Минеральные и известковые удобрения

Среди источников возможного техногенного загрязнения почв сельскохозяйственных угодий и растений в научной и особенно популярной литературе называются минеральные и известковые удобрения. Конкретных же экспериментальных и производственных данных о фактическом действии удобрений на загрязнение почвенной среды и растительной продукции совершенно недостаточно. Отсутствуют также систематизированные данные о химическом составе минеральных и известковых удобрений.
В ЦИНАО проведен анализ 100 проб азотных, фосфорных и калийных удобрений на содержание в них 9 тяжелых металлов: кобальта, хрома, меди, марганца, никеля, свинца, цинка, мышьяка и кадмия из различных заводов, производящих минеральные удобрения (табл. 22).





Анализ представленных данных показывает, что содержание тяжелых металлов в сложных и комплексных удобрениях выше, чем в азотных и калийных, причем, в азотных удобрениях: карбамиде, КАС, воде аммиачной, селитре аммиачной, сульфате аммония (за исключением производственного в Орско-Халиловском MK и ПО "Корунд") не обнаружен кадмий, один из наиболее опасных, обладающих кумулятивным действием токсикантов (содержание кадмия меньше 0,5 мг/кг). Мышьяк и свинец, относящиеся также к группе приоритетных токсикантов. не обнаружены в аммиачной селитре, KAC марки 28 В 18 образцах карбамида девяти различных заводов-изготовителей отсутствует свинец; мышьяк обнаружен в карбамиде производства 2-х заводов: Ангарскнефтеоргсинтеза и Пермьнефтеоргсинтеза, причем, в первом случае во всех 3-х образцах - в концентрации 2 мг/кг, во втором - в одном из 3-х образцов в той же концентрации. В воде аммиачной производства 5 заводов: Невинномысского, Новомосковского и Новгородского ПО "Азот". Липецкого MK, Московского КГЗ свинец присутствует только в первом случае в концентрации 1 мг/кг. содержание мышьяка варьирует от 2 (Московский КГЗ) до 12 мг/кг (Невинномысский ПО "Азот"). В 10 образцах сульфата аммония пяти заводов-изготовителей: ПО "Корунд", Дорогобужской ТЭЦ, Новомосковского ПО "Азот", Алтайского МЗ, Орско-Хачиловского MK обнаружены свинец и мышьяк, которые отсутствовав лишь в продукте Новомосковского ПО "Азот", а свинец - Дорогобужской ТЭЦ. В остальных случаях содержание свинца колебалось на одном уровне 1-2 мг/кг, мышьяка от 2 мг/кг (Дорогобужская ТЭЦ), до 18 мг/кг, (Орско-Халиловский MK). Калийная и кальциевая селитры уступали по своему качеству селитре аммиачной: среднее содержание свинца в кальциевой селитре составило 4,5; в калийной - 13,3 мг/кг; мышьяка - от 0,5 до 1 мг/кг. Кадмий отсутствовал в обоих случаях. Содержание цинка было наибольшим в воде аммиачной: среднее его значение составило 86 мг/кг (табл. 22), что вдвое больше, чем в сульфате амония и КАС, и в 6 раз больше, чем в карбамиде и селитре аммиачной и кальциевой. В воде аммиачной установлены также наибольшие значения кобальта (5 мг/кг среднее), хрома (92 мг/кг среднее), марганца (173 мг/кг среднее). никеля (54 мг/кг среднее).
Таким образом, с точки зрения содержания тяжелых металлов наиболее безопасными являются азотные удобрения, среди которых более загрязнены сульфат аммония и вода аммиачная.
Уровень содержания тяжелых металлов в калийных удобрениях приблизительно совпадает с уровнем в азотных удобрениях. незначительно превышает по содержанию свинца (приблизительно в 20 раз). Калий хлористый различной марки и зернистости содержит от 1 до 5 мг/кг кадмия, до 40 мг цинка. По содержанию других металлов он в большинстве случаев имеет более благоприятную характеристику, чем азотные удобрения Сульфат калия и калийная селитра не содержат завышенных количеств тяжелых металлов.
Среди минеральных удобрений более высоким содержанием тяжелых металлов характеризуются фосфорные удобрения. Почти все фосфорные удобрения отличаются высоким содержанием стронция (нерадиоактивного).
Суперфосфат простой и аммонизированный не содержат в опасном количестве медь, цинк, кадмий, свинец, хром и никель. Количество меди и цинка в двойном суперфосфате Самаркандского завода в 3-4 раза выше, чем на других заводах. Фосфоритная мука содержит до 137 мг/кг меди и до 210 мг/кг цинка. Кроме того, в фосфоритной муке содержится до 180 мг/кг хрома и до 62 мг/кг никеля. Содержание свинца относительно не высокое и колеблется от 11 до 21 мг/кг. Фосфатшлаки по содержанию меди, цинка, кадмия и свинца близки к простому суперфосфату (табл. 23).

Среднее содержание тяжелых металлов в различных калийных. азотных, сложных и комплексных удобрениях приведено в таблице 24.


