Вміст шкідливих домішок в калійних добривах, мг/кг
(В.А. Черніков, 2000)
| Добриво | Pb | Cd | Al | Hg | Cr |
| KCl | 6,5 | 0,2–0,3 | 1,3–7,7 | – | – |
| K2SO4 | 12,0 | 1,00 | 0,2 | 0,075 | 0,250 |
| Сира калійна сіль | 4,0 | 0,09 | 2,6 | – | – |
| 40%-на калійна сіль | 4,5 | 0,16 | 4,1 | – | – |
При незбалансованому (по макроелементах) живленні спостерігаються накопичення окремих елементів в рослинах і зрушення мінерального складу в небажану сторону. Так, співвідношення K:Na часто перевищує граничні для рослинних кормів норми (оптимальне співвідношення K:Na = 5:1). Потреба тварин в калії задовольняється при вмісті його в траві 0,03–0,10% (на суху речовину). Вміст К2О в кормі не повинен перевищувати 2,5–3,0% (Мінєєв, 1990). Надлишок K в пасовищній траві загострює дефіцит Na. Для підтримки здоров'я худоби концентрація Na в сухій речовині корму повинна складати не менше 0,25%.
Останнім часом велика увага приділяється вмісту в травах Mg. При зниженні його рівня до 0,13–0,15% (на суху речовину) тварини хворіють гіпомагнезією (трав'яна титанія). Для забезпечення потреби тварин в цьому елементі достатньо 12–15мг Мg на 1 кг їх маси, якщо елемент поступає з корму.
Зростає захворюваність гіпомагнезією і при порушенні співвідношення макроелементів в кормі. Це має місце, якщо K: (Са + Mg) > 2,2–2,4 і K: Na > 6. При відношенні K: (Са + Мg) < 1,4 випадків захворювання не відмічалося.
Вимивання калію залежить від типу водного режиму, гранулометричного складу ґрунтів, вмісту в них гумусу і запасів калію в ґрунті. На величину втрат калію, як і інших поживних елементів, впливають також наявність рослинного покриву, дотримання агротехнічних правил, норми поливу, кислотність ґрунту і рельєф місцевості. На дерново-підзолистих ґрунтах Білорусії, зайнятих паром, втрати калію склали 4–6% від внесеної з добривами кількості, на супіщаних — 6–8%. На червоноземах і підзолистих ґрунтах Грузії при зрошуванні втрати досягали 13–17%, а в дощові роки (2820 мм опадів) — до 25%. На дерново-підзолистих ґрунтах Підмосков'я, розташованих в місцевості з невеликим ухилом, в роки з глибоким промерзанням ґрунту талі води змивали до 40–70% внесеного (при пізньо-осінньому, зимовому і ранньовесняному внесенні азотно-фосфорно-калійних добрив). Ґрунтові води заплав крупних річок, на землях яких розвинене овочівництво, є одним з основних джерел забруднення річкових вод С1– і Na+.
Для запобігання великим втратам К і забруднення поверхневих і ґрунтових вод калійні добрива слід вносити під основний обробіток ґрунту. Зниження втрат поживних елементів мінеральних добрив унаслідок вимивання можна досягти як агротехнічними, так і хімічними способами. Серед останніх представляє інтерес застосування повільнодіючих добрив, поживні елементи яких засвоювалися б рослинами поступово, протягом всього періоду вегетації. Цього можна досягти за допомогою капсулювання, покриття синтетичною оболонкою (смоли, парафіни, поліетилен і ін.) або елементарною сіркою. Результати експериментів, проведених в колишній Чехословаччині, показали, що завдяки покриттю добрив поліетиленовою оболонкою коефіцієнт використання калію кукурудзою можна збільшити з 30 до 50%. Результати проведених в США дослідів по застосуванню капсульованих добрив показали, що покриття їх вінілацетатною оболонкою привело до зниження втрат калію з 86 до 30%, а покриття туків парафіном — до 5,4%. Проте даних для однозначних рекомендацій з питань використання капсульованих добрив поки недостатньо.
