Невикористані сільськогосподарськими культурами поживні речовини за певних умов є джерелом антропогенного забруднення [13].
Екологічне забруднення значною мірою пов'язане з ущільненням ґрунту, яке відбулося в результаті впровадження в сільськогосподарське виробництво енергомістких тракторів, що призвело до зниження врожайності зернових культур у середньому на 20% і марному (до 40%) витрачанню добрив.
Негативні екологічні наслідки можуть спричиняти не лише азотні, але й фосфорні добрива. Так, нагромадження фтору в ґрунті, яке належить до явищ небажаних, пов'язують із внесенням фосфорних добрив. Зокрема, з однією тонною суперфосфату в ґрунт потрапляє до 15 кг фтору, а з тонною амофосу – до 50 кг. При цьому в ґрунті залишається до 95% фтору, що внесено з добривами, а вміст цього елемента в дерново-підзолистих ґрунтах підвищується на 5% за рік.
Відмічено нагромадження фтору в чорноземах і в рослинах при систематичному застосуванні суперфосфату, в якому фтор міститься в розчинній формі й легко засвоюється рослинами.
За даними Б.А. Ягодіна [1], надходження фтору в ґрунт при сучасному світовому виробництві фосфорних добрив (300 млн. т Р2О5 за рік) може становити 2 – 3 млн. т. Підвищення концентрації фтору порушує структуру асиміляційного апарата, що призводить до гальмування процесів фотосинтезу, дихання й росту сільськогосподарських рослин, негативно впливає на їхню продуктивність.
Забруднення рослинної продукції фтором відбувається при вмісті водорозчинного фтору в чорноземі на рівні 12,5 мг на 1 кг ґрунту. Очевидно, цей рівень його вмісту необхідно вважати гранично допустимою концентрацією цього елемента, яка на малобуферних ґрунтах, вірогідно, буде нижчою.
Екологічні наслідки застосування фосфорних добрив пов'язані із збільшенням надходження фосфору у водні об'єкти, який викликає поряд з іншими поживними елементами посилене розкладання планктону, заболочення водойм і загибель водних організмів через дефіцит розчинного у воді кисню. За розрахунками В.М. Кудеярова та інших (1984), щорічно з 1 га орних земель вимивається до 100 кг азоту, 5 кг Р2О5 і 60 кг К2О (при змиванні з поверхні ґрунту міліметрового шару втрачається від 14 до 34 кг/га Р2О5).
Всі ці факти свідчать про те, що необхідний суворо науковий підхід до застосування не лише азотних, але й фосфорних добрив, що містять фтор, надлишок якого супроводжується флюорозом зубів, хребта, пригніченням фосфорно-кальцієвого і ферментного обміну в організмі теплокровних [10].
Особливої обережності слід дотримуватись при фосфоритуванні кислих ґрунтів високими дозами фосфоритного борошна (1–2 т/га), в якому, крім токсичного фтору, міститься ряд важких металів (кадмій, стронцій, ванадій та ін.). Вихід полягає в переході до застосування знефторених фосфорних добрив. Необхідно також враховувати, що токсичність фосфору для людини залежить від співвідношення СаО: Р2О5. Нешкідливим вважається співвідношення 1: 1 і 1: 1,5 (надлишок фосфору може викликати різні захворювання).
Калійні мінеральні добрива небезпечні насамперед вмістом хлору, який погіршує якість урожаю (картоплі, овочів, винограду, тютюну, цитрусових і прядивних культур). Підвищений вміст калію в кормових травах може призвести до отруєння тварин, а застосування високих доз калійних добрив – до забруднення водойм.
За достатнього зволоження втрати калію з фільтраційними водами становлять 10 – 20 кг/га. При підвищеній концентрації калію в ґрунтовому розчині порушується співвідношення Са: К, Mg: К, Що може призвести до витіснення з ґрунтовбирного комплексу двовалентних катіонів і проникнення їх вглиб по профілю, втрат кальцію з дренажними водами, розмір яких може досягти 1 т/га. Цей процес значно посилюється під впливом високих доз кислих добрив [13].
Щодо мікроелементів, то, як відомо, вони особливо ефективні за інтенсивної хімізації. Проте слід зазначити, що деякі з них – мідь, цинк, бор і молібден – належать до елементів, які потенційно забруднюють ґрунт, а для марганцю навіть установлена гранично допустима концентрація в ґрунті.
В екологічному відношенні найбільш небезпечні промислові азотні добрива (так званий технічний азот) – основне джерело нітратного забруднення води, продуктів харчування і кормів.
Коли говорять про небезпеку нітратів для людини, звичайно мають на увазі й нітрити, які утворюються в організмі під дією мікрофлори кишечника і тканинних ферментів, а також N-нітрозоаміни. Загальновідомо, що нітрати й нітрити – нешкідливі форми азоту для рослин, є природними компонентами рослинного організму.
За здатністю нагромаджувати нітрати всі сільськогосподарські культури можна об'єднати в три групи. Головчастий салат, кріп, шпинат, редька, буряки столові акумулюють багато нітратів. Помідори, картоплю, огірки відкритого ґрунту, перець, баклажани, цибулю виділено в групу зниженої здатності до нагромадження нітратів. Проміжне місце займають морква, петрушка, селера, капуста, парникові огірки, кабачки, патисони [21].
