме азотных, оказывают фосфорные удобрения. Вынос удобрений в водные источники сводится к минимуму при их правильном внесении. В частности, недопустимо разбрасывание удобрений по снеговому покрову, рассеивание их с летательных аппаратов вблизи водоемов, хранение под открытым небом.

3. Влияние минеральных удобрений на качество продукции и здоровье людей

Минеральные удобрения способны оказывать отрицательное воздействие как на растения, так и на качество растительной продукции, а также на организмы, ее потребляющие. Основные из таких воздействий представлены в таблицах 1, 2.

При высоких дозах азотных удобрений увеличивается риск заболеваний растений. Имеет место чрезмерное накопление зеленой массы, и резко возрастает вероятность полегания растений.

Многие удобрения, особенно хлорсодержащие (хлористый аммоний, хлористый калий), отрицательно действуют на животных и человека в основном через воду, куда поступает высвобождающийся хлор.

Отрицательное действие фосфорных удобрений связано в основном с содержащимися в них фтором, тяжелыми металлами и радиоактивными элементами. Фтор при его концентрации в воде более 2 мг/л может способствовать разрушению эмали зубов.

Таблица 1 – Воздействие минеральных удобрений на растения и качество растительной продукции

Виды удобрений	Влияние минеральных удобрений
	положительное	отрицательное
	Повышают содержа-ние белка в зерне; улучшают хлебопекар-ные качества зерна.	При высоких дозах или несвоевременных способах внесения – накопление в виде нит-ратов, буйный рост в ущерб устойчивости, повышенная заболеваемость, особенно гриб-ными болезнями. Хлористый аммоний спо-собствует накоплению Cl. Основные накопи-тели нитратов – овощи, кукуруза, овес, табак.
Фосфорные	Снижают отрицатель-ные воздействия азота; улучшают качество продукции; способст-вуют повышению ус-тойчивости растений к болезням.	При высоких дозах возможны токсикозы растений. Действуют в основном через содер-жащиеся в них тяжелые металлы (кадмий, мышьяк, селен), радиоактивные элементы и фтор. Основные накопители – петрушка, лук, щавель.
Калийные	Аналогично фосфор-ным.	Действуют в основном через накопление хлора при внесении хлористого калия. При избытке калия – токсикозы. Основные нако-пители калия – картофель, виноград, гречиха, овощи закрытого грунта.

Таблица 2 – Воздействие минеральных удобрений на животных и человека

Виды удобрений	Основные воздействия
Азотные - нитратные формы	Нитраты (ПДК для воды 10 мг/л, для пищевых продуктов – 500 мг/день на человека) восстанавливаются в организме до нитритов, вызывающих нарушение обмена веществ, отравления, ухудшение иммунологического статуса, метгемоглобинию (кислородное голодание тканей). При взаимодействии с аминами (в желудке) образуют нитрозамины – опаснейшие канцерогены. У детей могут вызывать тахикардию, цианоз, потерю ресниц, разрыв альвеол. В животноводстве: авитаминозы, уменьшение продук-тивности, накопления мочевины в молоке, повышение забо-леваемости, снижение плодовитости.
Фосфорные - суперфосфат	Действуют в основном через фтор. Избыток его в питьевой воде (более 2 мг/л) вызывает повреждение эмали зубов у человека, потерю эластичности кровеносных сосудов. При содержании более 8 мг/л – остеохондрозные явления.
Хлорсодержащие удобрения - хлористый калий - хлористый аммоний	Потребление воды с содержанием хлора более 50 мг/л вызывает отравления (токсикозы) человека и животных.

Внесение минеральных удобрений оказывает значительное влияние на популяции вредных организмов, которые в неподвижном (пропагулы фитопатогенов, семена сорняков) или малоподвижном (нематоды, личинки фитофагов) состоянии длительное время выживают, сохраняются или обитают в почве. Особенно широко в почвах представлены возбудители обыкновенных корневых гнилей (В. sorokiniana, виды p. Fusarium ). Название вызываемых ими заболеваний - "обыкновенные" гнили - подчеркивает широту ареалов на сотнях растений-хозяев. Кроме того, они относятся к разным экологическим группам почвенных фитопатогенов: В. sorokiniana - к временным обитателям почвы, а виды рода Fusarium - к постоянным. Это делает их удобными объектами для выяснения закономерностей, характерных для группы почвенных, или корневых, инфекций в целом.
Под влиянием минеральных удобрений агрохимические свойства пахотных почв существенно меняются по сравнению с их аналогами на целинных и залежных участках. Это оказывает большое влияние на выживаемость, жизнеспособность, а следовательно, и численность фитопатогенов в почве. Покажем это на примере В. sorokiniana (табл. 39).

Приведенные данные свидетельствуют, что воздействие агрохимических свойств почвы на плотность популяции В. sorokiniana является более значительным в агроэкосистемах зерновых культур, чем в естественных экосистемах (целинные почвы): индекс детерминации, свидетельствующий о доле влияния рассматриваемых факторов, составляет соответственно 58 и 38 %. Чрезвычайно важно, что самыми значимыми экологическими факторами, изменяющими плотность популяции возбудителя в почве, являются в агроэкосистемах - азот (NO3) и калий (K2O), а в естественных экосистемах - гумус. В агроэкосистемах возростает зависимость плотности популяции гриба от pH почвы, а также содержания подвижных форм фосфора (P2O5).
Рассмотрим более подробно влияние отдельных видов минеральных удобрений на жизненный цикл почвенных вредных организмов.
Азотные удобрения.
Азот относится к основным элементам, необходимым для жизнедеятельности как растений-хозяев, так и вредных организмов. Он входит в состав четырех элементов (Н, О, N, С), из которых на 99 % состоят ткани всех живых организмов. Азот как седьмой элемент таблицы Менделеева, имеющий во втором ряду 5 электронов, может достраивать их до 8 или терять, замещаясь кислородом. Благодаря этому образуются устойчивые связи с другими макро- и микроэлементами.
Азот является составной частью белков, из которых создаются все их основные структуры и которые обусловливают активность генов, включая систему растения-хозяева - вредные организмы. Азот входит в состав нуклеиновых кислот (рибонуклеиновой РНК и дезоксирибонуклеиновой ДНК), обусловливающих хранение и передачу наследственной информации об эволюционно-экологических взаимоотношениях вообще и между растениями и вредными организмами в экосистемах, в частности. Поэтому внесение азотных удобрений служит мощным фактором как стабилизации фитосанитарного состояния агроэкосистем, так и его дестабилизации. Это положение получило подтверждение при массовой химизации сельского хозяйства.
Растения, обеспеченные азотным питанием, отличаются лучшим развитием надземной массы, кустистостью, площадью листовой по-верности, содержанием хлорофилла в листьях, белковостью зерна и содержанием в нем клейковины.
Главными источниками питания азотом как растений так и вредных организмов являются соли азотной кислоты и соли аммония.
Под влиянием азота изменяется главная жизненная функция вредных организмов - интенсивность размножения, а следовательно и роль возделываемых растений в агроэкосистемах как источников воспроизводства вредных организмов. Возбудители корневых гнилей временно увеличивают свою популяцию в отсутствии растений-хозяев, используя минеральный азот, вносимый в виде удобрений, для непосредственного потребления (рис. 18).

