Определение возможности получения экологически безопасной продукции растениеводства в условиях загрязнения агроценозов поллютантами

Для оценки негативного влияния пестицидов были разработаны пределы допустимых концентраций (ПДК) вредных веществ в различных средах. ПДК загрязняющего вещества - это такая его максимальная концентрация в окружающей среде, которая не оказывает отдаленных мутагенных и канцерогенных последствий. Если величина ПДК в различных средах не установлена, действует временный гигиенический норматив ОБУВ - временно допустимая концентрация (ориентировочно безопасный уровень воздействия) вещества.

НР= , где

НР - норма расхода действующего вещества л, кг/га;

Д - норма расхода препарата, л, кг/га;

% д.в. - содержание действующего вещества в препарате, %.

Экологическая нагрузка менее 10 усл.ед. считается неопасной, от 11 до 100 - малоопасной, от 101 до 1000 - среднеопасной, более 1000 - опасной.

Таблица 7

Расчет экологической нагрузки используемых средств защиты растений

Дивидент Стар Эн= 36300*1*/3000=12,1

НР=3,63*1/100= 0,0363*1000000= 36300 мг/га

Диметоат Эн= 400000*1/220,5= 1814,1

НР= 40*1/100= 0, 4*1000000=400000 мг/га

Банвел Эн= 144000*1/2375= 60,6

НР=48*0,3/100=0,144*1000000= 144000 мг/га

Поведение этих токсикантов в различных природных средах обусловлено специфичностью их основных биогеохимических свойств: комплексообразующей способностью, подвижностью, биохимической активностью, минеральной и органической формами распространения, склонностью к гидролизу, растворимостью, эффективностью накопления.

Таблица 8

При загрязнении почв и растительности тяжелыми металлами, в качестве путей оптимизации обстановки, используют традиционные и специальные приемы:

1) Методы по ограничению поступления тяжелых металлов в почву. При планировании применения удобрений, мелиорантов, пестицидов, осадков сточных вод необходимо учитывать содержание в них тяжелых металлов, буферную емкость используемых почв. Ограничение доз, обусловленное экологическими требованиями, является необходимым условием экологизации земледелия.

2) Удаление тяжелых металлов за пределы корнеобитаемого слоя достигается следующими приемами:

- удалением загрязненного слоя почвы,

- засыпкой загрязненного слоя чистой землей,

- выращиванием культур, поглощающих ТМ и удалением с поля их растительной массы,

- промывкой почв водой и водорастворимыми (чаще органическими) соединениями, образующими с тяжелыми металлами водорастворимые комплексные соединения, в качестве органических лигандов используют продукты из отходов с/х производства,

- промывкой почв раствором для выщелачивания ТМ из верхних горизонтов на глубину 70-100 см и затем осаждения их на этой глубине, в виде трудно растворимых осадков (за счет последующей промывки почв реагентами, содержащими анионы, образующие с тяжелыми металлами осадки).

3) Разработка мероприятий по ограничению поступления ТМ в растения. Поступление тяжелых металлов в растения может быть уменьшено за счет изменения питательного режима, при создании конкуренции за поступление в корни токсикантов и катионов удобрений, при осаждении тяжелых металлов в корне в виде труднорастворимых осадков.

4) Связывание ТМ в почве в малодиссоциируемые соединения. Уменьшение поступления тяжелых металлов в растения может быть достигнуто их осаждением в почве в виде осадков карбонатов, фосфатов, сульфидов, гидроокисей; с образованием малодиссоциирующих комплексных соединений с большой молекулярной массой. Наилучшим способом, обеспечивающим существенное снижение содержания тяжелых металлов в растениях, является совместное внесение навоза и извести. Наиболее эффективными мероприятиями, приводящими к снижению подвижности свинца в почвах, является глинование (внесение цеолита) и совместное внесение извести и органических удобрений. Применение полного комплекса химических мелиорантов (органических и минеральных удобрений, извести и трепла) на 10-20% снижало в почве содержание поливалентных металлов.

5) Адаптивно-ландшафтные системы земледелия, как фактор оптимизации экологической обстановки при загрязнении почв ТМ.

Различные виды и сорта культур накапливают в растительной продукции неодинаковое количество ТМ. Это обусловлено селективностью к ним корневых систем отдельных растений и особенностью их процессов метаболизма. ТМ в большей степени накапливаются в корнях, меньше в вегетативной массе и генеративных органах. При этом отдельные группы культур селективно накапливают и определенные токсиканты. Подбор культур для выращивания на почвах определенной степени и характера загрязнения является наиболее простым, дешевым и достаточно эффективным способом оптимизации обстановки.

