Минеральные удобрения и пестициды

Применение минеральных удобрений – неизбежное следствие интенсивного земледелия. В настоящее время производство удобрений достигает примерно 220 млн т/год или около 35 кг на человека. Имеются расчеты, что для достижения желаемого положительного эффекта от применения удобрений их мировое потребление должно возрасти до 90 кг/год на человека. Темпы роста производства удобрений во многом сходны с ростом производства электроэнергии: объем удваивается каждые 8-10 лет.

Применение удобрений можно рассматривать как одно из проявлений закона увеличения вложения энергии в единицу производимой сельскохозяйственной продукции. Это значит, что для получения одной и той же прибавки урожая требуется всё большее количество удобрений. Масса вносимых удобрений варьирует в широких пределах, кг/га: от 100-125 (США, Украина) до 600-800 (Бельгия, Нидерланды). Применение удобрений обеспечивает около 50% общего прироста урожая. Без внесения удобрений производительность пашни снижается для различных культур на 2-10% ежегодно. Вместе с тем, использование удобрений в неумеренных количествах и нарушение технологии внесения приводят к тому, что растения усваивают лишь около 50% удобрений, остальные накапливаются в почве и уносятся водным стоком в водоемы. Это ведет к повышению кислотности почвы, разрушению ее структуры, гибели почвенных организмов, к нарушению круговоротов элементов, а также - к эвтрофикации водоемов.

На долю нитратов приходится примерно половина вносимых удобрений. Нитраты накапливаются выше допустимых норм не только в воде, но и в растениях.Нитраты опасны и для человека. При избыточном количестве (более 50 мг/л) нитраты не успевают выводиться из организма и восстанавливаются в нитриты. Последние вызывают нарушение обмена веществ и метгемоглобинемию (кислородное голодание тканей, оттек легких). При взаимодействии нитритов и аминов в живых организмах образуются нитрозоамины, являющиеся канцерогенами и способные вызывать нарушения хромосомного аппарата и наследственные уродства.

Следствием увеличения кислотности почв при применении удобрений (особенно кислых азотных) является вымывание из них кальция и магния. Для нейтрализации данного явления приходится вносить в почву эти элементы.

Фосфорные удобрения не обладают столь выраженным подкисляющим эффектом, как азотные, но они могут вызывать цинковое голодание растений и накопление стронция в получаемой продукции.

Основной способ уменьшить эти явления – умеренное и научно обоснованное применение удобрений (оптимальные дозы, минимум вредных примесей, чередование с органическими удобрениями).

Проблема повышения урожайности сельскохозяйственных культур тесно связана с проблемой защиты выращенных культур от болезней, сорняков и, особенно, от вредителей растений. Исключительная важность этой проблемы иллюстрируется следующими данными. Рис повреждают 40 видов насекомых, капусту и сахарную свеклу – 100, пшеницу и кукурузу – 128, картофель – 260 видов. Вредители обладают высоким биотическим потенциалом и отличаются большой прожорливостью. Так, масса потомства одной – единственной тли (если бы все выжили) может составить 24*10²⁸т! Потомство самки колорадского жука за лето может достигнуть несколько десятков млн особей, способных объесть 100 тыс кустов картофеля. Луговой мотылек, весом менее 10 мг, за лето дает 4 поколения весом 250 кг, каждое из которых может съесть до 9 т зеленой массы (овощи, сахарная свекла, хлопчатник).

Исследования показали, что на каждый гектар среднестатистического биоценоза приходится, 0,5 кг птиц, 3-4 кг грызунов, до 15 кг крупных млекопитающих и до 300 кг насекомых. В годы массовых размножений масса некоторых видов бабочек и их гусениц возрастает до 600 кг, а саранчи – до 1750 кг на гектар! В последнем случае плотность насекомых составляет 40 млрд/км² и полчища саранчи за один день уничтожают до 80 тыс т растительной пищи – количество, достаточное для того, чтобы прокормить 400 тыс человек в год (80-е годы, Африка). Так, в 1967 г. в Алжире саранча оставила без пищи 500 тыс человек.

