Сировиною для виробництва більшості азотних добрив є аміак і азотна кислота, які синтезують з атмосферного повітря або утилізують з газів, що є відходами різних промислових виробництв. Азотні добрива в багатьох випадках підкислюють або підлужують ґрунтовий розчин, що є результатом їхньої фізіологічної кислотності або лужності.
Нітратний азот не піддається фізико-хімічному та фізичному поглинанню у ґрунтах, зберігає високу активність і за певних умов може вимиватися у ґрунтові води.
Максимально допустимі річні норми азоту мінеральних добрив у різних зонах України: Полісся і Лісостеп - 140, Степ - 180 кг/га поживних речовин (за винятком культурних пасовищ) [30].
Азотні добрива в якості домішок можуть містити певну кількість мікроелементів [4]: As - 2,2-120 мг/кг; Вг - 185-716; Cd - 0,05-8,5; Co - 5,4-12; Сг - 3,2-19; Cu - <1-15; Hg - 0,3-2,9; Mo - 1-7; Ni - 7-34; Pb - 2-27; Sn - 1,4-16; Zn - 1-42 мг/кг. Вітчизняна аміачна селітра містить: Zn - 0,2 мг/кг, Cu - 0,25, Ni - 0,84, Pb - 0,05 мг/кг (додаток ). Деякі з цих елементів у невеликих кількостях можуть позитивно впливати на ріст і розвиток рослин, але систематичне внесення добрив може призвести до нагромадження у ґрунті баластних елементів, погіршення гігієнічної якості продукції, міграції токсикантів.
Загальна характеристика токсичної дії азотних добрив полягає у негативному впливі, пов'язаному, насамперед, з наявністю нітратного азоту.
Підпорогова концентрація нітратів у воді, що визначають за органолептичним показником - 400 мг/л, підпорогова концентрація NH4NO3, яка не впливає на санітарний режим водоймища - 10 мг/л, максимальна концентрація NH4NO3, яка при постійному впливі не призводить до порушень біохімічних процесів - 2 мг/л [25].
Допустима добова доза нітратів для людини, згідно з рекомендаціями ФАО/ВООЗ - 5мг/кг; летальна - 8-15 г Зафіксовано велику кількість випадків гострого отруєння їжею з високим вмістом нітратів [31].
За результатами наших досліджень (табл. .5) при застосуванні 100 кг фізичної маси аміачної селітри у ґрунт надійде 84 мг/га нікелю, 20-25 мг/га кадмію, цинку та купруму. Дана кількість домішок безпечна для екологічного стану ґрунту (Тк >100), але при внесенні доз добрив, розрахованих під запланований урожай (тобто більших за 35 кг/га д. р) зросте концентрація важких металів, що є потенційно небезпечним.
Щодо забруднення поверхневих вод найбільшу небезпеку представляють домішки кадмію (3 клас якості води).
Сульфат амонію містить більшу кількість домішок, ніж аміачна селітра у 2,5-10,0 разів. Внесення такої ж кількості сульфату амонію (100 кг за фізичною масою) зумовлює забруднення водних об’єктів кадмієм та свинцем (3 клас якості води).
Таблиця 5. Зведені показники агроекологічної оцінки застосування азотних добрив щодо їх впливу на ґрунт та водні об’єкти
| Елемент | G мг/га | А мг/га | Тк | Сст мг/л | Р мг/л | С мкг/л |
| Аміачна селітра | ||||||
| Zn | 20 | 10080000 | >100 | 0,2 | 0,2 | 0,66 |
| Cu | 25 | 88800000 | >100 | 0,075 | 0,075 | 0,25 |
| Ni | 84 | 4080000 | >100 | 0,25 | 0,25 | 0,83 |
| Pb | 5 | 8520000 | >100 | 0,015 | 0,015 | 0,05 |
| Cd | 20 | 1590000 | >100 | 0,2 | 0,2 | 0,66 |
| Сульфат амонію | ||||||
| Zn | 220 | 10080000 | >100 | 2,2 | 2,2 | 7,3 |
| Cu | 60 | 88800000 | >100 | 0,18 | 0,18 | 0,6 |
| Ni | 1000 | 4080000 | >100 | 3 | 3 | 10,0 |
| Pb | 1250 | 8520000 | >100 | 3,75 | 3,75 | 12,5 |
| Cd | 10 | 1590000 | >100 | 0,1 | 0,1 | 0,3 |
Фосфорні добрива посідають перше місце серед мінеральних за вмістом токсичних домішок, що пов'язано з геологічним походженням та хімічною будовою фосфорних руд [32]. Основними компонентами фосфорних руд, що йдуть на виробництво добрив, є фосфорити (осадового походження) і апатити (вивержені мінерали).
Залежно від геологічного походження та географічного положення, фосфорні руди мають різну кількість домішок важких металів (ВМ) та токсичних елементів (додаток 7).
Так, вміст Cd у фосфатній сировині (апатити та фосфорити) з різних країн світу коливається у доволі широких межах: США - 8 мг/кг, Марокко - 22, Ізраїль - 23, Того - 7, Сенегал - 75, Туніс - 30, Південна Африка - 3, Сірія - 8 мг/кг. Кадмій вважають найнебезпечнішим компонентом фосфорних добрив. Прийнято, що кадмій у фосфорних добривах присутній у формі фосфатів різної розчинності. Його кількість залежить від якості сировини і чистоти кислот, які використовують для технологічного процесу. Для обмеження забруднення природного середовища кадмієм у деяких країнах уведено нормативи на вміст цього елемента у добривах. У Росії (як і в Україні) на відміну від інших країн, нормативів на вміст кадмію у добривах не розроблено, хоча ця проблема доволі актуальна - слід забезпечити оптимальні умови живлення рослин і водночас обмежити надходження кадмію з добривами.
