Просторова структура агроекосистем. 4 page

Так, суттєвий недолік транспортування добрив полягає насамперед у перевалочній системі від заводу до поля.

Серйозні недоліки є і в зберіганні мінеральних добрив. Складські приміщення не відповідають обсягам добрив, що поставляються сільському господарству. Середня ємність складів у господарствах невелика, що не дає можливості здійснювати комплексну механізацію по підготовці добрив до змішування і внесення.

Наприклад, за даними ряду науково-дослідних інститутів втрати на етапі „завод – поле” досягають 15 – 20 %.

Втрати добрив залежать також від умов зберігання: при зберіганні у пристосованому приміщенні вони становлять 2,6 %, а поза приміщенням – 11,1 %. В останньому випадку добрива в основному втрачаються внаслідок пошкодження тари і перемішування з землею.

Потребує удосконалення і технологія внесення добрив. У дослідах ВІДА внесення основного повного мінерального добрива з нерівномірністю 50 % знижувало врожай зернових культур на 6 – 7 %, а суперфосфату з нерівномірністю 70 – 80 % – врожай озимої пшениці на 20 % і більше порівняно з рівномірним внесенням.

Вплив нерівномірного розподілу мінеральних добрив на врожай ячменю був ще більш суттєвим, ніж на врожай озимої пшениці. Особливо це різко проявляється на азотних добривах у зв'язку з високою їх ефективністю в багатьох ґрунтово-кліматичних зонах. Так, внесення аміачної селітри в нормі 60 – 80 кг/га з нерівномірністю 40 – 60 % знижує урожай на 4,6 – 4,8 % (Гродненська обласна дослідна станція), ярої пшениці – на 5,7 (Пермська сільськогосподарська дослідна станція), озимої пшениці – на 4,0 % (Білоруська сільськогосподарська академія).

Збільшення показника нерівномірності внесення добрив до 70 – 80 % призводило до втрат урожаю зернових культур на 10,5 – 10,8 %, або на 4 – 4,5 ц/га зерна.

Нерідко у виробничих умовах фактична нерівномірність внесення добрив перевищує допустиму і досягає 75 – 80 %. У таких випадках зниження врожаю зернових культур досягає 10 – 15 %.

Рівномірність розсівання мінеральних добрив машинами центробіжного типу залежить не тільки від вирівняності гранул в удобрювальних сумішах, а й від дотримання точної відстані між проходами агрегату, визначення оптимальної ширини захвату, форм і якості добрив у сумішах тощо.

Для підвищення якості внесення мінеральних добрив необхідні машини нового типу, що забезпечують поверхневе їх внесення з нерівномірністю не більше 15 %, а також високопродуктивних машин для локального способу внесення основних форм мінеральних добрив. Уже розроблені марки машин, які мають суттєво вищу якість внесення мінеральних добрив.

Другий можливий шлях втрати поживних речовин з добрив та із ґрунтів – порушення наукових основ агрономічної технології застосування добрив у сівозміні та під окремі культури, а також розвиток водної й вітрової ерозії внаслідок порушення технології вирощування сільськогосподарських культур.

При застосуванні добрив важливо правильно визначити норми і співвідношення поживних елементів, вибрати оптимальні форми добрив, строки і способи їх внесення.

Все це дасть можливість суттєво підвищити коефіцієнт продуктивного використання поживних елементів добрив сільськогосподарськими культурами на створення врожаю, а також зменшити їх втрати і вихід у навколишнє середовище.

При розгляді екологічних проблем агрохімії першочергове значення мають проблеми азоту. В основному він негативно впливає на всі ланки біосфери та здоров'я людини. Дослідження вчених і виробничий досвід свідчать, що непродуктивні втрати азоту добрив можна зменшити до мінімуму, а коефіцієнт використання його значно підвищити при правильному, наприклад, роздрібненому внесенні відповідних норм добрив. При цьому азотні добрива доцільніше застосовувати в амонійній і амідній формах, наближувати строки їх внесення до сівби культури або до фаз найбільшого споживання азоту рослинами.

Втратам нітратів можна запобігти за допомогою регулювання строків і способів внесення добрив у поєднанні з комплексом прийомів протиерозійного обробітку ґрунту. Тому забруднення природних вод мінеральними сполуками азоту при інтенсивному застосуванні добрив не є неминучим наслідком хімізації землеробства, а наслідком порушення науково обґрунтованих прийомів внесення їх у ґрунт.

У значній мірі втрати азоту в навколишнє середовище визначають форми азотних добрив. Встановлено, що нітратний азот використовують усі культури краще, ніж амонійний.

