CC BY
31УДК 631.41:631.8
ОЦЕНКА ЗАГРЯЗНЕННОСТИ ЧЕРНОЗЕМОВ СЕВЕРНОГО КАЗАХСТАНА, ОБУСЛОВЛЕННОЙ ПРИМЕНЕНИЕМ УДОБРЕНИЙ И ПЕСТИЦИДОВ
Т.Д. Джаланкузов, Г.Д. Исенова, ГТ. Жаманбаева
ТОО «Казахский научно - исследовательский институт почвоведения и агрохимии имени У.У. Успанова», 050060, Казахстан, Алматы, Академгородок, пр-т Аль-Фараби,
75в, E-mail: [email protected]
В работе освещены динамика тяжелых металлов и вопросы загрязненности почв в связи с применением удобрений и пестицидов.
ВВЕДЕНИЕ Накопление тяжелых металлов в почве приводит к повышению концентрации их в растениях, что влияет на здоровье населения. Кроме того, при значительных накоплениях этих металлов снижается плодородие почв вплоть до полной его потери.
Загрязнение почв идет несколькими путями. Их можно отнести к техническим - это промышленные выбросы, продукты сгорания топлива, средства химизации сельского хозяйства, сточные воды.
Даже применение удобрений несет опасность загрязнения почв. Применение суперфосфата чревато загрязнением почв фтором и кадмием. Однако наибольшие опасения вызывает применение гербицидов, содержащих наиболее мобильные формы токсичных элементов, которые мигрируют в дальнейшем по профилю почвы, легко переносятся поверхностным и внутрипочвенным стоком, загрязняют грунтовые воды и открытые водоемы.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ Объектами исследований были черноземы обыкновенные и южные Коста-найской области, находящиеся в целинном и пахотном состоянии, на территории Костанайского научно-исследовательского института сельского хозяйства и Карабалыкской сельскохозяйственной опытной станции. Исследования проводились маршрутно-ключевым и стационарным методами.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Оценка загрязненности почв проводится обычно путем сопоставления содержания загрязняющих элементов и веществ в изучаемых почвах с их фоновым содержанием с одной стороны, и их предельно-допустимым содержанием (ПДК) с другой стороны .
Вопрос оценки загрязненности почв на основе сопоставления с фоновым содержанием весьма не прост по нескольким причинам.
Во-первых, опасные химические элементы, загрязняющие почвы - токсиканты Cd, РЬ, As, Se и др.) и микроэлементы (Мо, Мп, Си, Со, Sr, Ва, 2п, N и др.) поступают из естественных и антропогенных источников, а задачи оценки загрязненности требуют учета доли лишь антропогенной составляющей.
Во-вторых, указанные элементы являются природными компонентами почв, содержание которых обусловлено составом почвообразующих пород и характером почвообразовательных процессов, причем их содержание в пахотном слое в большей степени обусловлено характером пород, чем чисто почвенными факторами (типом почв). На уровень содержания микроэлементов оказывает влияние и механический состав почв.
В-третьих, в связи с непрерывно продолжающимся поступлением химических элементов в почвы в силу антропогенных процессов, вопрос их фонового содержания можно рассматривать лишь
условно, понимая под этим суммарный фон, имеющий природную и антропогенную составляющую.
Различают прямое и косвенное загрязнение. К прямым относят загрязнения:
- отходами промышленных произ-возств, свалками, очистными шлаками, а также отдельными, особо опасными, образцами бытовых или промышленных отходов - например, отработанными аккумуляторами, батарейками и др.;
- пестицидами и химикатами в результате широкого и, недостаточно контролируемого и экологически необоснованного их применения в сельском хозяйстве;
- различными токсичными продуктами в результате аварий на транспорте и др.
К косвенным относят загрязнения, обусловленные переносом загрязнений из других сред в почву, в частности:
- с атмосферными осадками и выпадениями в почву попадают тяжеллые металлы, кислотные (щелочные) агенты и др., содержашиеся в воздухе в растворенном или взвешенном состоянии;
- с талыми, поверхностными и грунтовыми водами в почву попадают и разносятся загрязнения, содержашиеся на поверхности территорий техногенных зон, автодорог и т.д.