Вітчизняні суперфосфати простий і подвійний характеризуються таким вмістом домішок: Zn - 10,0-12,3 мг/кг, Cu - 18,3-31,2, Ni - 12,9-26,5, Pb - 21,7-29,0, Cd - 0,25 мг/кг.
На особливу увагу заслуговують дані щодо вмісту у фосфорних добривах фтору [26]. Фосфатна сировина різних родовищ містить 11 000 - 40 000 г/т фтору.50-80% фтору, що міститься у фосфоритах, залишається у фосфорних добривах.
1-й тоні елементарного фосфору відповідає у суперфосфаті простому, подвійному та амофосі з Каратау 80, 122 і 165 кг фтору. Найбільша кількість водорозчинного фтору міститься у складних добривах, а у суперфосфаті фтор перебуває, в основному, у вигляді малорозчинних сполук - фторидів кальцію.
При виробництві добрив з фосфорних руд більша частина токсичних елементів переходить у готовий продукт. Так, при одержанні суперфосфатів кадмій повністю залишається у готовому продукті, а при виробництві фосфорної кислоти близько 2/3 кадмію переходить у готовий продукт. Подібну залежність спостерігають і щодо фтору. Практично 50-80% фтору, що надходить з фосфатною сировиною, залишається у добривах і, на відміну від природних фосфорних руд, де фтор перебуває у складі нерозчинного апатиту або фтористого кальцію, добрива містять розчинні сполуки фтору.
Токсичні елементи, які надходять у ґрунт з фосфорними добривами, під впливом комплексу факторів беруть участь у іонообмінних реакціях. Вони утворюють органомінеральні сполуки, але їхні розчинність, рухомість, міграційна здатність та біодоступність, здебільшого, значно підвищуються, що свідчить про їхню більшу токсикологічну небезпечність [33].
Фосфорні добрива, здебільшого, мало впливають на зміну кислотно-основних властивостей ґрунтів - вони здатні спричиняти лише слабке підкислення (суперфосфати), або дещо знижувати кислотність ґрунту (преципітат, мартенівський шлам, знефторений фосфат, фосфоритне борошно) [34].
Загальний токсичний вплив солей фосфорної кислоти можливий лише за високих доз. У працюючих тривалий час з фосфорними добривами, виникає астеновегетативний синдром, зміни у периферійній нервовій системі, невралгії та хронічний радикуліт, посилюються хвороби верхніх дихальних шляхів.
Таблиця 6. Зведені показники агроекологічної оцінки застосування фосфорних добрив щодо їх впливу на ґрунт та водні об’єкти
| Елемент | G мг/га | А мг/га | Тк | Сст мг/л | Р мг/л | С мкг/л |
| Суперфосфат простий | ||||||
| Cu | 3120 | 88800000 | >100 | 9,36 | 9,36 | 31,2 |
| Ni | 2650 | 4080000 | >100 | 7,95 | 7,95 | 26,5 |
| Pb | 2900 | 8520000 | >100 | 8,7 | 8,7 | 29,0 |
| Cd | 25 | 1590000 | >100 | 0,25 | 0,25 | 0,83 |
| Zn | 1230 | 10080000 | >100 | 12,3 | 12,3 | 41,0 |
| Суперфосфат подвійний | ||||||
| Zn | 100 | 10080000 | >100 | 1 | 1 | 3,3 |
| Cu | 1830 | 88800000 | >100 | 5,49 | 5,49 | 18,3 |
| Ni | 1290 | 4080000 | >100 | 3,87 | 3,87 | 12,9 |
| Pb | 2170 | 8520000 | >100 | 6,51 | 6,51 | 21,7 |
| Cd | 25 | 1590000 | >100 | 0,25 | 0,25 | 0,83 |
За результатами наших досліджень (табл.6) застосування 100 кг фізичної маси суперфосфатів - простого та подвійного зумовлює найбільше надходження у ґрунт токсичних домішок на одиницю площі порівняно з іншими видами добрив. Так, міді надійде 1830-3120 мг/га, свинцю - 2170-2900 мг/га, нікелю - 1290-2650 мг/га. Не зважаючи на значні надходження токсикантів, час досягнення критичної концентрації перевищує 100 років. Щодо забруднення водних об’єктів, суперфосфат простий зумовлює IV клас забруднення свинцем, III клас забруднення іншими домішками. Суперфосфат подвійний у меншій мірі, ніж суперфосфат простий, забруднює ґрунт (внаслідок меншої кількості баластних речовин), забруднення води відповідає III класу по більшості токсичних речовин.
Сировиною для виробництва калійних добрив є природні калійні солі. Усі родовища поділяють на хлоридні й сульфатні. Умови виробництва визначають якісний і кількісний склад домішок у калійних добривах.
Основною сировиною для виробництва хлоридних калійних добрив слугує сильвініт, що є сумішшю (агломерат) сильвіну (КСl) і галіту (NaCl), які містять 12-15% К2О. Сульфатні калійні добрива одержують із мінералів каїнітових, лангбейнітових та змішаних лангбейніто-каїнітових порід, а також із алунітів.
Катіони калію при обмінному поглинанні ґрунтом водночас витісняють із ҐВК еквівалентну кількість інших катіонів - водню, алюмінію, кальцію, магнію, марганцю та ін., що відбивається на реакції ґрунтового розчину. За характером дії майже усі калійні добрива хімічно або фізіологічно кислі. Із водного розчину рослини значно інтенсивніше вживають іони К+, ніж супутні аніони С1- або SO42-.