Глава 5. Влияние сельскохозяйственного использования почв на почвенную микробиоту
Сельскохозяйственное использование почвенных ресурсов включает в себя весь комплекс мероприятий, связанных с выращиванием культурных растений и животных. В процессе использования происходит как загрязнение почв, так и их повреждение (изменения физических свойств, нарушение водно-воздушного режима и др.).
Сельскохозяйственное загрязнение почв связано с применением минеральных удобрений, пестицидов, горюче-смазочных материалов. Следует отметить, что для конкретной территории часто наблюдаются смешанные воздействия на почвенные системы – на почвы могут попадать как промышленные загрязнения, так и загрязняющие вещества сельскохозяйственного назначения.
Микробиологические аспекты загрязнения почв пестицидами
Современное сельскохозяйственное производство интенсивного направления предполагает использование множества препаратов с целью повышения урожайности культурных растений. Это - минеральные удобрения, химические мелиоранты, микроэлементы, ингибиторы нитрификации, пестициды. В настоящее время более 50-60% продуктов сельского хозяйства в развитых странах получают в результате применения только минеральных удобрений; 20% продукции полеводства и 60% - плодоводства - за счет внедрения в практику сельского хозяйства химических средств защиты растений. В экономически слабо развитых странах до 50% возможного урожая погибает от сорняков и вредителей, в промышленно развитых - 15-25%. В мире производится более 0,5 кг пестицидов на человека в год. Отказ от применения пестицидов по данным ФАО снизил бы мировой урожай основных культур на 30-35%; при этом убыток составил бы 75 млрд. долларов.
Бурное развитие промышленности органического синтеза в последние десятилетия привело к появлению огромного количества новых для биосферы веществ. Ежегодно в мире синтезируется 2*108 т органических химикатов, что сравнимо с мировой добычей нефти. В настоящее время используется более тысячи химических соединений, на основе которых выпускаются десятки тысяч препаратов пестицидов. Предполагается, что мировое потребление пестицидов ежегодно будет увеличиваться на 10-15%.
Пестициды - химические препараты, используемые для борьбы с вредителями и возбудителями болезней растений, сорняками, вредителями древесины и другого растительного сырья, пищевых продуктов и т. п. Пестициды относятся к разным классам органических и неорганических соединений. Большинство из них - органические вещества, получаемые синтетическим путем: хлорорганические и фосфорорганические пестициды, производные карбаминовой кислоты и мочевины, триазины, а также пестициды растительного происхождения. Из неорганических пестицидов широко используют препараты, содержащие медь, серу и др. Ассортимент пестицидов непрерывно совершенствуется и обновляется и начитывает более 100 тыс. наименований на основе более чем 700 химических веществ, принадлежащих к разным классам органических и неорганических соединений. В сельском хозяйстве России применяется более 250 наименований химических средств.
В Республике Татарстан применяется широкий спектр химических средств защиты растений. На рис. 24 представлена динамика изменения площадей сельскохозяйственных угодий, где применялись пестициды.
Рис. 24. Динамика изменения площадей сельскохозяйственных угодий Республики Татарстан с применением химических средств защиты растений за 1998-2005 гг., тыс. га
Динамика средней нагрузки пестицидов на 1 га пашни за 1995 – 2005 гг. приведены на рис. 25. Наибольшее количество пестицидов было внесено в Кайбицком (2,0 кг/га), Дрожжановском (1,9 кг/га), Заинском (1,89 кг/га) и Камско-Устьинском (1,59 кг/га) районах. Наименьшей нагрузке подверглись Альметьевский (0,11 кг/га), Атнинский (0,11 кг/га) и Сармановский (0,15 кг/га) районы Республики Татарстан.
Рис. 25. Изменение средней пестицидной нагрузки на 1 га пашни в Республике Татарстан за 1995 – 2005 гг.