Общепризнанным методом для защиты сельскохозяйственной продукции является применение пестицидов. Пестициды – это химические или биологические препараты, используемые для борьбы с вредителями и болезнями растений, сорняками, вредителями хранящейся продукции, а также для регулирования роста и предуборочного удаления листьев. В зависимости от объекта воздействия и химической природы пестициды подразделяются на акарициды (уничтожение водорослей), бактерициды (борьба с бактериальными болезнями), гербициды (борьба с сорняками), дефолианты (для удаления листьев), зооциды (против грызунов), инсектициды (борьба с вредными насекомыми), фунгициды (против возбудителей грибковых заболеваний) и др.

Мировое производство пестицидов превысило 5 млн т в год, ассортимент их насчитывает более 100 тыс препаратов и продолжает расширятся. Инсектициды занимают в объеме мирового производства около 50%, гербициды – свыше 30%, фунгициды – 10-15%. Сегодня в мире в среднем наносится 0,3 кг пестицидов на 1 га, в США – 1,6 кг/га, Европе – 2-3 кг/га, Молдавии – 12 кг/га, Японии – 20 кг/га.

Пестициды позволяют не только сохранить и повысить урожай (их доля в приросте урожая составляет 20-25%), но и сократить затраты на выращивание сельскохозяйственных культур и повысить производительность труда.

Благодаря пестицидам удалось предупредить или резко ослабить примерно 30 болезней человека и домашних животных, спасти не менее 25 млн человек и предупредить около 1 млрд заболеваний. Именно пестициды позволили почти полностью ликвидировать или свести на нет такие болезни, как туляремию, клещевой энцефалит, малярию и др.

Положительные и отрицательные свойства пестицидов наиболее ярко проявились в уже ставшей классической истории применения ДДТ, которая наглядно иллюстрирует оборотную сторону химизации сельского хозяйства.

В 1938 г. швейцарский химик П.Г.Мюллер обнаружил, что ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан)

обладает широким спектром действия в качестве инсектицида. Серьезное испытание он выдержал в 1943 г., впервые в истории медицины предотвратив вспышку сыпного тифа в Неаполе. В следующем десятилетии ДДТ подавил размножение комаров-возбудителей малярии: его применение позволило резко снизить смертность от этой болезни. Так, на Цейлоне только за один год смертность упала на 34%. За 30 лет использования ДДТ в мире более 1 млрд человек спасено от малярии. Потом ДДТ позволил защитить хлопчатник от долгоносиков и вдвое увеличить сбор хлопка в Америке, в СССР – уничтожить клеща – возбудителя таежного энцефалита, решить проблему защиты сахарной свеклы и за 5 лет сохранить от вредной черепашки около 3 млн т пшеницы. Достоинства ДДТ казались столь выдающимися, что П.Г.Мюллер был удостоен в 1948 г. Нобелевской премии в области физиологии и медицины.

С ДДТ, собственно, и началась эра синтетических пестицидов, среди которых более 20 лет преобладали хлорорганические препараты. За это время во всем мире было использовано около 4,5 млн т ДДТ. Казалось, что люди получили «чудо-оружие», вещество чрезвычайно токсичное для насекомых и казавшееся безвредным для человека.

Однако вскоре стало очевидным, что применение ДДТ вызывает целый ряд проблем. Из-за широкого спектра действия ДДТ вместе с вредными насекомыми уничтожались и полезные. Высокая устойчивость (период полураспада ДДТ в воде – 10 лет, в почве – более 2 лет) приводила в тому, что ДДТ накапливался в пищевых цепях и оказывал губительное действие на их концевые звенья (его концентрация может возрастать в 100000 раз и более). Дальнейшие исследования показали, что ДДТ воздействует практически на все живые организмы. Он накапливается в тканях млекопитающих и является канцерогеном, мутагеном, эмбриотоксином, иммунотоксином, изменяет гормональную систему. Продукты разложения ДДТ столь же токсичны и еще более устойчивы. Вместе с тем, у многих вредителей после многолетнего применения ДДТ выработалась к нему устойчивость.

В начале 70-х годов применение ряда хлорорганических пестицидов, в том числе ДДТ, в большинстве развитых стран было запрещено. Однако и после этого запрета применение ДДТ не прекратилось. Поэтому заметные количества препарата (~1 млн т) все еще присутствуют в почвах многих регионов, снегах и льдах Антарктиды и Арктики, поверхностных водоемах и Мировом океане.