Слід звернути увагу і на наступні обставини. У системі добрив важливе значення мають органічні добрива. Але створити високопродуктивні ґрунти тільки за рахунок органічних добрив неможливо. При достатній кількості органічних добрив в господарстві баланс гумусу в ґрунті може бути позитивним. Проте забезпечення бездефіцитного балансу фосфору і калію без застосування мінеральних добрив достатньо проблематичне. Крім того, навіть систематичне застосування органічних добрив не дозволяє добитися оптимального співвідношення основних елементів живлення в певні періоди росту і розвитку, оскільки всі культури на перших фазах розвитку вимагають обов'язкової наявності фосфору, озимі — весняного підживлення азотними добривами, багаторічні трави — поукісного добрива і т.д. Дія органічних і мінеральних добрив на рослини і ґрунт різна. Поживні речовини з мінеральних добрив (особливо азотних і частково калійних) максимально використовуються рослинами майже відразу ж після їхнього внесення, а з органічних — поступово, у міру мінералізації органічної речовини. Тому при необхідності швидкого впливу на живлення рослин слід вносити мінеральні добрива. Якщо останні в основному покращують поживний режим ґрунту, то органічні добрива разом з цим збагачують його гумусом, покращують фізико-хімічні властивості, збільшують активність ґрунтової мікрофлори. Внесення органічних добрив в поєднанні з мінеральними перевершує по своїй ефективності дію еквівалентної кількості поживних речовин вживаних роздільно органічних або мінеральних добрив. Тільки використання органо-мінеральної системи удобрення в поєднанні з іншими агротехнічними і біологічними прийомами створює надійну основу для підвищення родючості ґрунтів, росту врожайності сільськогосподарських культур, регулювання якості продукції і мінімізації негативної дії на навколишнє природне середовище.
У проблеми захисту посівів і посадок вирощуваних культур від хвороб, шкідників і бур'янів тривала і повчальна історія. Мабуть, перші практичні рекомендації по боротьбі з хворобами були розроблені в 460 р. до н.е. Демокритом, який радив замочувати насіння злаків перед посівом в соку заячої капусти, щоб уберегти рослини від пошкодження сажкою. В середні віки церква намагалася в судовому порядку „захистити” селян від нашестя комах-шкідників і збудників хвороб рослин. У 1479–1481 рр. у Швейцарії „судили” хрущів, а в 1585 р. — шкідників виноградників. І хоча «злочинці» були засуджені до вигнання і віддані анафемі, посіви і виноградники продовжували страждати від їхніх набігів. У період з 1845 по 1869г. у Ірландії померло близько 1 млн чоловік і 500 тис. емігрувало в інші країни через голод, викликаний знищенням картоплі хворобою, що викликається грибом фітофтора інфестанс. У 1880 р. на Цейлоні (зараз — острів і держава Шрі-Ланка) загинули кавові дерева. Винуватцем цієї сумної події виявився гриб — збудник іржі. З тих пір і по сьогоднішній день на острові замість кави вирощують знаменитий цейлонський чай. Фактично початком цілеспрямованих досліджень по хімічному захисту рослин від хвороб був 1882 р. Діло було так. Один французький виноградар на прізвище Пруст, щоб захистити свої виноградники, що ростуть уподовж дороги, від набігів пустотливих хлопчиськ і інших любителів поласувати чужим виноградом, обприскав лози сумішшю мідного купоросу з вапном. І дійсно, боячись отруїтися, ніхто не чіпав покритих блакитним нальотом ягід. Трапилося так, що по цій дорозі проїздив якийсь пан Мілларде, що вивчав несправжню борошнисту росу винограду — мілдью. Він звернув увагу на те, що листя на лозах у Пруста цілісінькі, а у сусіда навпроти повністю обсипалися. І йому прийшло в голову, щолистя збереглося завдяки обробці «отруйною» рідиною з мідного купоросу і вапна. Це була щаслива думка. Мілларде розробив точну рецептуру цієї суміші і організував її виробництво і широкомасштабне застосування. Так була відкрита бордоська рідина — прекрасний засіб проти багатьох захворювань рослин, з успіхом що застосовується і в наші дні.
Вже більше 100 років хімічні засоби захисту рослин грають важливу роль в боротьбі із збудниками хвороб, комахами-шкідниками і бур’янистою рослинністю. Найбільшого поширення цей спосіб боротьби набув після другої світової війни. Необхідність такої боротьби достатньо очевидна, якщо врахувати, що втрати урожаю, що викликаються ними, як свідчать дані, представлені в таблиці, складають в даний час від 23,9 до 46,4%.
Уявлення про потенційні втрати урожаю сільськогосподарських культур в Російській Федерації дають дані, приведені в табл.
За оцінками ФАО (1989), щороку від комах-шкідників, хвороб рослин і бур'янів світове сільське господарство зазнає збитки в 75 млрд. дол.
