Теоретические основыэколого-биосферного земледелия - Юрий Алексеевич Овсянников
Минеральные соединения азота, накапливающиеся в подпахотных горизонтах почв, включаются в геохимическую миграцию. Это в стационарном опыте наблюдал И. С. Шатилов [582]. Изучение геохимических потоков показало, что существует положительная корреляция между количеством применяемых удобрений и содержанием нитратов в фунтовых водах (табл. 3). В модельных опытах внесение азота в дозе 129 кг/га повышало его вымывание по сравнению с контролем на 6— 19% [576].
Таблица 3 Средневзвешенные величины доз азотных удобрений и содержание нитратов в грунтовых водах |280]
Отражением миграционных процессов являются и результаты исследований, согласно которым в пробах воды лесного родника нитратов обнаружено не было, а в роднике, дренирующем пашню, их содержание было максимальным и составляло 7,1—8,9 мг/л [82]. В геохимических исследованиях, проведенных в водоохранной зоне Иваньковского водохранилища, содержание азота в грунтовых водах под лесом и естественным лугом составляло 0,1—0,3 мг/л, а под сельскохозяйственными культурами — 16,3 мг/л [37]. Еще большее содержание нитратов в грунтовых водах наблюдали в опытах, проведенных на экспериментальной базе ТСХА "Михайловское". При систематическом применении удобрений в количестве 200 кг/га N, Р2О5, К2О их концентрация превысила 30—50 мг/л [187].
Оценивая степень загрязнения грунтовых вод, необходимо учитывать не только участие в этом процессе удобрений, но также и их способность повышать подвижность почвенного азота. Причины этого явления будут рассмотрены ниже.
Подвержен вымыванию из почв, но в меньшей степени, чем азот, и фосфор. При общих незначительных потерях фосфора из пахотного слоя, от 0,2 до нескольких килограммов в год, внесение фосфорных удобрений увеличивает их в 1,5—3,7 раза [65, 378].
Вымывается из почв и калий. Но этому процессу пока еще не уделяется большого внимания, так как считается, что калий не представляет особой опасности. Его содержание в грунтовых водах в России даже не регламентируется. Вместе с тем, известны примеры, когда его концентрация в воде колодцев достигает 85—92 мг/л. Это значительно выше фоновой, которая составляет 0,5—3 мг/л [37].
Изменение биогеохимических потоков в агроландшафтах в результате применения минеральных удобрений настолько значительно, что это дало основание для выделения на территориях с интенсивной сельскохозяйственной деятельностью целых биогеохимических районов. Их отличает от естественных повышенное содержание соединений азота и фосфора в почвах, культурных и дикорастущих растениях, грунтовых водах [48, 453]. Так, по сведениям В. Н. Кудеярова и В. Н. Башкина, грунтовые воды, дренирующие только лесные ландшафты, практически не содержат соединения азота, а грунтовые воды, формирующиеся на освоенной территории реки Оки, содержат нитратный азот в количестве 0,11—17,0 мг/л [284].
Загрязнение грунтовых вод, изменение в агроландшафтах биогеохимических циклов неизбежно ведет к усилению миграции нитратов и соединений фосфора. Они с грунтовыми и поверхностными стоками поступают в водные объекты. Это является главной причиной загрязнения биогенными элементами водоемов, расположенных в районах с неразвитой промышленностью. Даже при низких концентрациях азота и фосфора в почвенных водах они могут аккумулироваться в значительных количествах в водных объектах, имеющих в своем бассейне большие площади сельскохозяйственных угодий. Например, потери фосфора из удобрений за счет вымывания невелики и составляют всего 0,1— 0,2% от внесенного в почву. В то же время содержание фосфатов в озерах Эстонии за последние 30 лет повысилось в среднем в 9 раз [237]. Такие же результаты получены при исследовании озер Литвы, в которых концентрация азота и фосфора под влиянием главным образом сельскохозяйственного производства увеличилась в 5—10 раз [526]. В реках южного региона содержание соединений азота только за период с 1983 по 1987 г. увеличилось в два раза [47].
Из общего количества биогенных веществ, поступающих в водоемы, азот и фосфор, теряемые с аграрных территорий с жидким и твердым стоком, могут составлять до 70% [626, 631, 9]. Существующие методы изучения геохимических потоков пока не позволяют достаточно надежно определить долю участия в этом процессе минеральных удобрений и элементов, содержащихся в почве. Простые математические расчеты дают только ориентировочные сведения. Специалисты из Чехословакии считают, что загрязнение водоемов на 45—50% связано со смывом удобрений [650]. По сведениям ученых из Германии, 10—25% азота и 1—5% фосфора, обнаруживаемых в водоемах, имеют происхождение из минеральных удобрений [562]. В работах русских ученых эти показатели равны соответственно 20 и 2,5% [65]. Ландшафтногеохимические исследования баланса азота в бассейне реки Оки показали, что 50—80% от всех поступлений этого элемента в водоисточники приходится на минеральные удобрения [282]. В реках, впадающих в Каспийское море, доля биогенных элементов минеральных удобрений достигает 50 и даже 80% [529].
Одним из источников поступления в окружающую среду азота и фосфора являются погрузочно–разгрузочные работы, а также транспортировка минеральных удобрений. По данным БелНИИПА, потери минеральных удобрений на этапе "завод — поле" составляют около 15% [342].
Следствием увеличения содержания в водоемах азота и фосфора является повышение скорости размножения водорослей. Это явление называется эвтрофирование. Эвтрофирование водоемов представляет собой природный процесс, развитие которого обусловлено геохимической миграцией в ландшафтах биофильных элементов. В естественных условиях, из–за ограниченного поступления биогенных элементов, оно происходит на протяжении нескольких тысячелетий. Однако под действием антропогенного фактора, и в частности минеральных удобрений, образование первичной продукции в водных экосистемах повышается в несколько раз. Это способствует быстрому последовательному переходу водоемов от одного трофического уровня к другому. Такие изменения часто приобретают лавинообразный характер и ведут к быстрому превращению водного объекта в болото [506]. Скорость эволюционных преобразований настолько велика, что срок жизни водоемов может сокращаться с десятков тысяч до нескольких сотен лет.
Эвтрофйрование существенно изменяет характеристики водных экосистем. Изменяется физико–химический режим водоема и состав его биоты. На первых этапах происходит увеличение общей биологической продуктивности за счет усиленного размножения отдельных компонентов фито– и зоопланктона на фоне одновременного сокращения его видового состава. Например, в мезотрофных озерах постепенно уменьшается число видов ракообразных и увеличивается разнообразие коловраток [375]. Среди первичных продуцентов чаще всего преимущественное развитие получают сине–зеленые водоросли [303]. В результате повышения биопродуктивности вода обогащается органическим веществом, образующимся после разложения отмирающего планктона. Этот материал, представляя благоприятную среду для микроорганизмов, способствует бактериальному загрязнению воды, максимум которого наблюдается в период гниения планктона [358].
Интенсивное разложение органического вещества, после его осаждения на дно водоема, сопровождается выделением большого количества метана, сероводорода, углекислоты и сокращением запасов растворенного кислорода. В отдельные годы содержание кислорода снижается настолько, что это приводит к массовым заморам молоди рыб. Поэтому во всех водоемах, затронутых эвтрофированием, с течением времени происходит сокращение видового состава обитающих там живых организмов и снижение рыбопродуктивности [501].
Эвтрофирование водоемов представляет определенную опасность для человека и сельскохозяйственных животных. Являясь продуцентами токсических веществ, сине–зеленые