В отличие от минерального азота, действие органики на возбудителей болезней происходит через микробное разложение органического вещества. Поэтому увеличение органического азота в почве коррелирует с ростом популяции почвенной микрофлоры, среди которой существенную долю составляют антагонисты. Обнаружена высокая зависимость численности популяции гельминтоспориозной гнили в агроэкосистемах от содержания минерального азота, а в естественных, где преобладает органический азот - от содержания гумуса. Тем самым условия азотного питания растений-хозяев и возбудителей корневых гнилей в агро- и естественных экосистемах различаются: они более благоприятны в агроэкосистемах при обилии азота в минеральной форме, и менее - в естественных экосистемах, где минеральный азот присутствует в меньшем количестве. Связь численности популяции В. sorokiniana с азотом в естественных экосистемах тоже проявляется, но количественно менее выражена: доля влияния на популяцию составляет в почвах естественных экосистем Западной Сибири 45 % против 90 % в агроэкосистемах. Наоборот, доля влияния органического азота более весома в естественных экосистемах - соответственно 70 % против 20 %. Внесение азотных удобрений на черноземах значительнее стимулирует размножение В. sorokiniana в сравнении с фосфорным, фосфорно-калийным и полным удобрениями (см. рис. 18). Однако эффект стимуляции резко различается в зависимости от форм азотных удобрений, усваиваемых растениями: он был максимальным при внесении нитрата магния, натриевой селитры и минимальным - при использовании сульфата аммония.
По данным И. И. Черняевой, Г. С. Муромцева, Л. Н. Коробовой, В. А. Чулкиной и др., сульфат аммония на нейтральных и слабощелочных почвах достаточно эффективно подавляет прорастание пропагул фитопатогенов и снижает плотность популяций таких широко распространенных фитопатогенов как виды родов Fusarium, Helminthosporium, Ophiobolus и утрачивает это качество при совместном внесении с известью. Механизм подавления объясняется поглощением иона аммония корнями растений и выделением в ризосферу корней иона водорода. В результате этого в ризосфере растений повышается кислотность почвенного раствора. Прорастание спор фитопатогенов подавляется. Кроме того, аммоний - как менее подвижный элемент - обладает пролонгированным действием. Он поглощается почвенными коллоидами и постепенно высвобождается в почвенный раствор.
Аммонификация осуществляется аэробными и анаэробными микроорганизмами (бактериями, актиномицетами, грибами) , среди которых выявлены активные антагонисты возбудителей корневых гнилей. Корреляционный анализ показывает, что между численностью В. sorokiniana в почвах и численностью аммонификаторов на черноземных почвах Западной Сибири существует обратная тесная зависимость: r = -0,839/-0,936.
Содержание азота в почве оказывает влияние на выживаемость фитопатогенов на(в) инфицированных растительных остатках. Так, выживаемость Ophiobolus graminis и Fusarium roseum была выше на соломе в почвах, богатых азотом, в то время как для В. sorokiniana , наоборот, - в почвах с низким его содержанием. При усилении минерализации растительных остатков под влиянием азотно-фосфорных удобрений происходит активное вытеснение В. sorokiniana: популяция возбудителя гнили на растительных остатках при внесение NP в 12 раз меньше, чем на растительных остатках без внесения удобрений.
Внесение азотных удобрений усиливает рост вегетативных органов растений, накопление в них небелкового азота (аминокислот), доступного для патогенов; растет обводненность тканей, уменьшается толщина кутикулы, клетки увеличиваются в объеме, оболочка их становится тоньше. Это облегчает проникновение возбудителей в ткани растений-хозяев, усиливает их восприимчивость к болезням. Чрезмерно высокие нормы внесений азотных удобрений вызывают дисбаланс в питании растений азотом и повышенное развитие болезней.
Е. П. Дурынина и Л. Л. Великанов отмечают, что высокая степень поражения растений при внесении азотных удобрений связана со значительным накоплением небелкового азота. Другие авторы связывают это явление с изменением количественного соотношения аминокислот при патогенезе болезней. Более сильное поражение ячменя В. sorokiniana отмечено в случае высокого содержания глутамина, треонина, валина и фенилаланина. Напротив, при высоком содержании аспарагина, пролина и аланина поражение было незначительным. Содержание серина и изолейцина повышается в растениях, выросших на нитратной форме азота, а глицина и цистеина - на аммонийной.
Установлено, что вертициллезная инфекция усиливается, когда в корневой зоне преобладает нитратный азот и, наоборот, ослабляется при замене его на аммонийную форму. Внесение под хлопчатник высоких доз азота (более 200 кг/га) в виде аммиачной воды, сжиженного аммиака, сульфата аммония, аммофоса, мочевины, цианамида кальция приводит к более значительному повышению урожая и существенному подавлению вертициллезной инфекции, чем при внесении аммиачной и чилийской селитры. Различия в действии нитратных и аммонийных форм азотных удобрений вызваны их различным влиянием на биологическую активность почвы. Соотношение С: N и отрицательное действие нитратов ослабевают на фоне внесения органических добавок.
Внесение азотных удобрений в аммонийный форме снижает процесс размножения овсяной цистообразующей нематоды и повышает физиологическую устойчивость к ней растений. Так, внесение сульфата аммония снижает численность нематоды на 78 %, а урожайность зерна увеличивается на 35,6 %. В то же время применение нитратных форм азотных удобрений, наоборот, способствует увеличению популяции овсяной нематоды в почве.
Азот лежит в основе всех ростовых процессов в растении. В связи с этим поражаемость растений болезнями и вредителями слабее при оптимальном питании растений. При повышении развития болезней на азотном фоне питания катастрофического снижения урожайности не происходит. Ho сохранность продукции при хранении значительно снижается. Благодаря интенсивности ростовых процессов соотношение между пораженной и здоровой тканью органов при внесении азотных удобрений изменяется в сторону здоровой. Так, при поражении зерновых культур корневыми гнилями на азотном фоне питания одновременно происходит рост вторичной корневой системы, в то время как при дефиците азота рост вторичных корней подавляется.
Таким образом, потребности растений и вредных организмов в азоте как элементе питания совпадают. Это приводит как к росту урожайности при внесении азотных удобрений, так и к размножению вредных организмов. Более того, в агроэкосистемах преобладают минеральные формы азота, особенно нитратная, которые непосредственно потребляются вредными организмами. В отличие от агроэкосистем, в естественных экосистемах преобладает органическая форма азота, потребляемая вредными организмами только при разложении органических остатков микрофлорой. Среди неё много антагонистов, подавляющих всех возбудителей корневых гнилей, но особенно специализированных, как В. sorokiniana. Это ограничивает размножение возбудителей корневых гнилей в естественных экосистемах, где их численность постоянно поддерживается на уровне ниже ПВ.
Дробные внесения азотных удобрений в сочетании с фосфорными, замена нитратной формы на аммонийную, стимулируют общую биологическую и антагонистическую активность почв, служат реальными предпосылками стабилизации и снижения численности вредных организмов в агроэкосистемах. К этому добавляется положительное действие азотных удобрений на повышение выносливости (адаптивности) к вредным организмам - энергично растущие растения обладают повышенными компенсаторными способностями в ответ на поражение и повреждения, наносимые им возбудителями болезней и вредителями.
Фосфорные удобрения.
Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, макроэргических соединений (АТФ), участвуя в синтезе белков, жиров, углеводов, аминокислот. Он принимает участие в фотосинтезе, дыхании, регуляции проницаемости мембран клеток, в образовании и переносе энергии, необходимой для жизнедеятельности растений и животных. Основная роль в энергетических процессах клеток, тканей и органов живых организмов принадлежит АТФ (аденозинтрифосфорной кислоте). Без АТФ не могут проходить ни процессы биосинтеза, ни распада метаболитов в клетках. Роль фосфора в биологическом переносе энергии уникальна: устойчивость АТФ в средах, где идет биосинтез, больше устойчивости других соединений. Это связано с тем, что богатая энергией связь защищена отрицательным зарядом фосфорила, отталкивающим молекулы воды и ионы ОН-. В противном случае АТФ легко подвергалась бы гидролизу и распаду.
При обеспечении растений фосфорным питанием в них усиливаются процессы синтеза, активизируется рост корней, ускоряется созревание сельскохозяйственных культур, возрастает засухоустойчивость, улучшается развитие генеративных органов.
Главным источником фосфора для растений в агроэкосистемах являются фосфорные удобрения. Растения поглощают фосфор в начальные фазы роста и очень чувствительны к его недостатку в этот период.
Внесение фосфорных удобрений оказывает значительное влияние на развитие корневых гнилей. Этот эффект достигается даже при внесении удобрений в небольших дозах, в рядки при посеве. Положительное действие фосфорных удобрений объясняется тем, что фосфор способствует усиленному росту корневой системы, утолщению механических тканей, а главное, определяет поглотительную (мета-болитическую) активность корневой системы.
Корневая система пространственно и функционально обеспечивает поглощение, транспорт и метаболизм фосфора. Причем значение корневой системы для поглощения фосфора неизмеримо выше, чем азота. В отличие от нитратов, анионы фосфора поглощаются почвой и остаются в нерастворенной форме. Растение может получить их только благодаря корням, непосредственно вступающим в контакт с анионами в толще почвы. Благодаря правильному фосфорному питанию снижается предрасположенность к возбудителям болезней со стороны корневой системы, особенно вторичной. Последнее совпадает с повышенной физиологической активностью вторичных корней в снабжении растения фосфором. Каждая единица объема вторичных корней получала (в опыте с мечеными атомами) в два раза больше фосфора в сравнении с зародышевыми корнями.
Внесение фосфорного удобрения замедляло развития обыкновенной корневой гнили во всех изученных зонах Сибири даже тогда, когда в “первом минимуме” в почве находится азот (северная лесостепь). Положительное действие фосфора сказывалось и при основном и при рядковом внесении в небольшой (Р15) дозе. Рядковое удобрение более целесообразно при ограниченном количестве удобрений.
Эффективность фосфорных удобрений для вегетативных органов растений различается: оздоровление подземных, особенно вторичных корней проявлялось во всех зонах, а надземных - только в увлажненных и умеренно увлажненных (подтайга, северная лесостепь). В пределах одной зоны эффект оздоровления от фосфорного удобрения на подземных органах был в 1,5-2,0 раза выше, чем на надземных. На почвозащитных фонах обработки в степной зоне особенно эффективны в оздоровлении почвы и вегетативных органов растений яровой пшеницы азотно-фосфорные удобрения в расчетной норме. Усиление ростовых процессов под влиянием минеральных удобрений приводило к повышению выносливости растений к обыкновенной корневой гнили. При этом ведущая роль принадлежала тому макроэлементу, содержание которого в почве минимально: в горно-степной зоне - фосфору, в северной лесостепи - азоту. В горно-степной зоне, например, выявлена корреляция между уровнем развития корневых гнилей (%) по годам и величиной урожайности зерна (ц/га):