У США в 1900г. один середньостатистичний фермер забезпечував продуктами харчування 7 чоловік, в 1970-м — 46, а в 1980-м — 55 (причому в останні 10 років зростання цього показника було обумовлене виключно застосуванням хімічних засобів захисту рослин). Підраховано, що якщо в США припинити застосування хімічних засобів захисту рослин, то для збереження валового збору зерна на нинішньому рівні потрібно буде додатково розорати 52 млн га; при цьому вартість продукції рослинництва зросте (через зниження продуктивності праці) на 50–70%.
Втрати урожаю сільськогосподарських культур в світовому землеробстві (Соколов і ін., 1994) (В.А.Черніков, 2000)
| Культура | Втрати урожаю, %, від | |||
| шкідників | хвороб | бур'янів | разом | |
| Пшениця | 5,0 | 9,1 | 9,8 | 23,9 |
| Кукурудза | 12,4 | 9,4 | 13,0 | 34,8 |
| Просо, сорго | 9,6 | 10,6 | 17,8 | 38,0 |
| Рис | 26,7 | 8,9 | 10,8 | 46,4 |
| Бавовник | 11,0 | 9,1 | 4,5 | 24,6 |
| Соя | 4,5 | 11,1 | 13,5 | 29,1 |
| Картопля | 6,5 | 21,8 | 4,0 | 32,3 |
| Томати | 7,5 | 11,6 | 5,4 | 24,5 |
Загальноприйнята збірна назва хімічних засобів захисту рослин — «пестициди» (лат. pestis — зараза і caedo — вбиваю). За різними оцінками, останніми роками в світі налічується більше 1000 хімічних сполук, на основі яких випускають десятки тисяч препаративних форм пестицидів. Звичайно пестициди класифікують по їхньому цільовому призначенню. Найчастіше застосовують наступні з них:
- гербіциди — для боротьби із бур’янистими рослинами;
- інсектициди — з шкідливими комахами;
- фунгіциди — з грибними хворобами рослин і різними грибами;
- зооциди — з шкідливими хребетними;
- родентициди — з гризунами;
- бактерициди — з бактеріями і бактерійними хворобами рослин;
- альгіциди — для знищення водоростей і бурянистої рослинності у водоймищах;
- дефоліанти — для видалення листя і бадилля;
- десиканти — для підсушування листя перед прибиранням;
- ретарданти — для гальмування росту рослин і підвищення стійкості стебел до вилягання і ін.
Пестициди можна класифікувати також по складу і хімічним властивостям. Найбільш поширені:
- хлорорганічні пестициди — галоідопохідні поліциклічних і ароматичних вуглеводнів, вуглеводнів аліфатичного ряду;
- фосфорорганічні пестициди — складні ефіри фосфорних кислот;
- карбамати — похідні карбамінової тіо- і дитіокарбамінової кислот;
- азотовмісні пестициди — похідні сечовини, гуанідину, фенолу.
Пестициди підрозділяють також по стійкості в навколишньому середовищі або по здібності до біонакопичування. Ці властивості обумовлені хімічною структурою і фізико-хімічними особливостями препаратів. Найстійкішими і такими, що одночасно володіють чітко вираженими кумулятивними властивостями, є хлорорганічні пестициди, для яких найхарактернішим є концентрація в подальших ланках харчових ланцюгів.
По стійкості до розкладання в ґрунті пестициди ділять на
- дуже стійкі (час розкладання на нетоксичні компоненти складає понад 2 роки);
- стійкі (від півроку до 2 років);
- помірно стійкі (до 6 міс.);
- малостійкі (1 міс.).
Більшість пестицидів відносяться до синтетичних хімічних сполук — ксенобіотиків, тобто речовин, яких немає в біосфері (гр. xenos — чужий). Ці продукти ще до порівняно недавнього часу були відсутні на планеті, що ускладнює процес їхньої детоксикації. При зростаючих об'ємах застосування пестицидів їхні залишки або продукти метаболізму можуть накопичуватися в об'єктах навколишнього природного середовища, мігрувати по харчових ланцюгах і викликати небажані наслідки, негативно впливаючи на якість питної води, і т.п. До особливостей використання пестицидів в сільському господарстві відносяться
- їхня циркуляція в біосфері,
- висока біологічна активність,
- необхідність застосування значних локальних концентрацій,
- вимушений контакт населення з пестицидними препаратами.
Накопичуючись в ґрунтах, рослинах, тваринах, пестициди можуть викликати глибокі і необоротні порушення нормальних циклів біологічного круговороту речовин і зниження продуктивності ґрунтових екосистем.