Изучение содержания тяжелых металлов в почве и их трансформация представляет собой особое экологическое и биологическое значение. Судьба этих элементов, попадающих в почву, зависит от химических и физических свойств. Поэтому огромный интерес представляет прогноз их изменений при длительной сельскохозяйственной обработке черноземов. Исследования показали, что тяжелые металлы варьируют в черноземах в широких пределах (таблица 1).
Были проведены исследования по прямому загрязнению почв пестицидами и химикатами в результате широкого, недостаточно контролируемого и экологически необоснованного их применения в сельском хозяйстве (таблицы 2, 3).
Применение минеральных удобрений в сельском хозяйстве - это масштабный и трудно контролируемый процесс, приводящий к значительному превышению вносимых удобрений над требуемым, для восполнения их естественной убыли. В результате возникает опасность ухудшения качества продуктов питания и загрязнения, сопряженных с почвой атмосферы и природных вод избытков агрохимикатов.
Избыточный азот накапливается в основном в форме нитратов. Так как в этой форме азот почвой не сорбируется, он легко вымывается из почвы, переходит в грунтовые воды и близлежащие водоемы. Помимо отрицательного воздействия на рост растений, наличие избыточного азота и его вымывание приводит к тому, что также сильно вымывается калий, в меньшей степени - фосфор.
Вместе с тем, негативные последствия для окружающей среды и для людей возможны и при использовании, казалось бы «экологически чистых» органических удобрений. В связи с возрастанием масштабов применения органических удобрений, при их попадании с полей в водоемы, в последних создаются условия, благоприятные для размножения патогенных бактерий, грибков. Например, размножение в водоеме почвенной амебы может приводить к заболеваниям людей менингоэнцефалитом при купании.
Помимо минеральных удобрений к средствам интенсивной химизации сельскохозяйственного производства относятся пестициды. В настоящее вре-
Таблица 1 - Содержание подвижных микроэлементов в черноземах южных и обыкновенных Северного Казахстана (п. Талапкер, п. Карабалык, мг/кг)
Варианты опыта Глубина взятия образцов, см Zn мг/кг мг/кг Pb мг/кг Cd мг/кг Mn мг/кг Fe мг/кг мг/кг
чернозем южный пашня (Талапкер) 0-10 0,7 0,5 5,1 0,2 57,6 2,5 3,5
10-20 0,6 0,3 7,7 0,3 40,3 4,1 1,9
20-30 0,3 0,5 7,6 0,2 37,5 5,4 2,4
30-40 0,3 0,5 5,1 0,5 21,1 3,2 2,3
40-50 1,9 0,8 7,2 0,5 35,7 4,3 5,8
50-60 1,2 0,8 7,7 0,8 39,4 2,3 5,5
60-70 1,6 0,8 7,7 0,5 46,2 9,8 3,7
70-80 1,0 1,1 5,1 0,8 49,0 8,2 3,4
80-90 1,3 1,3 11,8 0,8 52,1 10,7 4,2
90-100 1,5 1,8 11,6 0,8 55,0 14,2 6,4
чернозем южный целина (Талапкер) 0-10 1,2 0,2 11,3 0,7 67,2 12,3 2,3
10-20 0,4 1,3 6,1 0,4 57,2 16,3 1,6
20-30 1,6 1,1 5,6 0,6 38,2 14,2 1,1
30-40 1,2 0,9 7,7 1,0 31,3 9,6 1,6
40-50 1,9 1,4 8,7 1,0 42,7 13,7 1,9
50-60 0,5 1,4 9,8 1,0 43,1 15,1 3,1
60-70 0,7 1,4 13,4 1,0 45,7 12,8 3,8
70-80 1,0 0,8 13,4 1,0 49,0 15,1 5,1
