CC BY
87
УДК 502.56/.568:631.812.12
Мальований М.С., д.т.н., професор, © ([email protected]) Тимчук I.C., ([email protected])
Нацюналънийутверситет "Лъвгвсъка полтехтка"
НЕГАТИВНИЙ ВПЛИВ М1НЕРАЛЬНИХ ДОБРИВ НА АГРОЕКОСИСТЕМУ ТА ЙОГО М1Н1М13АЦ1Я МЕТОДОМ КАПСУЛЮВАННЯ ДОБРИВ
Розглянут1 аспекти негативного впливу м1нералъних добрив, ям вноситься nid nocieu сшъсъкогосподарсъких рослин. Показано, що забруднення навколишнъого середовища може бути значно зменшене у випадку капсулювання добрив. Сформовано напрямки подалъших досл1джень для оцгнки перспективности застосування капсулъованих мгнералъних добрив усыъсъкому zocnodapcmei.
Ключое1 слова: капсулъоват мтералът добрива, навколишне природне середовище, агроеколог1я, агроекосистема.
Вступ: 3 агроеколопчно! точки зору важливими для оцшки можливо! негативно! ди мшеральних добрив на довкшля е: кшьккний та яюсний склад мшеральних добрив, у тому числ1 домшок; особливост1 впливу на грунтовий комплекс i, в тому числ1 на кислотно-основш властивосп грунтового розчину; процеси вилуговування та Mirpan;iï бюгенних елемент1в та токсикант1в; актившсть мжробюлопчних та бюх1м1чних процеав у грунтц вплив на яккть сшьськогосподарсько! продукцп.
Матер1али та метод и: Розглянемо детальшше процеси надходження i поширення бюлопчно активних елемент1в (БАЕ) у агроекосистем1 (рис.1, [1]).
1снуе два основних джерела надходження БАЕ у агроекосистему: з атмосфери (промислове забруднення) та застосування мшеральних добрив. Як видно i3 рис.1, бшьша частина 6ioxiMÎ4HO активних елеменгав, що надходить з мшеральними добривами, потрапляе в обмшний фонд i дал1 циркулюе в межах агроекосистеми. Рисунок 1 свщчить, що для того, щоб суттево зменшити надходження БАЕ в агроекосистему, необхщно контролювати кшьккний та яккний склад мшеральних добрив. Одним i3 шлях1в мш1м1зацп негативного впливу незасвоених рослинами мшеральних добрив на навколишне середовище е використання добрив пролонговано! дп, зокрема капсульованих природними дисперсними мшералами.
Результати дослщження: У випадку використання замкть традицшних вид1в добрив капсульованих, в Украм можна було б зменшити внесения в грунти добрив (за умови незмшного ефекту вщ внесения добрива) на 568 тис. т (це становить 15%) вщ загально! кшькост1 добрив, яю застосовуються в
© Мальований М.С., Тимчук I.C., 2012
116
сшьському господарств1 Украши щор1чно (рис. 2, [2]). Вщповщно, це суттево зменшить кшыасть попадания БАЕ в аегроекосистему.
Надходження з атмосфери
Агрох1мкати
Г...........£
IIГР5
(*рунт с1льськогосло-дарських уг!дь
Продуцеити
экогослод; культури
С| льськогосподарсью '
Господарська дгальнгсть
Винос у гщросферу
У
Органа добрива
Винос
(сшьськогосподарська продукция)
Рис. 1. Бшгеох1м1чиий колооб1г БАЕ в агроекосистемь
Втрачаеться д1ючоТ речовини
Рис. 2. По|Мвняльна характеристика иоказиик1в застосуваиия традицшиих та каисульоваиих добрив в УкраУш
Важливо знати, що екотоксиколопчну небезпечшсть БАЕ визначають не за вЫею !х масою у групп, а лише кшькктю, що перебувае в рухомих формах. Для об'ективно! оцшки х1м1чних речовин користуються загальноприйнятими екотоксиколопчними критер1ями, серед яких важливе мкце посщае рухомють
117
(за класичним визначенням рухомють — це здатшсть х1м1чних елемент1в переходити ¿з твердих фаз грунту в розчини).
Рухомкть х1м1чних елемент1в характеризуеться штеисивними та екстенсивними показниками. 1нтенсивний показник 1х рухомост1 у грунт1 дае уявлення про р1вень концентраци елемента у рщких фазах грунту, а екстенсивний — про вмкт сполук у твердих фазах, яю цей р1вень забезпечують.
