Влияние микроэлементов на плодородие почв и экологическую безопасность агроценозов
5 мин чтения
Микроэлементы жизненно необходимы растениям, однако грань между пользой и вредом очень тонка. Накапливаясь в пахотном слое, они прочно связываются почвенными коллоидами. Этот процесс протекает особенно активно на тяжелых глинистых почвах и участках с высоким содержанием гумуса. Большинство микроэлементов относятся к тяжелым металлам, их соединения стабильны и годами сохраняют токсичность в почве.
У микроэлементов крайне узкий безопасный интервал концентраций. Ошибки в дозировках быстро превращают ценное удобрение в стойкий почвенный токсин, который по пищевой цепочке переходит в урожай, а затем в организм человека и животных.
Риски избытка: как микроэлементы превращаются в токсины
Чтобы не допустить скрытого отравления почвы, необходимо контролировать содержание микроэлементов и знать их предельно допустимые концентрации. Накопление металлов происходит постепенно, но при превышении пороговых значений они начинают блокировать жизненные процессы растений. Это приводит к ухудшению фитосанитарного состояния поля и снижению урожайности.
| Микроэлемент | Диапазон концентраций в почвах, мг/кг | Наиболее частые концентрации, мг/кг | Предельно допустимая концентрация (ПДК), мг/кг |
|---|---|---|---|
| Бор | 2–100 | 5–30 | 100 |
| Кобальт | 1–50 | 1–10 | 50 |
| Молибден | 0,2–10,0 | 1–5 | 10 |
| Цинк | 10–300 | 10–50 | 300 |
| Марганец | 30–3000 | 400–2000 | 3000 |
| Медь | 2–100 | 5–20 | 100 |
К избыточному накоплению тяжелых металлов в почве обычно приводят системные ошибки в технологии и бесконтрольное применение отходов:
- внесение органических удобрений с животноводческих ферм, где применяют кормовые добавки с микроэлементами;
- использование несертифицированных промышленных, городских и бытовых отходов;
- нарушение технологии и регламентов применения микроудобрений;
- использование некачественных препаратов с нестабильным химическим составом.
Токсический избыток металлов денатурирует белки растений, нарушая обмен веществ на клеточном уровне. Тяжелые металлы связывают фосфор в труднорастворимые фосфаты, делая его недоступным для питания. Кроме того, они конкурируют с другими элементами за переносчики в метаболической цепи, вызывая искусственный дефицит нужных веществ. В почве падает ферментативная активность и подавляется естественная азотфиксация — как симбиотическая у клубеньковых бактерий, так и свободная.
- Угнетение азотфиксации — при 10-кратном превышении фона
- ПДК марганца в почве — 3000 мг/кг
- ПДК цинка в почве — 300 мг/кг
- ПДК меди и бора — 100 мг/кг
Как управлять балансом: от контроля до снижения токсичности
Несмотря на риски загрязнения, полностью отказываться от микроудобрений нельзя. Без них резко снижается эффективность азотных, фосфорных и калийных удобрений, так как большинство почв изначально бедны микроэлементами. Разумное применение микроудобрений в оптимальных дозах служит важным элементом экологизации агротехнологий.
Оптимальные нормы микроэлементов работают как ингибиторы нитрификации и уреазы. Они сдерживают переход азота в нитратную форму, предотвращая загрязнение грунтовых вод, и одновременно помогают растениям лучше усваивать экстра-азот почвы.
При планировании системы питания важно учитывать гранулометрический состав почвы на конкретном поле. Подвижные соединения металлов ведут себя по-разному в зависимости от структуры грунта. Активнее всего тяжелые металлы закрепляются в иле, значительно хуже — в пыли, и практически не задерживаются в песке. Любые изменения в гранулометрическом составе почвы резко меняют доступность металлов для растений.
Если анализ почвы показывает опасный избыток тяжелых металлов, их поступление в растения можно заблокировать следующими методами:
- проводить известкование почв для перевода металлов в малоподвижные формы;
- вносить фосфорные удобрения, связывающие свободные ионы металлов в труднорастворимые соединения;
- поддерживать положительный баланс гумуса за счет регулярного внесения навоза и запашки сидератов;
- применять активированный уголь в качестве сорбционных фильтров для предотвращения накопления тяжелых металлов в урожае.
Тяжелые металлы распределяются по органам растений неравномерно:
- больше всего их накапливается, как правило, в корневых волосках;
- меньше – в корнях;
- еще меньше – в стеблях;
- особенно мало – в плодах.
Значительное влияние на распределение тяжелых металлов по органам растений оказывают биологические особенности культуры. Они влияют и на общее накопление. Среди распространенных сельскохозяйственных культур избыточным накоплением тяжелых металлов отличаются в первую очередь овощи. Аккумуляция тяжелых металлов также во многом зависит от генотипа сорта. Подбор его в соответствии с требованиями культуры, возможностями плодородия почв и условиями агротехники позволяет в значительной мере снизить накопление тяжелых металлов в растениях до экологически безопасного уровня.
К наиболее значительным факторам, вызывающим загрязнение окружающей среды, относятся техногенные факторы. Улучшить коренным образом экологическую обстановку при техногенном загрязнении можно только на основе сокращения промышленных выбросов или перехода промышленного производства на безотходные технологии.
Экстра-азот – минерализованный (мобилизованный) или дополнительно усвоенный растениями азот почвы под влиянием азотных удобрений. 1046
Рис. 118. Основные потоки загрязнения почв и растений тяжелыми металлами и пути их детоксикации
