Теоретические основыэколого-биосферного земледелия - Юрий Алексеевич Овсянников
В настоящее время проводятся исследования по определению ПДК химических элементов в почвах. В ряде стран они уже приняты к исполнению. Чаще всего ПДК по кадмию составляет 3, ртути — 2, свинцу — 100 мг/кг [640]. Превышение указанных уровней содержания химических элементов в почвах отрицательно отражается на качестве сельскохозяйственных культур. В них снижается содержание витаминов, ухудшается биологическая полноценность белка. При выращивании растений на загрязненных ТМ грунтах происходят нарушения в обмене веществ отдельных органов, угнетается рост. По сведениям Л. Г. Бондарева (цит. по: В. Г. Минеев [341]), продуктивность основных сельскохозяйственных культур при выращивании их на почвах, содержащих ТМ, снижается на 20—47%. Воздействию ТМ подвергаются и генетические структуры растений.
В результате всестороннего изучения последствий загрязнения почвы некоторые исследователи пришли к заключению, что принятые ПДК не могут полностью исключить отрицательного влияния ТМ и ряда химических элементов на урожай сельскохозяйственных культур и его качество. Оказывается, различные растения неодинаково реагируют на присутствие в почве загрязнителей. Так, фасоль в 10—15 раз чувствительнее кукурузы к кадмию [479]. Поэтому необходимо дальнейшее уточнение принятых ПДК. По мнению некоторых исследователей, ПДК по кадмию должно составлять не 3 мг/кг, а значительно меньше. Это связано с тем, что безопасный уровень для картофеля составляет только 1,5, а зеленных — 0,5 мг/кг [214]. Корректировка пороговых концентраций необходима и тогда, когда в почве присутствует не один элемент–загрязнитель, а несколько. Так, если марганец и ванадий присутствуют в почве одновременно, то их ПДК уменьшается в два раза [75]. Такой же эффект наблюдается при загрязнении почвы ртутью и свинцом. В опытах с капустой было установлено, что если в субстрате одновременно обнаруживаются оба этих элемента, то их допустимые уровни должны быть уменьшены вдвое [523].
Приведенные примеры показывают, что эффективность земледелия, его возможности в условиях продолжающегося поступления в почвы различных химических элементов неизбежно будут снижаться. И одной из причин этого является ограничение нашей свободы при выборе культур, пригодных для выращивания на загрязненных почвах. Специфичность реакции растений затруднит составление севооборота. В него уже нельзя будет включать менее устойчивые к загрязнению культуры.
Одним из последствий применения минеральных удобрений является повышение радиоактивности окружающей среды. В окультуренных почвах Германии с начала применения фосфорных удобрений содержание урана и радия возросло соответственно на 9 и 6% [149]. Это является следствием содержания в фосфорных удобрениях радиоактивных элементов. Они, концентрируясь в продуктах питания и кормах, могут повышать уровень внутреннего облучения человека и сельскохозяйственных животных.
Увеличение содержания ТМ в почве отражается и на ее химических свойствах. Прежде всего, подвергается изменению ферментативная активность. Например, при содержании в перегноино–глееватых почвах 5 мг/кг кадмия наблюдается снижение активности дегидрогеназы и инвертазы, а при концентрации 7 мг/кг происходит полное подавление этих ферментов [50].
Кроме растений, отрицательное влияние ТМ, а также токсичных элементов испытывает на себе и почвенная биота. При загрязнении почв хромом, цинком, никелем и свинцом, на уровне одного–двух кларков, уменьшается численность бактерий, сокращается видовой состав микроорганизмов, насекомых и дождевых червей. В то же время увеличивается количество грибов, то есть происходит нарушение структуры педоценоза [90, 317]. Особое беспокойство должно вызывать снижение азотфиксирующих свойств почвы, которое наблюдается при ее загрязнении различными химическими элементами.
Удвоение фонового содержания металлов в почве при интенсивном применении удобрений возможно за 80 и более лет [646, 343]. Но при этом необходимо помнить, что одновременно почва загрязняется целым комплексом элементов, присутствующих в удобрениях. Следовательно, опасный уровень загрязнения будет достигаться значительно быстрее.
Большую озабоченность вызывает загрязнение почв фтором. Он входит в состав суперфосфатов и фосфогипса в количестве 1—5%. Ежегодное использование таких удобрений способствует повышению его содержания в почве на 5% [265], а при длительном применении фосфорных удобрений (в течение 15 лет и более) содержание фтора в слое почвы 0—30 см может увеличиться в 1,7—5 раз [500].
При накоплении фтора в почве его концентрация в растениях увеличивается в несколько раз и может достигать 77,6 мг/кг [170]. Это отрицательно отражается на продуктивности растений, приводит к загрязнению продукции растениеводства и увеличивает вероятность возникновения заболеваний у человека, а также сельскохозяйственных животных. При скармливании коровам кормов с содержанием фтора более 40 мг/кг они заболевают флюорозом, а концентрация этого элемента в молоке повышается более чем в два раза [634].
По данным японских ученых, поступление фтора в организм человека с продуктами питания и водой к 1965 г., по сравнению с 1958 г., увеличилось в 2,7 раза. Усиливающееся загрязнение окружающей среды фтором даже дало основание правительству Швеции для запрещения |его использования при дезинфекции воды [121].
Наряду с фтором в кальций–, гипсосодержащих и известковых мелиорантах обнаруживается относительно большое количество (1—2%) стабильного стронция. С обычной нормой фосфогипса в почву поступает от 100 до 400 кг/га этого элемента [346]. Его опасность состоит в том, что в организме человека и сельскохозяйственных животных стронций вступает в конкурентные отношения с кальцием, замещая его в костных тканях. Избежать отрицательного влияния стронция можно только в том случае, если его содержание в продуктах питания и кормах будет в 140 раз меньше, чем кальция. Применение мелиорантов и удобрений, содержащих стронций, как правило, изменяет это соотношение. Так, в результате использования фосфогипса отношение Са:Sr снизилось у овса со 105 до 68, проса — с 64 до 61, ячменя — с 67 до 61, донника — с 60 до 46 [53].
При прогнозировании загрязнения почвы следует учитывать и возможное поступление элементов, имеющих техногенное происхождение [620, 643, 655]. Аэрозольное распространение ТМ от промышленных районов достигает 25 км. В ряде стран Западной Европы на 1 га пашни с удобрениями и аэрозольным путем ежегодно поступает около 10 г. кадмия, в том числе 3—5 г с суперфосфатом, при валовом его содержании в слое почвы 0—15 см 0,2— 2 кг/га [654, 657, 647]. Загрязнение почв соединениями тяжелых металлов в некоторых странах достигло такого уровня, что возникли трудности с использованием сельскохозяйственных угодий [649]. Аналогичная ситуация складывается вокруг крупных промышленных центров в России. На Среднем Урале почти все пахотные земли в округе Ревды, Первоуральска, Нижнего Тагила не пригодны для получения диетической продукции. Сведения о поступлении металлов в почвы с атмосферными осадками в европейской части России приведены в табл.10.
Принимая во внимание опасность накопления в почве тяжелых, токсичных и радиоактивных элементов производители удобрений в ФРГ в 1986 г. приняли решение о введении норм на содержание в них кадмия. Однако извлечение из сырья, используемого для производства фосфорных удобрений, только этого элемента не исключит загрязнения почв [657, 623]. Более радикальным