У процес1 оцшки небезпечност1 х1м1чних елемент1в для агроекосистеми саме рухомють у групп (першому середовищ1, куди вони надходять з добривами), зумовлюе !хнш подальший шлях — м1грацш у природш води, перемщення за троф1чними лаицюгами, бюдоступшсть.
Рухомють х1м1чних елемент1в у грунп природних екосистем залежить вщ багатьох фактор1в, але передуам е функщею х1м1чно1 природи самих речовин та ф1зико-х1м1чних характеристик грунту. Штучш екосистеми, до яких належать агроекосистеми, мають сво! специф1чш властивосп — на перерозподш х1м1чних елеменпв м1ж р1зними за ступенем трупами ктотно впливають не лише вищезазначеш фактори, а й д1яльшсть людини, зокрема використання засоб1в х1м1заци сшьського господарства. Схематично вплив фактор1в на рухомють х1м1чних елеменпв представлено нарис. 3 [1].
Рис. 3. Рухомкть х1м1чних елемеипв — екотоксиколоНчний критерш
1хньо1 небезпечносп
118
Для того, щоб зменшити рухомють х1м1чних елеменив, джерелом яких можуть бути мшеральш добрива — важю метали (Сё, РЬ, 2п, Си, N1, Со та ш.), металощи (Л8), неметали (Е,С1), потр1бно встановити, яю фактори впливають на рухом1сть р1зних х1м1чних елемент1в.
Велике значения для оцшки потенцшно! рухомост! в об'ектах природного середовища мають величина заряду ядер 1 рад1ус атом1в та юшв метал1в, а також сшввщношення м1ж ними, яке виражаеться величиною юнного потенщалу.
Щодо величини юнного потенщалу, метали можна розташувати у певнш послщовност!, яка визначае !хню потенцшну рухомють у природних системах: Си1+ > РЬ2+ > Hg2+ > Сё2+ > 2п2+ > Си2+ > Со2+ > Ni2+ > N1'+ > Со3+ > РЬ4+.
Рад1уси негативно заряджених юшв значно бшьш! за рад1уси позитивно заряджених катюшв (метал1в), що кардинально вщр!зняе !хню поведшку вщ останшх.
Серед х1м1чних елемент1в, яю пщлягають контролю в процес! застосування мшеральних добрив, на особливу увагу заслуговуе група важких метал1в, елемент1в з високою потенцшною токсичшстю. Загальна кшькють рухомих форм важких метал1в у грунт!, а також !хня здатшсть переходити з твердо1 фази грунту у грунтовий розчин, визначае р1вень небезлечностг
Вивчення особливостей рухомост! Сё, РЬ, 2п, Си, N1, Со у р1зних типах грушгв (дерново-середньопщзолистих, темно-арих опщзолених, чорноземах типових малогумусних, чорноземах звичайних малогумусних, темно-каштанових солонцюватих) показало безумовну залежшсть штенсивно! та екстенсивно! рухомост! важких метал1в вщ параметр1в ф1зико-х1м1чного стану грушгв.
Серед велико1 кшькост! показнимв стану грунт1в можна видшити групу, представники яко! можуть бути штегральними щодо оцшки можливого впливу на рухомкть Мп+:
1) рНгрунтового середовища;
2) вмют гумусу I гумусових кислот;
3) кшьккть фракци часточок розм1ром <0,001 мм, яка тюно пов'язана ¿з вмютом глинистих (вторинних) мшерал!в у грунт!.
За силою впливу на екстенсивну рухомють метал1в, показники стану грушгв розташовуються у такш послщовност!: Сё: рН > гумус > глинист! мшерали, 2п: рН > гумус = глинист! мшерали, N1: рН > глинист! мшерали > гумус, Си: глинист! мшерали > гумус > рН, РЬ: глинист! мшерали > гумус > рН, Со: глинист! мшерали > гумус > рН.
Для виршення проблеми надходження важких метал!в в агроекосистему можна запропонувати, щоб в композиц!ю капсули мшерального добрива, на основ! природних мшерал!в, в оболонку було включено природний сорбент,
119
який мае властивють поглинати важю метали, наприклад, це може бути бентоштова глина, але це питания потр1бно дослщити детальшше.
Використання мшеральних добрив може ктотно змшювати бюгеох!м!чний колообк речовин, що нерщко призводить до загострення еколопчних проблем, у тому числ1 зумовлеиих станом пщземних та поверхневих вод. Це все вщбуваеться в результат! вертикально! \ горизонтально! м!граци б!огенних елемент!в, важких метал!в, хлору, фтору та ш. речовин.