Корреляция имеет обратный характер: чем слабее развитие корневых гнилей, тем выше урожайность зерна, и наоборот.
Аналогичные результаты получены в южной лесостепи Западной Сибири, где обеспеченность почвы подвижными формами P2O5 была средней. Недобор зерна от обыкновенной корневой гнили самым высоким оказался в аарианте без применения удобрений. Так, в среднем за 3 года он составил по ячменю сорта Омский 13709 32,9 % против 15,6-17,6 в случае внесения фосфорного, фосфорно-азотного и полного минерального удобрений, или почти в 2 раза выше. Внесение азотного удобрения, даже если азот находился в почве в “первом минимуме”, сказывалось главным образом на повышении выносливости растений к болезни. В результате этого, в отличие от фосфорного фона, корреляция между развитием болезни и урожайностью зерна по азоту статистически не доказана.
Многолетние исследования, проведенные на Ротамстедской опытной станции (Англия), свидетельствуют о том, что биологическая эффективность фосфорных удобрений против корневых гнилей (возбудитель Ophiobolus graminis ) зависит от плодородия почв и предшественников, изменяясь от 58 % до 6-и кратного положительного эффекта. Максимальная эффективность достигалась при комплексном применении фосфорных удобрений с азотными.
По данным исследований, проведенных на каштановых почвах Республики Алтай, существенное снижение популяции В. sorokiniana в почве достигается там, где фосфор содержится в почве а первом минимуме (см. рис. 18). Добавление а этих условиях азотных удобрений в норме N45 и даже калийных в норме К45 фитосанитарное состояние почв практически не улучшает. Биологическая эффективность фосфорного удобрения в дозе Р45 составила 35,5 %, а полного удобрения - 41,4% по сравнению с фоном, без применения удобрений. При этом существенно возрастает количество конидий с признаками деградации (разложения).
Повышение устойчивости растений под влиянием фосфорного удобрения ограничивает вредоносность проволочников, нематод, сокращая критический период в результате интенсификации ростовых процессов на начальных фазах.
Внесение фосфорно-калийных удобрений оказывает прямое токсическое действие на фитофагов. Так, при внесении фосфорно-калийных удобрений снижается численность проволочников в 4-5 раз, а при добавлении к ним азотных удобрений - в 6-7 раз по сравнению с их исходной численностью, и в 3-5 раз по сравнению с контрольными данными без применения удобрений. Особенно резко снижается популяция посевного щелкуна. Действие минеральных удобрений на снижение численности проволочников объясняется тем, что покровы вредителей обладают избирательной проницаемостью к солям, содержащимся в минеральных удобрениях. Быстрее других проникают и наиболее токсичны для проволочников катионы аммония (NH4+), затем катионы калия и натрия. Наименее токсичны катионы кальция. Анионы солей удобрений можно расположить в следующем убывающем порядке по их токсическому действию на проволочников: Cl-, N-NO3-, PO4-.
Токсическое действие минеральных удобрений на проволочников изменяется в зависимости от гумусности почв, их механического состава и величины pH. Чем меньше органического вещества содержится в почве, ниже pH и легче механический состав почвы, тем выше токсическое действие минеральных, в том числе фосфорных удобрений на насекомых.
Калийные удобрения.
Находясь в клеточном соке, калий сохраняет легкую подвижность, удерживаясь митохондриями в протоплазме растений днем и частично выделяется через корневую систему ночью, а днем вновь поглощается. Дожди вымывают калий, особенно из старых листьев.
Калий способствует нормальному течению фотосинтеза, усиливает отток углеводов из пластинок листьев в другие органы, синтез и накопление витаминов (тиамина, рибофлавина и др.). Под влиянием калия растения приобретают способность удерживать воду и легче переносить кратковременную засуху. У растений утолщается клеточная оболочка, повышается прочность механических тканей. Эти процессы способствуют повышению физиологической устойчивости растений к вредным организмам и неблагоприятным абиотическим факторам внешней среды.
По данным Международного института калийных удобрений (750 полевых экспериментов) калий снижал поражаемость растений грибными болезнями в 526 случаях (71,1 %), был неэффективным в 80 (10,8%) и увеличивал поражаемость в 134 (18,1 %) случаях. Он особенно эффективен в оздоровлении растений в увлажненных прохладных условиях даже при высоком содержании его в почве. В пределах Западно-Сибирской низменности калий стабильно производил положительный эффект оздоровления почв в зонах подтайги (табл. 40).