80-90 0,8 0,8 11,3 1,0 57,4 18,9 6,2
90-100 1,0 1,0 13,9 0,8 58,6 18,7 5,1
чернозем обыкновенный пашня (Карабалык) 0-10 92,0 43,2 28,4 1,6 396,4 2188,00 24,4
10-20 89,6 28,4 38,4 1,2 390,0 21736,0 23,2
20-30 84,0 24,4 35,6 1,2 378,0 21048,0 21,2
30-40 90,0 23,6 35,6 1,2 390,0 23336,0 26,4
40-50 96,8 23,2 39,6 1,6 353,0 20984,0 24,8
50-60 88,4 21,6 38,4 1,2 363,6 20504,0 29,6
60-70 83,6 20,8 42,8 1,6 356,4 19768,0 23,6
70-80 94,4 21,2 42,8 1,6 335,2 19040,0 25,2
80-90 78,8 18,8 50,0 2,0 346,8 20608,0 26,4
90-100 77,2 20,4 44,0 2,0 331,2 20520,0 26,8
чернозем обыкновенный целина (Карабалык) 0-10 106,0 25,4 50,0 1,6 428,4 19800,0 27,2
10-20 86,8 22,0 41,2 1,2 376,8 20088,0 23,6
20-30 90,0 23,2 50,0 1,2 380,8 21512,0 26,8
30-40 91,6 24,8 42,8 1,6 370,4 21808,0 25,2
40-50 88,0 24,0 43,6 2,0 364,0 22192,0 25,2
50-60 83,2 23,6 40,4 2,0 349,2 20800,0 18,4
60-70 86,0 22,0 41,6 1,6 324,8 19624,0 14,0
70-80 77,2 20,0 43,2 2,4 318,0 19632,0 15,6
80-90 70,4 20,8 42,0 2,8 316,4 19160,0 17,6
90-100 74,8 20,4 43,6 2,4 324,0 18504,0 18,4
Таблица 3 - Результаты определения остаточных количеств гербицидов южных черноземах Костанайской области
Таблица 2 - Результаты определения остаточных количеств гербицида в обыкновен-
ных черноземах Костанайской области
Варианты Норма расхода, л/га Культура Почва Содержание микроколичеств, мг/кг
Раундап экстра, 54% в.р. (глифосат, 540 г/л) 0,7 пшеница, просо Ьсрок, чернозем обыкновенный, целина не обн.
пшеница, просо Ьсрок, чернозем обыкновенный, пашня не обн.
Раундап экстра, 54% в.р. (глифосат, 540 г/л) 0,7 пшеница, просо П-срок, чернозем обыкновенный, целина не обн.
пшеница, просо П-срок, чернозем обыкновенный, пашня не обн.
Варианты Норма расхода, л/га Культура Почва Содержание микроколичеств, мг/кг
Раундап экстра, 54% в.р. (глифосат, 540 г/л) 0,7 яровая пшеница Ьсрок, чернозем южный целина не обн.
Ьсрок, чернозем южный пашня не обн.
Раундап экстра, 54% в.р. (глифосат, 540 г/л) 0,7 яровая пшеница П-срок, чернозем южный целина не обн.
П-срок, чернозем южный пашня не обн.
мя человеком используется свыше 400 наименований пестицидов, но ПДК определены лишь для 30-ти.
Наиболее устойчивыми к разложению в условиях почвы являются хлорор-ганические пестициды. Они обладают и наиболее выраженными кумулятивными свойствами, т.е. способны накапливаться в тканях растений и животных, передаваться по пищевым цепям.
При обработке посевов пестицидами основная часть остается на поверхности почвы и растений. Пестициды адсорбируются органическим веществом и минеральными коллоидами почв. Есть данные, что гумусовые вещества адсорбируют до 80 % пестицидов. Избытки пестицидов мигрируют, попадая в грунтовые воды. Накапливаясь в почве и распространяясь с грунтовыми водами, пестициды могут передаваться по цепям питания и вызывать заболевания людей и животных.
Применение минеральных удобрений и пестицидов рассматривается некоторыми учеными как намеренное загрязнение почвы, приводящее к различным экологическим проблемам.