Вертикальна мпрацш. Вважають, що одним з небезпечних вид!в забрудиення водних джерел е забрудиення сполуками азоту. У бшьшост! грунт!в основним азотним юном-м!граитом е NO3-, що зумовлено його иадзвичайно високою моб!льн!стю (водна м!гращя е переважаючою формою). Процеси мехашчно!, ф!зико-х!м!чно! та х!м!чно! адсорбц!! цього юну незначн!, !х спостер!гають у дуже кислих грунтах, де переважають м!нерали типу каол!и!ту. М!грац!йна здатшсть юну КН4+ на багато раз!в менша, н!ж NO3-, у зв'язку з його швидким поглинанням грунтовими коло!дами в екстра- та штермщелярне положения.
М!неральн! добрива активно впливають на процеси м!грац!! сполук азоту. Найбшьшу вертикальну м!грац!ю спостер!гають на грунтах легкого мехашчного складу з низькою поглинальною здатн!стю. Досл!дженнями, проведеними на дерново-п!дзолистих легкосуглинкових грунтах (Сумська обл.) [1], встановлено пряму залежшсть м!ж к!льк!стю вимитого азоту ! нормою азотних добрив: на контрол! втрати азоту стаиовили 3,6 кг/га, за умови внесения N^0 - 38,9, а за умови внесения N360 — 77,5 кг/га.
За актившстю вертикально! м!грац!! анюшв на р!зних типах грунт!в спостеркали таку посл!довн!сть: 0-> NO3-> SO42-> F-. За високих доз мшеральних добрив аи!они здатн! мкрувати за меж! метрового шару грунту з високою ймов!рн!стю досягнення р!вня залягання грунтових вод, що робить обов'язковим контроль за цими процесами для оц!нки нових вид!в мшеральних добрив. Перемщення речовин з водними потоками — найголовн!ший механ!зм горизонтального перерозподшу х!м!чних речовин у агроландшафтг Серед ус!х вид!в горизонтально! мкрацп найб!льшого значения в обм!н! речовин набули процеси поверхневого водного стоку. За тривалого застосуваиня великих доз мшеральних добрив винос х!м!чних речовин з поверхневим стоком зростае внаслщок !хнього нагромадження в орному шар! грунту. Дослщженнями для р!зних тишв грунт!в встановлено числов! значения середшх щор!чних винос!в б!оген!в у водш джерела. Дерново-п!дзолист! та с1р1 лков! ори! грунти характеризуються такими середшми значениями вимивання: NO3 - 10-30, Ca -140-180, Mg - 25-40, К - 10-20, P2O5 — 0,4—1,0, S-SO4 — 40—60 кг/га на рк. Винос б!огенних речовин ¿з с!льськогосподарських уг!дь з поверхневим стоком заумови внесения 1 кг мшеральних добрив на 1 га подано у табл. 1 [1].
Наслщком горизонтально! та вертикально! мкраци бюгенних елеменив та токсиканпв е не лише забрудиення природних вод ! пог!ршення !хн!х саштарно-г!г!ен!чних показник!в, але й актив!защя процес!в евтроф!кац!!. М!жнародиа
120
комгая з цього питания дшшла висновку, що розЫяш (дифузш) джерела вдаграють важлившу роль у !хньому забрудненш бюгенними елементами, шж сконцентроваш у межах одного об'екту. До дифузних джерел забруднення належать мшеральш добрива, внесен! на сшьськогосподарсью угщдя.
Таблиця 1
Винос бюгенних речовин ¡з сшьськогосподарських угвдь з поверхневим
стоком
Спойб внесения Азот Фосфор
Восени: тд оранку поверхнево поверхнево по мерзлому грунту 0,010 0,0013
0,085 0,0310
0,216 0,0510
Навесш по талому сшгу 0,866 0,5940
Найбшьш розповсюдженим проявом евтрофшацп водоймищ е цвтння води. Воно властиве вЫм гшертрофним водоймам I зумовлено масовим розвитком синьо-зелених щанобактерш, яю продукують токсини. Токсини синьо-зелених щанобактерш належать до високотоксичних природних сполук, яю дшть на центральну нервову систему, а також порушують вуглеводневий та бшковий обмш.
Токсична д1я вод евтрофжованого водоймища може бути зумовлена також нагромадженням н1трат1в I штршгв. У пер1од активно! життед1яльност1 та теля вщмирання водорост1 поповнюють водоймище значною к1льк1стю азотовм1сних речовин, у тому числ1 й 61олог1чно активними ам1нами. Останн1 в процес1 взаемодп з н1тратами та н1тритами, утворюють висококанцерогенн1 н1трозам1ни.