Внесение калийных удобрений даже при высоком содержании калия в почвах всех трех зон существенно снижало заселенность почв В. sorokiniana. Биологическая эффективность калия составляла 30-58 % против 29-47 % фосфорного и при неустойчивой эффективности азотного удобрения: в подтайге и северной лесостепи положительна (18-21 %), в горно-степной зоне - отрицательна (- 64 %).
Общая микробиологическая активность почвы и концентрация в ней K2O оказывают решающее воздействие на выживаемость Rhizoctonia solani. Калий способен повышать приток углеводов в корневую систему растений. Поэтому наиболее активно формирование микоризы пшеницы идет при внесении калийных удобрений. Микоризообразование снижается при внесении азота из-за расхода углеводов на синтез азотсодержащих органических соединений. Влияние фосфорного удобрения было в этом случае несущественным.
Кроме влияния на интенсивность размножения возбудителей и выживаемость их в почве, минеральные удобрения воздействуют на физиологическую устойчивость растений к инфекции. При этом калийные удобрения усиливают в растениях процессы, задерживающие распад органических веществ, повышают активность каталазы и пероксидазы, снижают интенсивность дыхания и потери сухих веществ.
Микроэлементы.
Микроэлементы составляют обширную группу катионов и анионов, которые оказывают многогранное воздействие на интенсивность и характер спороношения возбудителей болезней, а также устойчивость к ним растений-хозяев. Важнейшей особенностью действия микроэлементов является их относительно малые дозы, необходимые для ослабления вредоносности многих заболеваний.
С целью снижения вредоносности болезней рекомендуется применять следующие микроэлементы:
- гельминтоспориоз зерновых культур - марганец;
- вертициллез хлопчатника - бор, медь;
- корневая гниль хлопчатника - марганец;
- фузариозное увядание хлопчатника - цинк;
- корнеед свеклы - железо, цинк;
- ризоктониоз картофеля - медь, марганец,
- рак картофеля - медь, бор, молибден, марганец;
- черная ножка картофеля - медь, марганец;
- вертициллез картофеля - кадмий, кобальт;
- черная ножка и кила капусты - марганец, бор;
- фомоз моркови - бор;
- черный рак яблони - бор, марганец, магний;
- серая гниль клубники - марганец.
Механизм действия микроэлементов на разных возбудителей болезней различен.
В ходе патогенеза корневых гнилей на ячмене, например, нарушаются физиолого-биохимические процессы и разбалансируется элементный состав растений. В фазе кущения снижается содержание К, Cl, Р, Mn, Cu, Zn и растет концентрация Fe, Si, Mg и Ca. Подкормка растений микроэлементами, в которых растение испытывает дефицит, стабилизирует метаболитические процессы в растениях. Тем самым возрастает их физиологическая устойчивость к возбудителям.
Различные возбудители нуждаются в различных микроэлементах. На примере возбудителя техасской корневой гнили (возбудитель Phymatotrichum omnivorum ) показано, что только Zn, Mg, Fe увеличивают биомассу мицелия возбудителя, в то время Ca, Co, Cu, Al угнетают этот процесс. Поглощение Zn начинается со стадии прорастания конидий. У Fusarium graminearum Zn влияет на образование желтых пигментов. Большинство грибов требуют наличия в субстрате Fe, В, Mn, Zn, хотя и в разных концентрациях.
Бор (В), воздействуя на проницаемость клеточных мембран растений и транспорт углеводов, изменяет их физиологическую устойчивость к фитопатогенам.
Выбор оптимальных доз микроудобрений, например, при внесении Mn и Co на хлопчатнике, снижает развитие вилта на 10-40 %. Применение микроэлементов является одним из эффективных способов оздоровления картофеля от парши обыкновенной. По данным известного немецкого фитопатолога Г. Бразда (G. Brazda), марганец снижает развитие парши обыкновенной на 70-80 %. Условия, способствующие поражению клубней картофеля паршой, совпадают с факторами марганцевого голодания. Есть прямая зависимость между развитием парши обыкновенной и содержанием марганца в кожуре клубней картофеля. При недостатке марганца кожура становится шершавой и трескается (см. рис. 4). Возникают благоприятные условия для заражения клубней. По данным ВНИИ льна, при недостатке бора в почве у льна нарушается транспорт углеводов, способствующий нормальному развитию ризосферных и почвенных микроорганизмов. Внесение бора в почву уменьшает агрессивность возбудителя фузариоза льна в два раза при росте урожайности семян на 30 %.
Влияние микроудобрений на развитие фитофагов и других почвенных вредных организмов изучено недостаточно. Они в большей степени применяются для оздоровления посевов от наземно-воздушных, или листо-стеблевых, вредных организмов.
Микроэлементы применяются при обработке посевного и посадочного материала. Они вносятся в почву вместе с NPK, либо при опрыскивании растений или при поливе. Во всех случаях эффективность микроудобрений в защите растений от почвенных вредных организмов, особенно фитопатогенов, возрастает при внести их на фоне полного минерального удобрения.
Полное минеральное удобрение. Внесение полного минерального удобрения на основе агрохимических картограмм и нормативного метода оказывает наиболее благоприятное влияние на фитосанитарное состояние почв и посевов в отношении почвенных, или корне клубневых, инфекций, оздоравливая почву и корнеклубнеплоды, которые используются на продовольствие и на семена.
Оздоровление почв с помощью полного минерального удобрения под яровую пшеницу и ячмень происходит практически во всех почвенно-климатических зонах (табл. 41).