Великі втрати поживних речовин спостерігаються в умовах зрошення. Недосконалість зрошувальних систем часто поєднана з необхідністю скидати надлишок води з полів у річки і водойми. Разом з нею втрачається і велика кількість поживних елементів, особливо при застосуванні оптимальних і підвищених норм добрив.

За рахунок добрив концентрація азоту в колекторних водах, що скидаються із зрошувальних масивів, досягає літнього періоду 1 % мг/л і більше, що в десятки і навіть сотні разів перевищує фонові розміри.

Протягом вегетації з колекторними водами виноситься до 22 % азоту від загальної кількості надходження його на поле з добривами і зрошувальною водою.

Втрати азотних добрив в умовах зрошування можна значно скоротити, якщо їх вносити роздрібнено з поливною водою. Коефіцієнт використання азоту при цьому збільшується, а втрати його внаслідок вимивання зменшуються.

Особливо суттєво зростають втрати азоту при збільшенні кількості атмосферних опадів. Так, за даними голландських дослідників, кожний міліметр опадів викликає щорічні втрати азоту в розмірі 0,5 кг/га. В умовах Німеччини при випаданні 374, 615 і 779 мм опадів з піщаного ґрунту вимивалося азоту відповідно 33, 41 і 56 кг/га, а з глинистого – 21, 23 і 62 кг/га.

Таким чином, одержати високий ефект від добрив з урахуванням запобігання чи різкого зниження їх втрат у навколишнє середовище можна при виконанні таких агрохімічних і агрономічних вимог:

1) слід вносити оптимальні норми добрив у сівозміні і під кожну сільськогосподарську культуру. Агрономічною наукою розроблено декілька способів визначення оптимальних норм добрив, але всі вони зводяться в основному до балансових розрахунків з урахуванням проектної врожайності, ефективної родючості ґрунту, коефіцієнтів використання поживних речовин з ґрунту і добрив тощо;

2) системи добрив повинні мати оптимальне співвідношення поживних елементів з урахуванням вимог культури, наявності в ґрунті рухомих форм поживних елементів і особливостей клімату;

3) вибір правильних строків внесення добрив з урахуванням біологічних особливостей культури, головним чином, періодичності її живлення, властивостей ґрунту, кліматичних особливостей зони, а також форм добрив;

4) осушені, особливо торфо-болотні ґрунти краще використовувати під культури звичайної рядкової сівби або залужувати під високопродуктивні луки;

5) в умовах зрошення дуже важливо дотримуватися науково обґрунтованих норм, строків і способів внесення добрив;

6) при розробці і впровадженні систем добрив у сівозміні важливо враховувати її спеціалізацію і прагнути, щоб рілля максимальний час протягом року була зайнята культурними рослинами. В посушливих степових районах доцільно мати чисті пари. Важливо в сівозміні вирощувати післяжнивні і проміжні культури, що суттєво зменшує втрати поживних елементів.

Помітний винос мінеральних добрив у водойми внаслідок ерозії ґрунту. Вчені США підрахували, що змив азоту з ґрунту поверхневими водами щороку в середньому під лісом становить 0,8 – 3,4 кг/га, на пасовищах – 6 – 8, на полях під пшеницею – 6, під бавовником – 13, при чергуванні кукурудза – пшениця – 18, під цитрусовими – 64 кг/га. Змиву можна запобігти застосуванням комплексу заходів по захисту ґрунтів від водної і вітрової ерозії. Це, як уже відзначалося раніше, обробіток ґрунту плоскорізами без обертання скиби, мульчування ґрунтів соломою, стернею, післяжнивними рештками. Але найважливішим і найнеобхіднішим заходом, як відзначає В.А. Ковда (1983), є перехід у кожному господарстві на контурно-меліоративну організацію всієї території з полями, що вписуються в рельєф, виділенням інтенсивних сівозмін на схилах крутизною 2 – 5° і ґрунтозахисних кормових – на схилах крутизною понад 5°.

Необхідне широке застосування валів-терас і валів-лиманів як обов'язкових елементів контурно-меліоративного землеробства і як спрямовуючих ліній обробітку ґрунтів.