Охрана почв от избытка удобрений и пестицидов имеет ряд общих организационных мер. К ним относятся разработка новых длительно действующих гранулированных форм удобрений; применение комплексных форм химикатов; использование рациональной технологии внесения, создание и применение менее токсичных и менее стойких соединений и уменьшение доз их внесения в почву; соблюдения правил хранения и транспортировки и т.д.
В настоящее время для защиты сельскохозяйственных культур от вредных организмов широко применяются пестициды, которые предотвращают снижения потерь урожая.
В целом в сельском хозяйстве Казахстана применяется около 250 наименований химических средств [1].
Пестициды, применяемые в сельском хозяйстве, как средство борьбы с вредителями, болезнями растений и сорняками, в большей или меньшей степени ядовиты для животных и человека. Широкое их применение оказывает всевозрастающее влияние не только на растения, но и на все живое население Земли. Примечательно, что лишь небольшая доза пестицидов достигает организмов, действительно подлежащих уничтожению. Значительная же их часть отрицательно действует на полезные организмы, в том числе обитающие в почвах. Ядохимикаты влияют на микрофлору и микрофауну почвы, вызывают заметные сдвиги в биохимических и микробиологических процессах, сопровождающихся повышенным образованием и выделением углекислого газа, аммиака, аминокислот и других продуктов метаболизма. При этом изменяется ход и интенсивность процессов распада органических веществ почвы - клетчатки, белка, сахаров.
Разложение пестицидов после их применения происходит под воздействием почвенной влаги, в результате диффузии с почвенным воздухом, в процессах сорбции и десорбции, миграции растворов, эмульсий, суспензий. Применение ядохимикатов и длительность их сохранения в почве зависят как от химического состава почв, так и от природы самих препаратов. Некоторые ядохимикаты претерпевают различные химические превращения, переходят в другие соединения, иногда более токсичные, чем исходные.
Управлять процессами разложения пестицидов в почве можно лишь при длительном знании ее свойств и факторов, определяющих эти процессы. Поэтому
меры защиты почв от накопления ядохимикатов основываются на детальном изучении свойств почв и поведения токсикантов, их биологической активности, погодно-климатических, агротехнических условий. Для каждой почвенно-климатической зоны страны должны разрабатываться свои рекомендации по применению и обезвреживанию пестицидов в сельскохозяйственных угодьях с учетом остаточного токсического действия и длительности сохранения их в почве.
Частично судьбу пестицидов в почве удается регулировать агротехническими приемами - обработкой, применением орошения и удобрений, выбором сорта и культуры, способом внесения токсикантов, его глубиной, сроком. В посевах пропашных культур и на паровых участках вследствие лучшей аэрации детоксика-ция пестицидов, по-видимому, происходит более интенсивно, чем в посевах зерновых. Здесь же необходимо отметить, что корне- и клубнеплоды поглощают и выносят ядохимикаты в больших количествах, нежели другие культуры.
Рекомендовано в ряде случаев заменять сплошную обработку посевов ленточной, которая не уступает первой по эффективности. Приняты меры ответственности за строгим соблюдением правил хранения и расходования ядохимикатов в сельском и лесном хозяйствах страны.
Однако почва — не единственный объект ландшафта, где концентрируются пестициды. Они фиксируются в грунтовых водах, родниках, открытых водоемах, накапливаются практически во всех живых организмах, растениях, наземных животных, птицах, насекомых в фауне водных объектов. Стала закономерностью их постоянная миграция по пеням питания организмов, включая человека.
Система использования сельскохозяйственных угодий должна быть направ-
лена па полную и скорейшую детоксика-цию всех биоцидов, поступивших в почвы. Микробиологическое разложение биоцидов - главный путь детоксика-ции почв, а всякая активизация микробиологической деятельности содействует исчезновению ядохимикатов из почв.
Сегодня вряд ли можно полностью отказаться от применения ядохимикатов. Рациональное использование пестицидов должно осуществляться путем снижения норм расхода препаратов, оптимизации сроков и способов применения, подбора препаратов, наиболее безвредных для среды и человека, сокращения обработок на основе учета экологических и экономических порогов вредности фитофагов.