Биологическая эффективность полного минерального удобрения изменялась по зонам от 14 до 62 %: более высокой она была в относительно увлажненных зонах, чем в засушливой (Кулундинская степь), а в пределах зоны - в бессменных посевах, где отмечалась худшая фитосанитарная ситуация.
Роль минеральных удобрений в оздоровлении почв снижается, когда высеваются семена, зараженные фитопатогенами. Зараженные семена создают микроочаги возбудителя инфекции в почвы и вдобавок возбудитель, находившийся на(в) семенах, первым занимает экологическую нишу на пораженных органах растений.
Все минеральные удобрения, снижающие pH на дерново-подзолистой почве, негативно влияют на выживаемость пропагул В. sorokiniana в почве (r = -0,737). Так, калийные удобрения, подкисляя почву, снижают численность популяции фитопатогена, особенно в недостаточно влажной почве.
Повышение физиологической устойчивости растений к болезням приводит к оздоровлению подземных и надземных вегетативных органов. Еще Д. Н. Прянишников отмечал, что у голодающих растений пропорциональное развитие вегетативных органов нарушается. В зонах достаточного (тайга, подтайга, предгорья) и умеренного (лесостепь) увлажнения в Западной Сибири под влиянием полного минерального удобрения существенно возрастает оздоровление как подземных (первичные, вторичные корни, эпикотиль), так и надземных (прикорневые листья, основание стебля) вегетативных органов. В то же время в засушливых условиях (Кулундинская степь) увеличивается количество здоровых корней, особенно вторичных. Оздоровление вегетативных органов растений на удобренном фоне связано преимущественно с улучшением фитосанитарного состояния почвы (r = 0,732 + 0,886), а также с повышением физиологической устойчивости вегетативных органов к фузариозно-гельминтоспориозным заболеваниям, преобладанием в них процессов синтеза над гидролизом.
Для повышения физиологической устойчивости к возбудителям болезней важен баланс питательных веществ, особенно в отношении N-NO3, P2O5, K2O, который различается по культурам. Так, для повышения физиологической устойчивости растений картофеля к болезням отношение N: P: К рекомендуется 1: 1: 1,5 или 1: 1,5: 1,5 (преобладают фосфор и калий), а для повышения физиологической устойчивости хлопчатника к вилту на полях, заселенных пропагула-ми возбудителя выше ПВ, выдерживают N: P: К как 1: 0,8: 0,5 (преобладает азот).
Полное минеральное удобрение влияет на популяции фитофагов, обитающих в почве. Как общая закономерность отмечено снижение численности фитофагов при отсутствии заметного отрицательного влияния на энтомофагов. Так, смертность проволочников зависит от концентрации солей в почве, состава катионов и анионов, осмотического давления жидкостей в теле проволочников и наружном почвенном растворе. С повышением интенсивности обмена веществ у насекомых растет проницаемость их покровов для солей. Особенно проволочники чувствительны к минеральным удобрениям весной и летом.
Действие минеральных удобрений на проволочников зависит также от содержания гумуса в почве, ее механического состава и величин pH. Чем меньше в ней органического вещества, тем выше токсическое действие минеральных удобрений на насекомых. Биологическая эффективность NK и NPK на дерново-подзолистых почвах Белоруссии, внесенных под ячмень в звене севооборота ячмень - овес - гречиха, достигает в снижении численности проволочников соответственно 77 и 85 %. В то же время численность энтомофагов (жужелиц, стафилинид) в процентном отношении к вредителям не уменьшается, а в ряде случаев даже возрастает.
Систематическое применение полного минерального удобрения на полях ОПХ НИИСХ ЦЧП им. В. В. Докучаева способствует снижению численности и вредоносности проволочников до уровня ЭПВ. Вследствие этого в хозяйстве не требуется применения инсектицидов против этих вредителей.
Минеральные удобрения существенно ограничивают интенсивность размножения почвенных, или корне-клубневых, вредных организмов, снижают численность и длительность выживания их в почве и на(в) растительных остатках из-за повышения биологической и антагонистической активности почвы, роста устойчивости и выносливости (адаптивности) растений к вредным организмам. Внесение азотных удобрений повышает преимущественно выносливость (компенсаторные механизмы) растений к вредным организмам, а внесение фосфорных и калийных - физиологическую устойчивость к ним. Полное минеральное удобрение совмещает оба механизма положительного действия.
Устойчивый фитосанитарный эффект минеральных удобрений достигается дифференцированным подходом по зонам и культурам при определении доз и баланса питательных веществ макро- и микроудобрений на основе агрохимических картограмм и нормативного метода расчета. Однако с помощью минеральных удобрений кардинальное оздоровление почв от возбудителей корневых инфекций не достигается. Отдача зерна от возрастающих доз минеральных удобрений в условиях химизации земледелия снижается, если сельскохозяйственные культуры возделываются на почвах, инфицированных выше порога вредоносности. Это обстоятельство требует совместного применения фитосанитарных предшественников в севообороте, минеральных, органических удобрений и биологических препаратов для обогащения ризосферы растений антагонистами и снижения инфекционного потенциала возбудителей в почвах ниже ПВ. Для этого составляются почвенные фитосанитарные картограммы (ФПК) и на их основе разрабатываются мероприятия по оздоровлению почв.
Оздоровление почв является на современном этапе развития сельского хозяйства фундаментальной предпосылкой для повышения устойчивости и адаптивности агроэкосистем при переходе к адаптивно-ландшафтному земледелию и адаптивному растениеводству.

Сохранение и воспроизводство плодородия почв является задачей исключительной важности. Особую значимость это приобретает в современных условиях ведения сельского хозяйства при дефиците удобрений и их высокой стоимости. Применение органических и минеральных удобрений является наиболее существенным фактором, способствующим сохранению и повышению плодородия почв наряду с воздействием на общий уровень урожайности сельскохозяйственных культур .

Важнейший показатель почвенного плодородия - содержание в почве органического вещества, или гумуса.

Гумус влияет на тепловые, водные, воздушные свойства почвы, её поглотительную способность и биологическую активность, он в значительной мере определяет агрофизические, физико-химические, агрохимические свойства почвы, а так же служит запасным источником элементов питания для растений. От запасов гумуса в почве зависит урожайность сельскохозяйственных культур.

При недостаточном внесении удобрений урожай сельскохозяйственных культур формируется в основном за счёт почвенных запасов питательных веществ, прежде всего азота, освобождаемых при минерализации гумуса.

Для поддержания бездефицитного баланса гумуса применение навоза (или других органических удобрений в эквивалентных количествах в зависимости от степени гумификации) должно составлять 7?15 т/га в год.

Результаты многолетних исследований в полевых опытах на дерново-подзолистых почвах различного гранулометрического состава показывает, что при выращивании сельскохозяйственных культур без внесения удобрений наблюдаются значительное снижение органического вещества в почвах по сравнению с исходным уровнем и, как следствие, существенный недобор урожая. Систематическое применение сбалансированных по питательным веществам систем удобрения, к которым прежде всего относятся комплексные, органо-минеральные системы, способствует восполнению запасов гумуса в почвах, улучшению их фосфатного и калийного режимов, что сопровождается ростом продуктивности выращиваемых культур и севооборотов в целом. Органические (биологические) системы удобрения в условиях Нечерноземной зоны России уступают органо-минеральным по продуктивности сельскохозяйственных культур и не имеют значимых различий по качеству растительной продукции.

Известкование и внесение органических удобрений ограничивают поступление в растения и накопление в товарной продукции сельскохозяйственных культур ряда тяжёлых металлов, подвижность которых снижается при нейтрализации почв и вследствие сорбции органическим веществом и образования с ним металлоорганических комплексов .

Одним из методов повышения плодородия почвы является комплексное агрохимическое окультуривание полей, которое было внедрено в сельское хозяйство в 80-е годы прошлого столетия. Этот метод предусматривает в кротчайшие сроки, путём комплексного внесения минеральных и органических удобрений, мелиорантов и средств защиты растений повысить до оптимального уровня плодородия почв и обеспечить получение запланированной урожайности сельскохозяйственных культур в севообороте .