Переважна більшість пестицидів — кумулятивні отрути, токсична дія яких залежить не тільки від концентрації, але і від тривалості дії. Так, в процесі біоакумуляції відбувається багатократне (до сотень тисяч разів) підвищення концентрації пестициду у міру просування його по харчових ланцюгах.
В процесі біотрансформації пестицидів разом з детоксикацією має місце і токсифікація, тобто утворення речовин, що володіють високою токсичністю. Мірою токсичності є доза, тобто кількість речовини, достатньої для отруєння. Токсичність пестицидів звичайно порівнюють зіставленням мінімальних доз, що викликають смертність 50% піддослідної групи організмів; ці дози позначають символом ЛД50.
По токсичності для людини і теплокровних тварин пестициди діляться на:
- сильнодіючі — ЛД50 до 50 мг/кг живої маси (бромистий метил і ін.);
- високотоксичні — ЛД50 до 200 мг/кг (Базулін і ін.);
- середньотоксичні — ЛД50 до 1000 мг/кг (мідний купорос і ін.);
- малотоксичні — ЛД50 більше 1000 мг/кг (бордоська рідина, вітавакс, діален, неорон, сірка і ін.).
В даний час розроблені математичні методи, що дозволяють прогнозувати небезпеку накопичення того або іншого пестициду в агроекосистемі.
Разом з приведеною класифікацією пестицидів по токсичності існує їхня комплексна гігієнічна класифікація, розроблена НДІ гігієни і токсикології пестицидів, яка заснована на врахуванні всіх реальних проявів небезпеки пестициду (ступінь летючості, кумуляція, стійкість в зовнішньому середовищі, можливість прояву віддалених наслідків для біоти і людини і т. д.). Клас небезпеки препарату в даному випадку визначається на підставі лімітуючого критерію, тобто тієї негативної властивості пестициду, від якого в першу чергу може залежати можливість виникнення небажаних наслідків. За ступенем комплексної дії на організм пестициди поділяють на чотири класи:
I — надзвичайно небезпечні;
II — високонебезпечні;
III — помірно небезпечні;
IV — малонебезпечні.
Розроблена шкала екотоксикологічної оцінки пестицидів, що включає систему критеріїв, серед яких:
- токсикологогігієнічні — оцінка по нормативах, дія на органолептичні властивості, летючість (пружність пари), токсичність для теплокровних тварин і людини (ЛД50, мг/кг), а також здатність до кумуляції в їхньому організмі (коефіцієнт біонакопичування);
- еколого-агрохімічні — персистентність в ґрунті (міс), міграція по ґрунтовому профілю (см), транслокація в культурні рослини, фітотоксична дія через ґрунт, реакція на дію інсоляції;
- екотоксикологічні — коефіцієнт вибірковості дії.
Отже, з одного боку, застосування пестицидів є важливим чинником збільшення виробництва продукції. З другого ж боку, виявилося, що в результаті їхнього використання шкідників, хвороб і бур'янів не стало менше. Більш того, з'явилися нові конкуренти людини в боротьбі за урожай:
- комахи, які раніше не мали значення для сільського господарства;
- хвороби рослин, на які раніше не звертали уваги;
- бур'яни, що вважалися рідкісними, а іноді навіть екзотичними видами.
Дивні на перший погляд зміни відбуваються і в навколишньому середовищі. Птахи починають нести яйця з дуже тонкою і м'якою шкаралупою; у водоймищах гине риба; все менше стає птахів (особливо хижих — однієї з кінцевих ланок в харчових ланцюгах) і дрібних тварин, що харчуються комахами, а останні, навпаки, з'являються у величезних кількостях і т.д. Наприклад, рослиноїдні кліщі (чорносмородиновий кліщ і ін.) до застосування отрутохімікатів зустрічалися рідко, а зараз на боротьбу з ними доводиться витрачати значну кількість вироблюваних пестицидів. Відомо, що до 50-их років основними шкідниками бавовнику були бавовняний довгоносик і коробочний черв'як. Після широкого застосування ДДТ, токсафену і інших препаратів масового поширення набули бавовняна совка, тютюнова листовертка, тютюнова попелиця, павутиновий кліщ, чисельність яких після пригнічення перших двох видів помітно зросла.