Отже, можна пщеумувати, що основною проблемою вертикально! та горизонтально! м!граци е занадто швидке виведення б!огенних елемент!в в агроекосистему ! подальше !х вимивання у водш горизонти.
Розглянемо шляхи виршення ц!е! проблеми.
Анал!зуючи експериментальн! дан! юнетики вив!льнення капсульованих м!неральних добрив у середовище ¿нертно! фази (що моделюе грунтове середовище), спостер!гаемо поступове вив!льнення компонент!в добрива, причому максимальна концентрация ¿ону NO3- сягае 0,8 кг/м3, тобто е майже втрич! меншою за максимальну концентрац!ю вившьненого гранульованого добрива. Окр!м того в юнщ експерименту концентрац!я добрива становила 0,22 кг/м3, перевищуючи концентрац!ю гранульованого добрива у 150 раз!в.
Пор!внюючи динам!ку накопичення елемент!в капсульованих м!неральних добрив, як! продифундували через зволожений зернистий матер!ал лабораторно! установки у фшьтрат, в!дпов!дно до потреб рослин у поживних речовинах видно, що гранульоване добриво переходить у грунтовий розчин протягом перших дн!в його внесения у грунти, в той час, коли крива вившьнення капсульованого добрива майже зб!гаеться з виносом н!трат!в тестовими рослинами у вегетацшному досл!д! (рис. 4, [3]).
Проведен! дослщження показали, що у випадку застосування капсульованих добрив для живлення рослин за умов точних розрахунюв
121
параметр1в оболонки капсульованих добрив можна вщрегулювати кшетику вившьнення капсульованих добрив таким чином, щоб забезпечити рослини оптимальними дозами поживних речовин на кожному еташ !х росту та уникнути втрат добрив у довкшля, як це I потр1бно для попередження забруднення навколишнього середовища мшеральними добривами, як1 не засвоюються рослинами.
т, кг
1, с
Рис. 4. По|Мвняння обсяНв вившьнення гранульованих та капсульованих добрив залежно ввд часу, де ■ - маса гранульованих добрив у фшьтрат1, кг, ♦ - маса капсульованих добрив у фшьтрат1, кг, ▲ - винос рослинами азоту з
грунту, кг
Висновки: На сьогодшшнш день одним з доступних шлях1в зниження забруднення агроекосистеми мшеральними добривами е використання добрив пролонговано! ди. За !х допомогою можна регулювати швидккть вившьнення компоненте добрив, що значно зменшить втрати в навколишне середовище вщповщно, зменшуеться стутнь забруднення навколишнього середовища залишковими мшеральними добривами. Для виготовленш капсули доцшьно використовувати природш сорбенти, яю мають властивють поглинати важю метали та зв'язувати !х в нерозчинш форми.
122
Л1тература
1. Агроеколопчна оцшка мшеральних добрив та пестицид1в / [Патика В.П., Макаренко Н.А., Моклячук Л.1. та ш.]; за ред. В.П.Патики. - К.: Основа, 2005. -300с.
2. Мальований М.С. Еколопчш асиекти застосування мжрокапсульованих добрив пролоиговано! дп/М.С. Мальований, Ю.В. Пилииенко, Недаль Хуссейн Мусалам Аль Хасанат //Тавршський науковий вюиик. - 2010. - Випуск 68. -С.131 - 138.
3. Недал Хуссен Мусалм Аль-Хасанат Вилив на агроекосистеми мшеральних добрив, капсульованих ириродними дисиерсними мшералами. -автореф. дис. на здобуття наук.стуиеня канд. с.-г. наук : спец. 03.00.16 «Еколопя»/ Недал Хуссен Мусалм Аль-Хасанат. — Ки!в, 2011. — 20с.
Summary Malovanyy M.S., Tymchuk I.S. NEGATIVE IMPACT OF MINERAL FERTILIZERS ON AGRO ECOSYSTEM AND ITS MINIMIZATION BY FERTILIZER
CAPSULATION
In this paper it was studied the negative environmental impact of mineral fertilizers that are spread while panting agricultural plants but not fully digested. It was described that capsulizing of fertilizers can considerably minimize environmental pollution. There were suggested the areas of further studies for estimation of the effect of capsulated mineral fertilizers use agriculture.
Key words: capsulated mineral fertilizers, environment, agroecology, agroecosystem.
Рецензент - д.с.-г.н., професор Буцяк B.I.
123