Применение минеральных и органических удобрений на почвах ЦЧЗ пополняет запасы доступных форм азота, фосфора и калия, повышает урожайность сельскохозяйственных культур. Об этом свидетельствуют многочисленные данные, полученные в научно-исследовательских учреждениях .

В условиях чернозёмного типа почвообразования фосфор всегда остаётся лимитирующим элементом в формировании продуктивности зерновых культур, а в условиях серых лесных почв таковыми являются одновременно фосфор и калий. Это означает, что калий - лимитирующий элемент не только для серых лесных почв, но и для дерново-подзолистых, формирующихся в более влажных условиях .

Результаты мониторинга плодородия почв, проводимого агрохимической службой, показывают уменьшение в почве органического вещества и основных питательных элементов, что негативно отражается на продуктивности и экономической эффективности сельскохозяйственного производства. В настоящее время 31 % пахотных земель имеют повышенную кислотность, 52 % ? низкое содержание гумуса, 22 % ? недостаток фосфора и 9 % ? недостаток калия .

Разные биогенные элементы, попадая в почву с удобрениями, претерпевают существенные превращения. Одновременно они оказывают значительное влияние на плодородие почвы.

Да и свойства почвы, в свою очередь, могут оказывать на вносимые удобрения как позитивное, так и негативное влияние. Эта взаимосвязь удобрений и почвы является весьма сложной и требует глубоких и обстоятельных исследований. С превращениями удобрений в почве связаны и различные источники их потерь. Эта проблема представляет собой одну из основных задач агрохимической науки. Р. Kundler et al. (1970) в общем виде показывают следующие возможные превращения различных химических соединений и связанные с ними потери питательных элементов путем вымывания, улетучивания в газообразной форме и закрепления в почве.

Вполне понятно, что это лишь некоторые показатели превращения различных форм удобрений и питательных элементов в почве, они еще далеко не охватывают многочисленные пути превращения различных минеральных удобрений в зависимости от типа и свойств почвы.

Поскольку почва является важным звеном биосферы, она прежде всего подвергается сложному комплексному воздействию вносимых удобрений, которые могут оказывать следующее влияние на почву: вызывать подкисление или подщелачивание среды; улучшать или ухудшать агрохимические и физические свойства почвы; способствовать обменному поглощению ионов или вытеснять их в почвенный раствор; способствовать пли препятствовать химическому поглощению катионов (биогенных и токсических элементов); способствовать минерализации или синтезу гумуса почвы; усиливать или ослаблять действие других питательных элементов почвы или удобрений; мобилизовать или иммобилизовать питательные элементы почвы; вызывать антагонизм или синергизм питательных элементов и, следовательно, существенно влиять на их поглощение и метаболизм в растениях.

В почве может быть сложное прямое или косвенное взаимовлияние между биогенными токсичными элементами, макро — и микроэлементами, а это оказывает значительное влияние на свойства почвы, рост растений, их продуктивность и качество урожая.

Так, систематическое применение физиологически кислых минеральных удобрений на кислых дерново-подзолистых почвах повышает их кислотность и ускоряет вымывание из пахотного слоя кальция и магния и, следовательно, увеличивает степень ненасыщенности основаниями, снижая почвенное плодородие. Поэтому на таких ненасыщенных почвах применение физиологически кислых удобрений необходимо сочетать с известкованием почвы и нейтрализацией вносимых минеральных удобрений.

Двадцатилетнее применение удобрений в Баварии на иловатой, плохо дренированной почве в сочетании с известкованием под травы привело к повышению pH с 4,0 до 6,7. В поглощаемом комплексе почвы обменный алюминий заменился кальцием, что привело к значительному улучшению свойств почвы. Потери же кальция в результате выщелачивания составили 60-95% (0,8-3,8 ц/га в год). Как показали расчеты, ежегодная потребность в кальции составила 1,8-4 ц/га. В этих опытах урожай сельскохозяйственных растений хорошо коррелировал со степенью насыщенности почвы основаниями. Авторы пришли к выводу, что для получения высокого урожая необходимы pH почвы >5,5 и высокая степень насыщенности основаниями (V = 100%); при этом удаляется обменный алюминий из зоны наибольшего размещения корневой системы растений.

Во Франции выявлено большое значение кальция и магния в повышении плодородия почв и улучшении их свойств. Установлено, что выщелачивание приводит к обеднению запаса кальция и магния

в почве. В среднем ежегодные потери кальция составляют 300 кг/га (200 кг на кислой почве и 600 кг на карбонатной), а магния - 30 кг/га (на песчаных почвах они достигали 100 кг/га). Кроме того, некоторые культуры севооборота (бобовые, технические и др.) выносят значительные количества кальция и магния из почвы, поэтому следующие за ними зерновые культуры часто обнаруживают симптомы недостаточности этих элементов. Не нужно забывать также, что кальций и магний выполняют роль физико-химических мелиорантов, оказывая благоприятное влияние на физические и химические свойства почвы, а также на ее микробиологическую деятельность. Это косвенно влияет на условия минерального питания растений другими макро — и микроэлементами. Для поддержания плодородия почвы необходимо восстановление уровня содержания кальция и магния, потерянных в результате выщелачивания и выноса из почвы сельскохозяйственными культурами; для этого ежегодно следует вносить 300-350 кг CaO и 50-60 кг MgO на 1 га.

Задача заключается не только в восполнении потерь этих элементов вследствие выщелачивания и выноса сельскохозяйственными культурами, но и в восстановлении плодородия почвы. В этом случае нормы внесения кальция и магния зависят от первоначального значения pH, содержания в почве MgO и фиксирующей способности почвы, т. е. прежде всего от содержания в ней физической глины и органического вещества. Подсчитано, что для повышения pH почвы на одну единицу нужно внести извести от 1,5 до 5 т/га, в зависимости от содержания физической глины (<10% - >30%), Чтобы повысить содержание магния в пахотном слое почвы на 0,05%, нужно внести 200 кг MgO/га.

Очень важно установить правильные дозы извести в конкретных условиях ее применения. Этот вопрос не настолько прост, как часто его представляют. Обычно дозы извести устанавливают в зависимости от степени кислотности почвы и насыщенности ее основаниями, а также разновидности почвы. Эти вопросы требуют дальнейшего, более глубокого изучения в каждом конкретном случае. Важен вопрос о периодичности внесения извести, дробности внесения в севообороте, сочетании известкования с фосфоритованием и внесением других удобрений. Установлена необходимость в опережающем известковании как условии для повышения эффективности минеральных удобрений на кислых почвах таежно-лесной и лесостепной зон. Известкование существенно влияет на подвижность макро — и микроэлементов внесенных удобрений и самой почвы. А это сказывается на продуктивности сельскохозяйственных растений, качестве продуктов питания и кормов, а следовательно, на здоровье человека и животных.

М. Р. Sheriff (1979) считает, что о возможном переизвестковании почв можно судить по двум уровням: 1) когда продуктивность пастбищ и животных не повышается при дополнительном внесении извести (это автор называет максимальным экономическим уровнем) и 2) когда известкование нарушает баланс питательных веществ в почве, и это отрицательно сказывается на продуктивности растений и здоровье животных. Первый уровень на большей части почв наблюдается при pH около 6,2. На торфяных почвах максимальный экономический уровень отмечается при pH 5,5. Некоторые пастбища на легких вулканических почвах не обнаруживают каких-либо признаков отзывчивости на известь при их природной величине pH 5,6.