Рассмотрим вероятность загрязнения тяжелыми металлами почвы в производственных условиях на примере зерновых и овощных культур в сельском хозяйстве страны в 1990 году. Под зерновые культуры были внесены следующие дозы питательных веществ в минеральных удобрениях (кг/га): N-30, P2O5 - 34, K2O - 16. Средняя концентрация азота в азотных удобрениях составила 34,6%, K2O в калийных - 51,0, P2O5 в фосфорных -28,7%. Таким образом в 1990 году под зерновые были внесены следу ющие дозы минеральных удобрений: азотных 86,7 кг/га, калийных - 31 кг, фосфорных 118,5 мг/кг. Используя, приведенные в таблицах данные о содержании тяжелых металлов в удобрениях, рассчитываем поступление их в почву с азотными, калийными и фосфорными удобрениями (табл. 25). Расчетные материалы свидетельствуют о том, что ежегодное поступление тяжелых металлов в почву с удобрениями под зерновые составляет тысячные и десятитысячные доли мг/кг, что составляет ничтожную часть от фонового содержания хрома, меди, никеля, свинца, цинка и кадмия в почве. Применение указанных доз минеральных удобрений даже в течение многих сотен лет не может существенно изменить содержание в почве валовых форм этих элементов.

Под овощные культуры в 1990 году были внесены более высокие. чем под зерновые, дозы питательных веществ в минеральных удобрениях (кг/га): N - 115, Р2О5 - 97 и K2O - 110. В физической массе это составило следующее количество (кг/га): для азотных - 332. фосфорных - 338. для калийных - 216. Суммарное поступление тяжелых метаплов в почву за год с этими дозами минеральных удобрений приведено в таблице 26.

Эти материалы свидетельствуют о том, что применение минеральных удобрений в дозе около 300 кг/га действующего вещества при соотношении N:P2O5:K2O. близком к 1:1:1, не может оказать существенного влияния на содержание хрома, меди, никеля, свинца цинка и кадмия в течение очень длительного периода, измеряемого сотнями лет.
В условиях защищенного грунта уровень применения минеральных удобрений значительно выше, чем под овощные культуры открытого грунта. В этих условиях минеральные удобрения вносятся в количестве в 8-12 раз более высоком, чем в открытом грунте. Ho и в этом случае содержание валовых форм приоритетных загрязнителей: (хрома, меди, никеля, свинца, цинка и кадмия) будет на 2-3 порядка ниже ПДК этих элементов в почве. Однако контроль за подвижными и особенно воднорастворимыми формами тяжелых металлов в почве необходим. так как соединения этих элементов в составе минеральных удобрений в форме хлоридов, нитратов и отчасти сульфатов отличаются хорошей растворимостью и поэтому высокой подвижностью. Кроме того, минеральные удобрения, увеличивая кислотность среды в почве, способствуют переводу соединений тяжелых металлов, содержащихся в почве и удобрениях, в растворимые и более подвижные формы.
Поскольку вероятными загрязнителями почвы и растений тяжелыми металлами потенциально могут быть только фосфорные удобрения, нами был произведен расчет вероятного количества основных форм фосфорных удобрений, необходимых для изменения фонового содержания следующих элементов: Cd, Ni. Pb, Cr, Zn, Sr, Cu и As в 2 раза. Исходные данные по содержанию этих элементов в удобрениях и почвах были частично взяты из литературных источников (Ю.В. Потатуева и др., 1994, Г.П. Беспамятнов. Ю.А.Кротов, 1985) и из результатов собственных исследований. Расчетные данные количества фосфорных удобрений, необходимого для удвоения фонового содержания валовой формы тяжелых металлов в почве приведены в таблице 27.

Эти материалы не учитывают естественных потерь элементов за счет выноса урожаями растений и миграции с инфильтрационными водами, и поэтому фактические данные будут значительно меньше Однако и эти расчетные величины свидетельствуют о том, что для удвоения валовой формы тяжелых металлов в почве необходимо внести сотни и тысячи тонн в пересчете на P2O5. При средней ежегодной дозе 60-90 кг/га P2O5 гипотетический срок удвоения содержания тяжелых металлов в почве вследствие применения фосфорных удобрений измеряется многими сотнями и тысячами лет. Исключение составляет стронций, содержащийся в простом суперфосфате и фосфоритной муке. Для этих форм фосфорных удобрений условный период удвоения содержания стронция в почве составит соответственно 213 и 627 лет, что также является длительным временным промежутком. Ho при этом также следует учитывать, что для стронция важно не его общее содержание в почве, а соотношение этого элемента с кальцием. Наши экспериментальные данные многолетних полевых опытов показали, что длительное применение фосфоритной муки и суперфосфата приводит к увеличению содержания кальция в почве в обменной форме до 1,5-2,0 мэкв на 100 г почвы. При систематическом известковании содержание кальция в почве возрастает многократно. что существенно влияет на соотношение Ca:Sr в почве, делая его более широким.
Поскольку наибольшую опасность представляют подвижные формы тяжелых металлов, был произведен соответствующий расчет вероятного изменения их содержания при внесении фосфорных удобрений. Исходными данными для расчета были приняты для Ni, Cr, Zn, Cu величины, соответствующие 0,5 ПДК подвижных форм для этих элементов, для Cd, Pb и As фактические данные по содержанию подвижных форм этих элементов в длительных опытах ДАОС (Потатуева Ю.В. и др., 1994) Таким образом, в качестве фонового содержания подвижных форм тяжелых металлов были приняты (мг/кг): Cd -0,21, Ni - 2,0, Pb - 5,0, Cr - 3,0, Zn - 11,5. Cu - 1,5, As - 0,57.
Эти показатели являются достаточно низкими. Если сравнить их с предельно допустимыми концентрациями подвижных форм тяжелых металлов, предложенных Чулджияном и др. (1988) и Зыриным и др. (1985), то они составят (%) для: Cd -10-20. Ni-5,5. Pb - 3,8, Cr - 20. Zn-19. Cu - 3 и As - 4. Ho и в этом случае для удвоения содержания в почве относительно невысокого содержания подвижных форм тяжелых металлов потребуются сотни тонн фосфорных удобрений (табл. 28).

---