Для оценки соответствия содержания остаточных количеств действующего вещества гербицида, раундап экстра, 54 % в.р. (глифосат, 540 г/л) в почве согласно действующим гигиеническим нормативам определены остаточные количества действующего вещества гербицида в пробах, отобранных согласно «Акту отбора проб». Пробы отбирались и хранились согласно «Унифицированным правилам отбора проб сельскохозяйственной продукций, продуктов питания и объектов окружающей среды для определения микроколичеств пестицидов» № 2051-79 (№ 6.01.001.97 г.) утвержденным Главным санитарным врачом РК [2].
Испытание раундап экстра, 54 % в.р. (глифосат, 540 г/л) проводилось научными сотрудниками ТОО «Карабалыкская СХОС» на севере Республики Казахстан.
Действующим веществом раундап экстра, 54 % в.р. (глифосат, 540 г/л) является глифосат. Эмпирическая формула глифосата - С3Н^05Р, молекулярная масса- 169,1.
Определение действующего вещества раундап экстра, 54 % в.р. (глифосат,
540 г/л) в почве проводили методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на приборе «Ажилент», с ультрафиолетовым детектором. Условия хроматографирования: колонка стальная, длиной 150 мм, внутренним диаметром 4,6 мм. Температура колонки 25ОС, подвижная фаза - ацетонитрил/вода (25/75 по объему), рабочая длина волны 254 нм. Чувствительность - 0,005 ед. абсорбции на шкалу. Объем вводимой аликвоты стандартного и анализируемого раствора 20 мкл. Диапазон определяемой концентрации 2-20 нг [3,4].
Стандартные растворы действующего вещества раундап - экстра, 54 % в.р. (глифосат 540 г/л) были представлены фирмой «Лезарт» с гарантией соответствия ГОСТу.
Данные таблицы 3 показывают, что при использовании гербицида раундап экстра, 54 % в.р. (глифосат, 540 г/л) с нормой расхода - 0,7 л/га против сорных растений на целине, пашне остаточные количества действующего вещества в обыкновенных черноземах не обнаружены. Это означает, что при обработке гербицидом раундап с 54 % действующим веществом глифосат при норме расхода 0,7 л/га в обыкновенных черноземах Кос-танайской области к периоду уборки урожая разлагается до нуля, одновременно оказывая биологический эффект против сорных растений на посевах пшеницы и просо.
В условиях п. Талапкер Костанайской области при использовании раундап экстра, 54 % в.р. (глифосат, 540 г/л) на посевах яровой пшеницы наблюдалось, что остаточные количества препарата в южных тяжелосуглинистых черноземах не обнаружены.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Применение минеральных удобрений и пестицидов в черноземной зоне Северного Казахстана может вызвать
негативные последствия вследствие несоблюдения норм внесения удорений; неукоснительно соблюдать рекомендации по применению пестицидов в сельскохозяйственных угодьях.
Исследования показали, что приме-
нение гербицидов против сорных растений на посевах пшеницы и проса к концу вегетации, перед уборкой полностью-разлагаются и не представляют опасности для окружающий среды и урожая сельскохозяйственных культур.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Справочник пестицидов (ядохимикатов), разрешенных к применению на территории Республики Казахстан. 2009 г. С. 179-182.
2. Унифицированные правила отбора проб сельскохозяйственной продукции, продуктов питания и объектов окружающей среды для определения микроколичеств пестицидов. №2051-79. С. 57-59.
3. Банкина Т.А., Петров М.Ю., Петрова Т.М., Банкин М.П. Хроматография в агроэкологии. Санкт-Петербург. 2002.587 с.
4. Долженко В.И. Сборник методических указаний по определению микроколичеств пестицидов в растениях, продуктах их переработки, почве и воде. Санкт-Петербург. 2002.90 с.
ТУЙ1Н
Мацалада ауыр металдардьщ динамикасы жэне тьщайтк;ыштар мен пестицидтерд1 колда-ну барысында топырактьщ ластануы сипатталган.
SUMMARY
In work dynamics of heavy metals and questions of impurity of soils in connection with application of fertilizers and pesticides are shined.