Необходимо строго учитывать требования возделываемых культур. Так, чайный куст предпочитает кислые красноземы и желтоземно-подзолистые почвы, известкование угнетает эту культуру. Внесение извести отрицательно влияет на лен, картофель (подробности ) и другие растения. Наиболее хорошо отзываются на известь бобовые культуры, которые угнетаются на кислых почвах.

Проблема же продуктивности растений и здоровья животных (второй уровень) чаще всего возникает при рН = 7 и более. Кроме того, почвы различаются по скорости и степени отзывчивости на известь. Например, согласно М. Р. Sheriff (1979), чтобы изменить pH с 5 до 6 для легких почв, ее требуется около 5 т/га, а для тяжелой глинистой почвы в 2 раза большее количество. Важно учитывать также содержание карбоната кальция в известковом материале, а также рыхлость породы, тонину ее помола и т. д. С агрохимической точки зрения весьма важно учитывать мобилизацию и иммобилизацию макро — и микроэлементов в почве под действием известкования. Установлено, что известь мобилизует молибден, который в избыточных количествах может отрицательно влиять на рост растений и здоровье животных, но одновременно наблюдаются симптомы недостаточности меди у растений и скота.

Применение удобрений может не только мобилизовывать отдельные питательные элементы почвы, но и связывать их, превращая в недоступную для растений форму. Исследования, проведенные в нашей стране и за рубежом, показывают, что одностороннее использование высоких доз фосфорных удобрений часто значительно снижает содержание подвижного цинка в почве, вызывая цинковое голодание растений, что отрицательно сказывается на количестве и качестве урожая. Поэтому применение высоких доз фосфорных удобрений часто вызывает необходимость внесения цинкового удобрения. Больше того, внесение одного фосфорного или цинкового удобрения может не дать эффекта, а совместное их применение привести к значительному положительному их взаимодействию.

Можно привести немало примеров, свидетельствующих о положительном и отрицательном взаимодействии макро- и микроэлементов. Во Всесоюзном научно-исследовательском институте сельскохозяйственной радиологии изучали влияние минеральных удобрений и известкования почвы доломитом на поступления радионуклида стронция (90 Sr) в растения. Содержание 90 Sr в урожае ржи, пшеницы и картофеля под влиянием полного минерального удобрения снижалось в 1,5-2 раза по сравнению с неудобренной почвой. Наименьшее содержание 90 Sr в урожае пшеницы было в вариантах с высокими дозами фосфорных и калийных удобрений (N 100 P 240 K 240), а в клубнях картофеля - при внесении высоких доз калийных удобрений (N 100 P 80 K 240). Внесение доломита снизило накопление 90 Sr в урожае пшеницы в 3-3,2 раза. Внесение полного удобрения N 100 P 80 K 80 на фоне известкования доломитом уменьшало накопление радиостронция в зерне и соломе пшеницы в 4,4-5 раз, а при дозе N 100 P 240 K 240 - в 8 раз по сравнению с содержанием без известкования.

Ф. А. Тихомиров (1980) указывает на четыре фактора, влияющие на размеры выноса радионуклидов из почв урожаем растений: биогеохимические свойства техногенных радионуклидов, свойства почвы, биологические особенности растений и агрометеорологические условия. Например, из пахотного слоя типичных почв европейской части СССР выводится в результате миграционных процессов 1-5% содержащегося в нем 90 Sr и до 1 % 137 Cs; на легких почвах скорость удаления радионуклидов из верхних горизонтов существенно выше, чем на тяжелых. Лучшая обеспеченность растений питательными элементами и их оптимальное соотношение снижают поступление радионуклидов в растения. Культуры с глубоко проникающими корневыми системами (люцерна) меньше накапливают радионуклидов, чем с поверхностными корневыми системами (райграс).

На основе экспериментальных данных в лаборатории радиоэкологии МГУ научно обоснована система агромероприятий, реализация которых существенно снижает поступление радионуклидов (стронция, цезия и др.) в продукцию растениеводства. Эти мероприятия включают: разбавление поступающих в почву радионуклидов в виде практически невесомых примесей их химическими аналогами (кальций, калий и др.); уменьшение степени доступности радионуклидов в почве внесением веществ, переводящих их в менее доступные формы (органическое вещество, фосфаты, карбонаты, глинистые минералы); заделка загрязненного слоя почвы в подпахотный горизонт за пределы зоны распространения корневых систем (на глубину 50-70 см); подбор культур и сортов, накапливающих минимальные количества радионуклидов; размещение на загрязненных почвах технических культур, использование этих почв под семенные участки.

Эти мероприятия могут быть использованы и для снижения загрязнения сельскохозяйственной продукции и токсическими веществами нерадиоактивной природы.

Исследованиями Е. В. Юдинцевой и др. (1980) также установлено, что известковые материалы снижают накопление 90 Sr из дерново-подзолистой супесчаной почвы в зерне ячменя примерно в 3 раза. Внесение повышенных доз фосфора на фоне доменных шлаков снижало содержание 90 Sr в соломе ячменя в 5-7 раз, в зерне - в 4 раза.

Под влиянием известковых материалов содержание цезия (137 Cs) в урожае ячменя снижалось в 2,3-2,5 раза по сравнению с контролем. При совместном внесении высоких доз калийных удобрений и доменных шлаков содержание 137 Cs в соломе и зерне снижалось в 5-7 раз по сравнению с контролем. Действие извести и шлаков на уменьшение накопления радионуклидов в растениях более резко выражено на дерново-подзолистой почве, чем на серой лесной.

Исследованиями ученых США установлено, что при использовании для известкования Ca(OH) 2 токсичность кадмия снижалась в результате связывания его ионов, применение же для известкования CaCO 3 было неэффективным.

В Австралии изучали влияние двуокиси марганца (MnO 2) на поглощение свинца, кобальта, меди, цинка и никеля растениями клевера. Установлено, что при добавлении в почву двуокиси марганца сильнее снижалось поглощение свинца и кобальта и в меньшей степени никеля; на поглощение же меди и цинка MnO 2 оказывала незначительное влияние.

В США также были проведены исследования по влиянию различного содержания свинца и кадмия в почве на поглощение кукурузой кальция, магния, калия и фосфора, а также на сухую массу растений.

Из данных таблицы видно, что кадмий оказывал негативное влияние на поступление всех элементов в 24-дневные растения кукурузы, а свинец замедлял поступление магния, калия и фосфора. Кадмий также отрицательно влиял на поступление всех элементов в 31-дневные растения кукурузы, а свинец оказывал положительное действие на концентрацию кальция и калия и отрицательное - на содержание магния.

Эти вопросы имеют важное теоретическое и практическое значение, особенно для земледелия в индустриально развитых районах, где увеличивается накопление ряда микроэлементов, в том числе и тяжелых металлов. В то же время возникает необходимость в более глубоком изучении механизма взаимодействия различных элементов на поступление их в растение, на формирование урожая и качество продукции.

В университете штата Иллинойс (США) также изучали влияние взаимодействия свинца и кадмия на поглощение их растениями кукурузы.