Нині розроблено комплекс заходів, що запобігають забрудненню навколишнього середовища мінеральними добривами внаслідок змиву їх ерозією:

1) протиерозійний обробіток ґрунту: безполицевий, плоскорізний, мінімальний, смуговий, контурний, гребінчастий, чизелювання тощо;

2) впровадження терасного, смугового землеробства і протиерозійних сівозмін;

3) максимальне утримання еродованих ґрунтів під рослинністю. У зв'язку з цим велике значення має використання післяжнивних посівів, а також ущільнений посів ґрунтозахисної культури у міжряддях основної (просапної). Цей прийом особливо ефективний на легких ґрунтах;

4) на ділянках, дуже схильних до ерозії, радикальним засобом боротьби з нею є залуження таких ґрунтів багаторічними травами;

5) правильний вибір форм, норм, строків і способів внесення і загортання добрив є важливим заходом запобігання втрат поживних речовин при змиві та вилугуванні з ґрунту.

4. Використання полімерів-структуроутворювачів

Останній пункт стосується необхідності поліпшення властивостей і якостей добрив. Відомо, що однією з причин негативного впливу мінеральних добрив на навколишнє середовище є недосконалість їх хімічних, фізичних і механічних властивостей.

У зв'язку з недосконалістю хімічних властивостей, наприклад, азотних добрив втрати азоту відбуваються внаслідок як біологічних, так і хімічних процесів, що відбуваються при взаємодії добрив і ґрунту. Прикладом втрат азоту під впливом біологічних процесів є його втрати при поверхневому внесенні сечовини.

Внесення ж сечовини із загортанням у ґрунт (під оранку, передпосівну культивацію, в рядки при сівбі тощо) дуже ефективне.

Досліди, проведені в Болгарії, показали, що втрати аміаку через випаровування можливі лише при поверхневому внесенні сечовини. Вони зростають на легких і висококарбонатних ґрунтах із збільшенням норми сечовини. Вирішальним фактором, що визначає величину втрат азоту і сечовини, є температура. При 0 – 4 °С втрат практично немає, при 7 – 8 °С їх кількість незначна, а при більш високих температурах вони суттєво підвищуються. Середнє співвідношення втрат при 7 – 8 і 30 °С становить 1: 7 та 2: 14,4. На величину втрат суттєво впливає вміст вологи у ґрунті. Максимальні втрати були при низькій вологості ґрунту. З підвищенням вологи втрати знижуються. Змішування сечовини з ґрунтом або покриття її шаром ґрунту 5 – 6 см значно зменшує втрати азоту сечовини.

Другий біологічний шлях втрат азоту з добрив – процес денітрифікації у ґрунті. Встановлено, що газоподібні втрати азоту внаслідок цього процесу досягають 25 % і більше в залежності від внесеної норми.

Найбільш суттєвий хімічний шлях втрат азоту з добрив – виділення вільного аміаку (NН₃) внаслідок взаємодії аміачних форм добрив, особливо з лужними висококарбонатними ґрунтами.

Для запобігання значних втрат азоту рекомендується внесення в ґрунт безводного аміаку на глибину 10 – 15 см.

Усі форми азоту в природних умовах протягом певного часу переходять у найбільш рухому нітратну форму. Нині для гальмування процесів нітрифікації широко застрсовують у виробництві різні інгібітори, що дають можливість підвищити коефіцієнт використання азоту добрив і суттєво зменшити його втрати.

Серед інгібіторів найбільш поширені американські препарати (наприклад, нітрапірин), а також японський АМ, які затримують нітрифікацію як амонійних іонів ґрунту, так і внесених добрив.

За багаторічними вітчизняними і зарубіжними даними, інгібітори підвищують коефіцієнт використання азоту з добрив на 10 – 15 %, а в ряді випадків і більше. Втрати ж азоту з добрив знижуються в 1,5 – 2 рази. Тому в багатьох країнах світу велику увагу приділяють вивченню повільнодіючих азотних добрив, які дають можливість зменшити кратність внесення добрив, знизити втрати азоту і запобігти забрудненню навколишнього середовища нітратами та нітритами.

Останнім часом велику увагу приділяють також капсулюванню, покриттю добрив синтетичними плівками (смолами, поліетиленом, парафіном) і звичайною сіркою. Це сприяє повільному вивільненню елементів живлення з водорозчинних добрив, що продовжується декілька місяців. Внаслідок цього рослини повніше використовують поживні речовини добрив, що значно зменшує їх втрати.

Суттєве зменшення втрат азотних добрив і збільшення коефіцієнту їх використання відбуваються при застосуванні рідких азотних і комплексних добрив. Велике практичне значення має розробка технології одержання і застосування азотних добрив з контрольованим вивільненням азоту.

Вже розроблено систему заходів, яку доцільно використовувати для зниження забрудненості поверхневих стоків з полів сполуками азоту й фосфору.

Важливим є локальний спосіб внесення добрив, тобто по площі живлення рослин, що оптимально задовольняє потребу рослин у них і зменшує вимивання їх з ґрунту.