Применяемые в настоящее время пестициды (фосфорорганические соединения, карбаматы, тиокарбаматы, нитродифениловые эфиры, триазины, производные мочевины, 2,4-Д, пиретроиды и др.) во многом лишены недостатков ДДТ. Они обладают повышенной биологической активностью и избирательностью действия, а также должны быть безопасными для человека и животных. Многие из них под влиянием микроорганизмов и солнечного света полностью разлагаются в течение 1-2 месяцев на малотоксичные или безвредные вещества. Таковы, например, пиретроиды (производные транс - хризантемовой кислоты), которые вносят на поля в количестве 5-20 г/га, т.е. в 100-1000 раз меньше, чем в случае традиционных инсектицидов. К этому следует добавить, что за последние 30 лет не отмечено ни одного случая привыкания к пиретроидам насекомых самых различных видов. Однако пиретроиды очень ядовиты для рыб, пчел и других полевых насекомых.

Отсюда следует неутешительный вывод: совершенно безопасных пестицидов нет. Пестициды по своей сути являются биологически активными веществами, поэтому они всегда потенциально опасны для живой природы и человека. Пестициды являются единственным загрязнителем, который сознательно вносится человеком в окружающую среду. Установлено, что 98% инсектицидов и фунгицидов, 60-95% гербицидов не достигают объектов подавления, а попадают в воздух и воду и аккумулируются в почве. И хотя на долю пестицидов приходится менее 1% всех вредных веществ, попадающих в природу в результате деятельности людей, они представляют серьезную опасность. По данным ВОЗ, ежегодно пестицидами отравляются до 2 млн человек, более 10 тыс – со смертельным исходом.

В экологическом отношении особую тревогу вызывает ежегодное увеличение объемов применения пестицидов. Это связано не только с расширением обрабатываемых площадей, но и с развитием устойчивых видов организмов при интенсивном использовании традиционных пестицидов. С течением времени для получения одного и того же эффекта приходится применять все больше и больше пестицидов. Степень привыкания организмов к пестицидам тем значительнее, чем более короткий цикл воспроизводства характерен для них. Насекомые и сорняки, как правило, характеризуются короткими циклами и поэтому быстро привыкают к определенным дозам пестицидов. В мире более 500 видов насекомых выработали иммунитет против одного или нескольких инсектицидов (в Украине таких видов 150), более 10 видов насекомых устойчивы ко всем применяющимся инсектицидами.

Парадоксальный результат использования пестицидов проявляется и в том, что увеличение объемов их применения не избавляет от потерь продукции. Сохраняет свой смысл выражение «человек получает от сельского хозяйства лишь то, что ему соизволили оставить вредители».

К этому следует добавить, что проблема малярии, с которой связана история ДДТ, так и осталась нерешенной. Несмотря на огромное количество препарата, не удалось, даже локально, уничтожить возбудителя малярии – комара анофелес. Все временные успехи в борьбе с этим насекомым через несколько лет после прекращения внесения ДДТ были сведены на нет. Малярийный комар мутирует. Те препараты, которые еще 5-7 лет назад давали полную гарантию его уничтожения, сегодня оказываются абсолютно безвредными. В настоящее время от малярии умирает больше людей, чем 30 лет назад: 1-2 млн человек ежегодно, в основном это дети в возрасте до 5 лет. Сегодня малярия – самая распространенная в мире тропическая болезнь, особенно для 100 стран Азии, Африки и Ю.Америки, в которых ежегодно регистрируется до 500 млн случаев заболевания малярией (в Украине – до 100, в России – до 900 случаев). Вакцина от малярии до сих пор не создана.

Несмотря на многие минусы исключить применение пестицидов пока невозможно. В частности, на ближайшие десятилетия для гербицидов и фунгицидов разумной альтернативы нет. Использование инсектицидов может быть сокращено на 30-50% в рамках интегрированной системы защиты растений, которая предусматривает комплексное сочетание биологических (насекомые против насекомых), химических (половые феромоны), агротехнических методов и, в крайнем случае, ядохимикатов высокоселективного действия против вредителей.

Преодоление кризиса, порожденного массовым применением пестицидов, зависит от разумного сочетания различных подходов. Ведутся работы по выведению сортов, устойчивых к болезням и вредителям, по введению в естественные популяции насекомых-вредителей генетически модифицированных насекомых, например, стерильных самцов и др.