У растений отмечена определенная тенденция повышать поглощение кадмия в присутствии свинца; почвенный кадмий, наоборот, снижал поглощение свинца в присутствии кадмия. Оба металла в испытанных концентрациях подавляли вегетативный рост кукурузы.

Представляют интерес выполненные в ФРГ исследования по влиянию хрома, никеля, меди, цинка, кадмия, ртути и свинца на поглощение фосфора и калия яровым ячменем и перемещение этих питательных элементов в растении. В исследованиях были использованы меченые атомы 32 Р и 42 К. Тяжелые металлы в питательный раствор добавляли в концентрации от 10 -6 до 10 -4 мол/л. Установлено значительное поступление тяжелых металлов в растение с повышением их концентрации в питательном растворе. Все металлы оказывали (в разной мере) ингибирующее действие как на поступление фосфора и калия в растения, так и на перемещение их в растении. Ингибирующее действие на поступление калия проявлялось в большей мере, чем фосфора. Кроме того, перемещение обоих питательных элементов в стебли подавлялось сильнее, чем поступление в корни. Сравнительное действие металлов на растение происходит в следующем нисходящем порядке: ртуть → свинец → медь → кобальт → хром → никель → цинк. Этот порядок соответствует электрохимическому ряду напряжений элементов. Если действие ртути в растворе отчетливо проявлялось уже при концентрации 4∙10 -7 мол/л (= 0,08 мг/л), то действие цинка - только при концентрации выше 10 -4 мол/л (=6,5 мг/л).

Как уже отмечалось, в индустриально развитых районах происходит накопление в почве различных элементов, в том числе тяжелых металлов. Вблизи крупных автострад Европы и Северной Америки весьма ощутимо влияние на растения соединений свинца, поступающих в воздух и почву с выхлопными газами. Часть соединений свинца попадает через листья в ткани растений. Многочисленными исследованиями установлено повышенное содержание свинца в растениях и почве на расстоянии до 50 м в сторону от автострад. Отмечены случаи отравления растений в местах особенно интенсивного воздействия выхлопных газов, например елей на расстоянии до 8 км от крупного Мюнхенского аэропорта, где производится около 230 вылетов самолетов в день. В хвое ели содержалось свинца в 8-10 раз больше, чем в хвое в незагрязненных районах.

Соединения других металлов (меди, цинка, кобальта, никеля, кадмия и др.) заметно влияют на растения вблизи металлургических предприятий, поступая как из воздуха, так и из почвы через корни. В таких случаях особенно важно изучение и внедрение приемов, предотвращающих избыточные поступления токсических элементов в растения. Так, в Финляндии определяли содержание свинца, кадмия, ртути, меди, цинка, марганца, ванадия и мышьяка в почве, а также салате, шпинате и моркови, выращиваемых вблизи промышленных объектов и автострад и на чистых участках. Исследовали также дикорастущие ягоды, грибы и луговые травы. Установлено, что в зоне действия промышленных предприятий содержание свинца в салате колебалось от 5,5 до 199 мг/кг сухой массы (фон 0,15-3,58 мг/кг), в шпинате - от 3,6 до 52,6 мг/кг сухой массы (фон 0,75-2,19), в моркови - 0,25-0,65 мг/кг. Содержание свинца в почве составило 187-1000 мг/кг (фон 2,5-8,9). Содержание свинца в грибах достигало 150 мг/кг. По мере удаления от автострад содержание свинца в растениях снижалось, например, в моркови с 0,39 мг/кг на расстоянии 5 м до 0,15 мг/кг на расстоянии 150 м. Содержание кадмия в почве менялось в пределах 0,01-0,69 мг/кг, цинка - 8,4-1301 мг/кг (фоновые концентрации соответственно были 0,01-0,05 и 21,3-40,2 мг/кг). Интересно заметить, что известкование загрязненной почвы снижало содержание кадмия в салате с 0,42 до 0,08 мг/кг; калийные же и магниевые удобрения не оказывали на него заметного влияния.

В зонах сильного загрязнения содержание цинка в травах было высокое - 23,7-212 мг/кг сухой массы; содержание мышьяка в почве 0,47-10,8 мг/кг, в салате - 0,11-2,68, шпинате - 0,95-1,74, моркови - 0,09-2,9, лесных ягодах - 0,15-0,61, грибах - 0,20-0,95 мг/кг сухого вещества. Содержание ртути в окультуренных почвах было 0,03-0,86 мг/кг, в лесных почвах - 0,04-0,09 мг/кг. Заметных различий в содержании ртути в разных овощах не обнаружено.

Отмечается действие известкования и затопления полей на снижение поступления кадмия в растения. Например, содержание кадмия в верхнем слое почвы рисовых полей в Японии составляет 0,45 мг/кг, а его содержание в рисе, пшенице и ячмене на незагрязненной почве соответственно 0,06 мг/кг, 0,05 и 0,05 мг/кг. Наибольшей чувствительностью к кадмию отличается соя, у которой снижение роста и массы зерен происходит при содержании в почве кадмия 10 мг/кг. Накопление же кадмия в растениях риса в количестве 10-20 мг/кг вызывает подавление их роста. В Японии ПДК кадмия в зерне риса - 1 мг/кг.

В Индии существует проблема токсичности меди вследствие большого накопления ее в почвах, расположенных около медных рудников в Бихаре. Токсичный уровень цитрат ЭДТА-Си > 50 мг/кг почвы. Ученые Индии изучали также влияние известкования на содержание меди в дренажной воде. Нормы извести были 0,5, 1 и 3 от требуемой для известкования. Исследования показали, что известкование не решает проблему токсичности меди, поскольку 50-80% выпавшей в осадок меди оставалось в доступной для растений форме. Содержание доступной меди в почвах зависело от нормы известкования, первоначального содержания меди в дренажной воде и свойств почвы.

Исследованиями установлено, что типичные симптомы недостаточности цинка наблюдались у растений, выращиваемых в питательной среде, содержащей этого элемента 0,005 мг/кг. Это приводило к подавлению роста растений. В то же время цинковая недостаточность у растений способствовала значительному увеличению адсорбции и транспорта кадмия. С повышением концентрации цинка в питательной среде поступление кадмия в растения резко снижалось.

Большой интерес представляет изучение взаимодействия отдельных макро — и микроэлементов в почве и в процессе питания растений. Так, в Италии изучали влияние никеля на поступление фосфора (32 Р) в нуклеиновые кислоты молодых листьев кукурузы. Опыты показали, что низкая концентрация никеля стимулировала, а высокая подавляла рост и развитие растений. В листьях растений, выращиваемых при концентрации никеля 1 мкг/л, поступление 32 Р во все фракции нуклеиновых кислот было более интенсивное, чем на контроле. При концентрации никеля 10 мкг/л поступление 32 Р в нуклеиновые кислоты заметно снижалось.

Из многочисленных данных исследований можно сделать вывод, что для предотвращения отрицательного влияния удобрений на плодородие и свойства почвы научно обоснованная система удобрения должна предусматривать недопущение или ослабление возможных негативных явлений: подкисления или подщелачивания почвы, ухудшения агрохимических ее свойств, необменного поглощения биогенных элементов, химического поглощения катионов, чрезмерной минерализации гумуса почвы, мобилизации повышенного количества элементов, приводящей к токсическому их действию и т. д.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .

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.