Распределение металлов в органах растений носит отчетливо выраженный акропетальный характер и увеличивается в ряду:

Раздел 6. ХАРАКТЕРИСТИКА ЭКОТОКСИКОЛОГИЧЕСКОЙ СИТУАЦИИ, СЛОЖИВШЕЙСЯ ПОД ВЛИЯНИЕМ РАДИОНУКЛИДОВ

В почве радионуклиды содержаться в водорастворимой, обменной, необменной и прочносвязанной необменной формах. Среди этих форм наибольшую играют первые две, поскольку они способны усваиваться растениями и, следовательно, мигрировать по биологической цепочке. Биологическая подвижность радионуклидов зависит, с одной стороны, от их физико-химических свойств, а с другой стороны, от свойств самой почвы, среди которых решающее значение играют ее тип, минеральный состав, кислотность, содержание органических веществ, увлажненность, длительность её использования в агроэкосистемах. Наибольшей доступностью для растений обладает стронций, который в виде 73% в глобальных выпадениях находится практически полностью в водорастворимой форме.

Большое влияние на доступность радионуклидов для растений оказывает наличие в почве обменных катионов - элементов-носителей и кислотность. Чем больше в ней элементов-носителей, тем меньше биологическая подвижность радионуклидов и наоборот. Закисление почв приводит к увеличению доступности радионуклидов для растений. Микроорганизмы почвы снижают подвижность радионуклидов в биологическом круговороте. По профилю почв естественных экосистем стронций-90 распределяется интенсивно, благодаря более высокой подвижности. Радиационно-экологическая обстановка на загрязненных территориях изменяется в основном в результате естественного радиоактивного распада, вторичного ветрового переноса и вертикальной миграции.

В растения радионуклиды могут поступать через корневую систему и аэральным путем. Большое значение в накоплении растениями радионуклидов имеет фаза вегетации. Листья молодых растений поглощают радионуклиды в значительно больших количествах, чем листья растений, заканчивающих рост и развитие. Стронций-90 под действием ветра и осадков частично удаляется с поверхности листьев и стеблей растений и перемещается в почву, а частично прочно фиксируется на поверхности растений. Выпадение радиоактивных аэрозолей на поверхность растений приводит к накоплению их в надземной массе, в то время как при корневом пути поступления, почвенный поглощающий комплекс выступает в роли мощного сорбционного фактора, а корневая система является селективным барьером, исключающим поступление в надземную фитомассу биологически инертных элементов.

Влияние почвы проявляется в снижении биологической активности радионуклидов при увеличении содержания в почве обменных катионов, органического вещества, физической глины, ила, минералов монтмориллонитовой группы, емкости поглощения. Черноземы, имеющие большое количество мелкодисперсных частиц органического вещества (гумуса) уменьшают переход радионуклидов в растения. При увеличении кислотности возрастает поступление в почву стронция-90. Большему удержанию радиоизотопов в почве способствует наличие в ней химических элементов, близких по химическим свойствам к этим изотопам. Так, кальций - химический элемент, близкий по своим свойствам стронцию - 90 и внесение извести, особенно на почвы с высокой кислотностью, ведёт к увеличению поглотительной способности стронция - 90 и к уменьшению его миграции.

Биологические особенности растений влияют на накопление ими радионуклидов. Так, стронций-90 в 2-6 раз интенсивнее накапливается в бобовых культурах, чем в злаковых. Наиболее интенсивно идет накопление радионуклидов в листьях, стеблях, слабее в генеративных органах.

Распределение радионуклидов в вертикальном профиле почв влияет на поглощение их растениями. Обработка верхнего слоя (заглубление, вспашка, фрезерование) изменяет положение его по отношению к основной массе корней и обуславливает снижение накопления радионуклидов в растениях. Захоронение загрязненного слоя почвы за пределы распространения основной массы корней. Уменьшает накопление радионуклидов в растениях в 7-11 раз.

Расчет количества радионуклидов в почве:

где Р - количество радионуклида, мг/м³ почвы;

А - активность радионуклида в распадах в секунду;

Т Ѕ - период полураспада изотопа в секундах;

М - массовое число изотопа;

Л - число Авогадро;

К - объем почвы 1 м³ при плотности 1,1 г/см³.

Чтобы сделать расчет количества радионуклида на 1 га, полученный результат умножают на 10000, а пересчет на 1 км³ требует умножения еще на 100, на 1 кг - на 10 ^-2.