Польові культури нагромаджують у зерні небагато нітратного азоту. Однак за певних умов зернові культури (озимі й кукурудза на зелений корм) можуть містити його надлишкову кількість у зеленій масі, а сира речовина багаторічних злакових трав містить набагато більше нітратів, ніж бобові (наприклад, конюшина).
Проте для застосування добрив на екологічній основі цих загальних відомостей недостатньо. Необхідно мати науково обґрунтовані нормативні показники гранично допустимих концентрацій.
Нині агрохімічна служба в своїй практичній роботі по оцінці рівня нітратного забруднення рослинницької продукції використовує ГДК, які розроблені відповідними службами (табл. 2.2).
Гранично допустима концентрація нітрат-іона в кілограмі сирої речовини становить у кавунах та огірках 45 – 60 мг, у зелених кормах і столових буряках 200 – 1400 мг. Вміст нітрат-іона в кормах для сільськогосподарських тварин не повинен перевищувати 5 – 10 мг на 1 кг сирої продукції. ГДК нітратів у питній воді становить: за стандартом Всесвітньої організації здоров'я – 10 мг/л, у європейських країнах – 22, у США – 45 і в нашій країні – 10 мг/л. Максимально нешкідлива доза для людини – 5 мг на 1 кг маси тіла.
Таблиця 2.2. Допустимий вміст нітратів у продукції рослинництва відкритого ґрунту
| Продукти | ГДК, мг/кг сирої речовини (за нітрат-іоном) |
| КартопляКапустаОгіркиТоматиКавуни, диніЦибуля (перо)БурякиМоркваЗелені корми | 8030015060454001400300200 |
Ще одна з причин нагромадження нітратів полягає у низькій ефективності мінеральних добрив. Нітрати часто нагромаджуються не лише на фоні високих, але й за умов застосування низьких доз азоту. Як показала практика, це спостерігається при низькій культурі землеробства [21].
За даними Українського філіалу ЦІНАО, окупність добрив приростом урожаю зернових культур у 1988 р. становила 3,8 кг, або 81% до нормативу, по цукрових буряках – 80%, картоплі – 46, а по овочах – 37%. Низька енергетична ефективність застосування добрив. Так, по соняшнику й овочах нагромаджена приростом урожаю енергія становила лише 65 – 67% енерговитрат на застосування добрив.
Наведені дані свідчать про неповне використання внесених добрив, значна частина яких забруднює ґрунт, підґрунтові води, водойми й сільськогосподарську продукцію.
Отже, спостерігається значна взаємодія між агрохімічними нормативами, які використовують при розробці рекомендацій для господарств, та ступенем екологічної небезпеки від їх реалізації.
Українським філіалом ЦІНАО спільно з іншими науково-дослідними інститутами розроблені більш досконалі в екологічному відношенні методика й нормативи для визначення доз добрив з урахуванням зростання врожаю, який можна одержати за конкретних умов, запланованого приросту, ступеня інтенсивності вирощування культури, вмісту в ґрунті поживних речовин та післядії добрив, внесених під попередники [27].
У таблиці 2.3 наведено такі нормативи. Їх використання дасть можливість значно зекономити витрати мінеральних добрив на формування запланованого врожаю, послабити еколого-токсикологічну небезпеку застосування добрив.
Ще одна помітна особливість використання наших нормативів полягає в регламентуванні доз азотних добрив у тих випадках, якщо вони перевищують максимально припустимі.
Рекомендаціями по еколого-токсикологічному регламентуванню добрив передбачено вносити не більше 140 кг/га азоту під озиму пшеницю 120, кукурудзу 120, озиме жито і ячмінь 100, цукрові буряки 160, картоплю 120, гречку 65, просо 75, під огірки й столові буряки 60 – 90.
Таблиця 2.3. Витрачання мінеральних добрив на 1 ц приросту врожаю озимої пшениці
| Приріст урожайості, ц/га | Витрати поживних речовин на 1 ц приросту, кг | ||||||||
| Дерново-підзолисті ґрунти | Світло-сірі | Темно-cіpі лісові | |||||||
| N | Р2О5 | К2О | N | Р2О5 | К2О | N | Р2О5 | К2О | |
| До 3,0 | 5,9 | 4,5 | 5,8 | 5,1 | 4,2 | 4,5 | 6,2 | 4,6 | 4,6 |
| 3,1–5,0 | 6,3 | 4,7 | 6,3 | 5,3 | 4,4 | 4,8 | 6,5 | 4,9 | 4,9 |
| 5,1–7,0 | 6,9 | 5,1 | 6,9 | 5,7 | 4,8 | 5,1 | 7,0 | 5,2 | 5,2 |
| 7,1–9,0 | 7,7 | 5,9 | 7,8 | 5,9 | 4,9 | 5,3 | 7,7 | 5,8 | 5,8 |
| 9 1–11,0 | 8,5 | 6,5 | 8,5 | 6,5 | 5,4 | 5,9 | 9,2 | 6,8 | 6,8 |
| 11,1–13,0 | 7,3 | 6,1 | 6,7 | 10,5 | 7,9 | 7,9 | |||
Агрономічна ефективність цих доз зростає, а їх негативний вплив на навколишнє середовище зменшується при роздрібненому внесенні відкоригованих доз азоту за результатами ґрунтової та рослинної діагностики. Комплексну діагностику, крім проведення її на посівах озимих зернових культур, слід ширше застосовувати на овочевих і баштанних культурах, картоплі, цукрових буряках і кукурудзі, тобто на всіх культурах, які інтенсивно удобрюють [13].