Для зменшення забруднення річок поверхневими стоками з полів велике значення мають: скорочення строків зберігання добрив на полях; спорудження спеціальних майданчиків для їх тимчасового зберігання в польових умовах; суворий контроль за режимом підживлення рослин з літаків (облік швидкості вітру, норми внесення, висоти польоту тощо); заміна в зонах з великою кількістю опадів водорозчинних добрив менш розчинними; заборона внесення добрив по сніговому покриву; створення лісових смуг, затримання поверхневого стоку з полів.

На легких ґрунтах для зменшення втрат азоту рекомендуються такі агротехнічні прийоми, як сівба однорічних і багаторічних бобових, внесення амонійних і амідних азотних добрив з дотриманням глибини оранки 10 – 15 см і максимальним скороченням строків між внесенням добрив і сівбою, впровадження зайнятих парів.

Успіхи біологічної, особливо клітинної генної інженерії свідчать, що ми знаходимося на порозі абсолютно нового підходу до форм і способів застосування азотних добрив. Можливість синтезувати індивідуальні гени і переносити їх у генетичний апарат бактерій дає змогу вже зараз придавати бактеріям, що розвиваються в мікоризі коренів пшениці, здатність фіксувати молекулярний азот повітря так же, як бобові. У цьому напрямі одержано певні результати. Природно, що для широкого впровадження цього методу потрібен певний час.

Стало можливим і виробництво бактеріальних добрив, що фіксують азот з повітря. Дуже значним досягненням є виробництво гранульованих повільнорозчинних форм добрив, у тому числі й азотовмісних.

Багато проблем екології мінеральних добрив вже достатньо вивчені наукою, але результати цих досліджень не знаходять практичного втілення, тобто існує деякий розрив між досягненнями науки і ступенем їх реалізації у сільськогосподарському виробництві. Перше коло питань пов'язане з наявністю і якістю матеріально-технічної бази хімізації землеробства.

Наприклад, суттєво відстає у чисельному і якісному відношенні матеріально-технічна база хімізації від всезростаючих темпів застосування добрив. Потребує поліпшення комплекс машин і засобів транспортування, зберігання, змішування і внесення мінеральних добрив. При цьому найважливіше завдання – підвищення продуктивності й висока якість усіх робіт, спрямованих на запобігання втрат мінеральних добрив і більш ефективне їх використання.

Сільське господарство недостатньо забезпечене також складськими приміщеннями для зберігання агрохімічних засобів, особливо меліоралтів. Значна частина складів має малу місткість і не пристосована для проведення механізованих робіт по змішуванню і підготовці добрив до внесення, навантаженню і розвантаженню, що призводить до значних їх втрат.

Другий комплекс питань – висока культура землеробства, вдосконалення і розробка нових, більш ефективних технологій застосування добрив у сівозміні під кожну сільськогосподарську культуру з урахуванням грунтово-кліматичних умов району, біологічних особливостей культури і сортів, спеціалізації сівозмін та інших прогресивних прийомів інтенсивного землеробства.

Третя проблема, що потребує постійного, систематичного впровадження в практику хімізації – це комплексне використання засобів хімізації в інтенсивних технологіях вирощування сільськогосподарських культур, тобто добрив, хімічних меліорантів, інтегрованої системи захисту рослин від бур'янів, шкідників і хвороб, регуляторів росту рослин.

Четверту групу питань можна об'єднати в проблему вдосконалення асортименту і якості агрохімічних засобів і мінеральних добрив.

Асортимент добрив бажано поліпшувати в таких напрямах:

1) виробництво безбаластних висококонцентрованих добрив, які не містять важких металів та інших токсичних елементів. У цьому відношенні дуже перспективні безвідходні технології виробництва мінеральних добрив;

2) добрива, що відповідають вимогам оптимізації живлення рослин з урахуванням їх біологічних властивостей, які включають макро- і мікроелементи, стимулятори росту рослин, інгібітори нітрофікації та ін.;

3) мінеральні добрива пролонгованої дії з урахуванням періодичності живлення рослин. Це, наприклад, повільно діючі азотні добрива у вигляді сполук з обмеженою розчинністю у воді, або покриття часток добрив ризними речовинами – воском, парафіном, маслами, смолами, полімерами тощо.

Вирішення цих питань буде сприяти різкому скороченню міграції біогенних речовин у навколишнє середовище, виключить нетивний валив мінеральних добрив на природу і здоров'я людини.

РОЗДІЛ 2. Антропогенний вплив на агроекосистеми України