Т _Ѕ = 28,1 лет = 8,86 *10⁸ сек

М=90*10^-3

Л= 6,022*10²³ моль^-1

1 Кu = 3,7*10¹⁰ расп./сек

Р= 3,145*10^11* 8 ,86*10⁸*90*

10^-3/0,693*6,022*10²³*1=0,0609*10000=609*100

=60,9*10^-2=0,609 кг

Раздел 7. РЕГЛАМЕНТИРОВАНИЕ НИТРАТОВ В ПРОДУКЦИИ РАСТЕНИЕВОДСТВА

Нитраты - соли азотной кислоты. Поглощение и включение азота в продуктивный процесс растений является важной и специфической составляющей частью круговорота азота как в глобальном масштабе, так и в пределах отдельных регионов, ландшафтов и ценозов. Основным источником азота для растений служат нитраты и аммоний. В культивируемых почвах складываются благоприятные для процесса нитрофикации условия, вследствие чего основной для растения формой как на удобряемых, так и на неудобряемых почвах являются нитраты. При недостатке, как и при избытке азота нарушаются процессы морфогенеза и накопления сухого вещества, изменяется характер включения поглощенного азота в синтез органических соединений, происходит накопление нитратов в урожае культур. Образование нитратов представляет собой естественный процесс превращения азота в геологических породах, почве, воде и атмосфере. При антропогенном воздействии на почву подвижность органического вещества повышается, усиливается минерализация азота почвы, в результате чего возрастает поступление нитратов в природные воды и растения. Азотные удобрения представляют собой главный антропогенный источник азота. Попадая в почву азотные удобрения расходуются не полностью, т.к. растения в процессе всего питания используют и почвенный азот. Поэтому конкретная система применения азотных удобрений должна соответствовать почвенно-экологическим условиям, характеру землепользования, специализации севооборотов и чередованию культур, биологическим их особенностям, поскольку несоблюдение этих условий приводит к увеличению потерь азота удобрений. Необходимо учитывать особенности рельефа местности, гранулометрический состав, водно-физические свойства почвы и другие почвенно-экологические параметры при применении азотных удобрений. Накопление азота зависит также от залужения земель. Потери азота удобрений в нитратной форме возрастают при высокой насыщенности севооборотов пропашными культурами и систематическим применением повышенных доз азотных удобрений. Неравномерное распределение азотных удобрений по поверхности почвы в ходе их внесения также можно рассматривать как одну из причин насыщения водоемов нитратами и их накопления в растениях, так как в этом случае создаются переудобренные участки, снижается коэффициент использования азота удобрений растениями, возрастают потери азота. Замена традиционных систем земледелия с участием и чередованием разнообразных культур более интенсивными и специализированными технологиями, которые способствуют усилению минерализации органического вещества почвы и разрушению ее структуры, ограничение площадей, занятых травами. Утяжеление машин и их использование на постоянных технологических колеях, отсутствие защитных зон вокруг полей приводит к усилению внутрипочвенного и поверхностного выноса азота. Одним из основных факторов, влияющим на накопление нитратов в растения является: чрезмерное внесение удобрений, особенно их нитратных форм (аммиачная, калийная, натриевая селитра). Подкармливать растения лучше амидными или аммонийными формами удобрений, т.к. аммиачный азот поглощается растениями и сразу включается в аминокислоты и белки без накопления нитратов. Увеличение количества нитратов в продукции можно получить при избыточном внесении в почву органических удобрений. Подкормка азотом за 1-2 недели до уборки урожая ведет к увеличению содержания нитратов в растительной продукции. При дефиците фосфора и калия затормаживается процесс образования органического вещества в процессе фотосинтеза, в результате чего снижается расход поступившего азота на процессы роста, что приводит к увеличению концентрации нитратного азота в органах растений. Из микроэлементов наиболее важным для предотвращения накопления нитратов является молибден, т.к. он входит в состав нитратредуктазы и принимает участие в восстановлении нитратов.

Из остальных агротехнических факторов выращивания растений влияние на концентрацию нитратов оказывают освещенность, влагообеспеченность, температура выращивания и сроки уборки урожая.

При слабой освещенности нитраты не полностью превращаются в аминокислоты. В засушливые годы при внесении высоких доз азотных удобрений в почву растения накапливают больше нитратов, поэтому необходим регулярный полив растений, чтобы азотное питание было умеренным и равномерным. Температурный фактор особенно влияет на содержание нитратов у растений, выращенных в условиях короткого светового дня. При умеренной температуре (13-23?С) растения содержат меньше нитратов, чем при низкой или высокой. В недозрелых овощах содержание нитратов значительно выше, чем в спелых. Накопление нитратов различными культурами имеет наследственно закрепленный характер, т.е. они обладают сортовой спецификой, которая выявлена у ряда сортовых культур.

1) нитраты накапливаются в растениях в результате чрезмерного потребления растениями азота при различных факторах, способствующих более интенсивному поступлению азота в растение, нежели их ассимиляции;

2) накопление нитратов в растениях может быть следствием снижения поступления нитратного азота и замедления синтетических процессов, из-за несбалансированного питания растений азотом и другими элементами;