По целевому назначению пестициды подразделяют на следующие основные группы: инсектициды - для уничтожения насекомых, акарициды - клещей, фунгициды - воз6удителей гри6ных болезней сельскохозяйственных культур и древесных пород, бактерициды--: возбудителей бактериальных болезней, нематоциды - возбудителей нематодных болезней, моллюскициды - слизней, зооциды - вредных позвоночных, гербициды - сорняков. К пестицидам относятся также репелленты - средства, отпугивающие вредных насекомых, клещей и др.; аттрактанты - вещества, привлекающие насекомых, которых затем уничтожают; хемостерилянты - препараты, вызывающие бесплодие у насекомых, клещей, грызунов. Некоторые пестициды обладают комплексным действием, что позволяет сократить затраты труда при их использовании.
Кроме своего непосредственного целевого воздействия пестициды оказывают многостороннее побочное влияние на биосферу, масштабы которого сравнимы с глобальными экологическими факторами. Широкое их применение оказывает всевозрастающее влияние на все живое население Земли. Следует отметить, что лишь небольшая доза пестицидов достигает организмов, действительно подлежащих уничтожению. Значительная же их часть отрицательно действует на полезные организмы. Пестициды снижают качество сельскохозяйственной продукции: ухудшаются хлебопекарные и пищевые свойства муки, снижается качество мяса. Опасность биоцидного загрязнения биосферы вообще и почв в частности усугубляется тем, что ядохимикаты обнаруживаются только трудновыполнимыми специфическими методами анализа, проявляются через заболевания и гибель организмов.
Здесь вступает в силу закон В.И. Вернадского о физико-химическом единстве всего живого вещества на планете. Вредный компонент для какой-то части живого вещества не может быть нейтральным для другой части, или вредный компонент для одних видов существ вреден и для других. Любые химические вещества, смертельные для одних организмов, не могут не оказывать вредного влияния на другие организмы. Массовая гибель разных животных организмов общеизвестна.
Миграция и перераспределение пестицидов в почвенном профиле осуществляется за счет диффузии в жидкой и газовой фазах, капиллярного и гравитационного перемещения воды, поглощения и экссудации корневой системой растений. Скорость миграции и глубина проникновения зависят от множества факторов, связанных как с почвенно-климатическими особенностями (гранулометрическим составом, содержанием коллоидов, сорбционной способностью почв, количеством осадков), так и со свойствами и дозами вносимых в почву препаратов. В зонах умеренного климата основное количество токсикантов локализуется в слое 0-30 см. Сравнительная глубина проникновения отдельных пестицидов в значительной мере зависят от степени их поглощения почвой и растворимости.
При изучении последствий систематического применения физиологически активных соединений в биоценозах была установлена возможность их превращения в нетоксичные соединения путем полного разложения или образования нетоксичных комплексов. Это явление получило название детоксикации. Вся система использования сельскохозяйственных угодий должна быть направлена на полную и скорейшую детоксикацию всех биоцидов, поступающих в почвы.
Частично судьбу пестицидов в почве удается регулировать агротехническими приемами – обработкой, применением орошения и удобрений, выбором сорта и культуры, способом внесения токсикантов, его глубиной, сроком. В посевах пропашных культур и на паровых участках вследствие лучшей аэрации детоксикация пестицидов, по-видимому, происходит более интенсивно, чем в посевах зерновых. Здесь же необходимо отметить, что корне- и клубнеплоды поглощают и выносят ядохимикаты в больших количествах, нежели другие культуры.
Главным условием резкого сокращения поступления биоцидов в окружающую среду, в том числе и в почвы, академик М.С. Гиляров считал организацию современного культурного ландшафта, обязательным компонентом которого выступают лесопосадки, защитные лесополосы, что значительно повышает устойчивость биоценозов вследствие увеличения многообразия видов. Фактором естественной защиты является концентрация в лесополосах насекомоядных птиц, насекомых-энтомофагов, истребляющих вредителей. Поэтому основной предпосылкой интегрированной борьбы с вредителями служит правильная организация всего ландшафта, а не только севооборота. При этом осуществляется комплекс агрохимических приемов с использованием естественных врагов вредителей, а применение пестицидов ограничивается своевременной обработкой местных очагов их появления.