Як обґрунтовано відзначає Р. Л. Тишкевич (1987), негативні наслідки, пов'язані з пестицидами, обумовлені головним чином руйнуванням біогеоценозів, в яких самé існування і чисельність окремих видів тварин тісно зв'язані між собою. Пестицид, знищуючи шкідника, руйнує зв'язки, завдяки яким чисельність даного шкідника підтримувалася в природних умовах на певному рівні. І якщо у такого шкідника виникає стійкість до вживаних препаратів, то відбувається спалах (масовий його розвиток), оскільки зв'язки, стримуючі цей процес, або розірвані, або ослаблені. Разом з паразитами і хижаками є і симбіонти, тобто рослини або тварини, без яких організм не може нормально існувати. Так, у комах на кожній стадії розвитку (яйце, личинка, лялечка, доросла форма) є свої вороги і симбіонти. Очевидно, що через невибірковість своєї дії пестицид не може повністю позбавити рослини від того або іншого шкідника. Нечисленні ж особини, що залишилися, вже будуть менш сприйнятливі до токсиканту, а ослаблення і розрив решти зв'язків (що фактично і відбувається) у багатьох випадках ведуть до різкого в подальшому збільшення чисельності шкідників.
Значні втрати через знищення пестицидами комах-запилювачів, що запилюють близько 80% всіх квіткових рослин. Збиток тільки від загибелі бджіл склав більше 2 млрд. крб. (у цінах 1985 г.). Причому доведено, що загибель комах різко зросла не тільки через безпосереднє отруєння гербіцидами, але і тому, що бджоли, що прилетіли з ділянок, на яких проводилася обробка хімікатами, мали інший запах і їх виганяли з вуликів. Так, в Каліфорнії (США) при авіаобробках посівів пестицидами гине до 10–20% бджолиних сімей. Аналогічні ситуації були відмічені в Болгарії і Польщі. При обстеженні загиблих від пестицидів бджолиних сімей в Краснодарському краї встановлено, що в першу чергу гинуть сильні сім'ї, оскільки вони відвідують більшу кількість рослин і на більш віддалених ділянках.
Після звільнення за допомогою гербіцидів від бур'янів «першого покоління» поля заселяють стійкіші до них види, які раніше були рідкісними (польовий хвощ, мати-й-мачуха, лисохвіст, вівсюг, пирій і ін.).
У середині 70-их років в результаті отруєння пестицидами на території колишнього СРСР щорічно гинуло близько 40% лосів, кабанів і зайців, більше 77% дичини бору, качок і гусаків і більше 30% риб в прісноводних водоймищах.
Представляють інтерес статистичні дані, згідно яким в 1938 р. було відомо всього 7 видів комах-шкідників, стійких до пестицидів, проте до 1984 р. резистентність (від лат. resistere — чинити опір) до одного і більш акарицидів або інсектицидів відмічена вже майже у 450 видів, тобто у значної частини найбільш відомих шкідників (або майже у 10% видів комах, що вважаються шкідливими). Зареєстровано більш 150 фітопатогенних організмів, 50 видів бур'янів і 10 видів дрібних ссавців і нематод, стійких до пестицидів. З урахуванням же кросрезистентності (перехресна резистентність, при якій підвищена стійкість до дії одного препарату супроводжується стійкістю до сполук інших хімічних класів) загальне число зареєстрованих випадків резистентності перевищує 1600. Зрозуміло, резистентність корисних для людини видів — позитивний факт. (У зв'язку з придбанням резистентності доречно нагадати про «ефект царя Мітрідата», який, за переказами, привчив себе малими дозами до миш'яку і безкарно пив на бенкетах отруєне вино з своїми ворогами–)
Характеризуючи можливі ситуації, зв'язані із застосуванням пестицидів, слід пам'ятати, що вони завжди негативно впливають на мешканців ґрунтів, життєдіяльність яких лежить в основі підтримки ґрунтової родючості. Зокрема, пестициди (особливо ті, що містять мідь) пригноблюють процес нітрифікації. Відомі випадки, коли в результаті надмірного хімічного навантаження на ґрунт домінуюче положення в ній займали фітопатогенні мікроорганізми. При інтенсивному використанні пестицидів відмічається стерилізація ґрунту (наприклад, в деяких районах Індії і Індонезії при вирощуванні цукрової тростини). Вважається (Соколов і ін., 1994), що гербіциди (залежно від вживаної дози) впливають на мікробоценоз, порушуючи гомеостаз (стійке коливання навколо певного середнього рівня чисельності окремих груп або активності метаболічних процесів), викликаючи стрес (оборотна депресія, або тимчасове пригноблення життєдіяльності), змінюючи резистентність і індукуючи зміну домінантних форм, а також обумовлюючи репресії (необоротна реакція). При цьому, якщо мікробіологічна діяльність (чисельність і видовий склад) відновлюється протягом 60 діб після дії, реакція мікробоценозу вважається оборотною; якщо інгібірування певних форм мікроорганізмів не менше ніж на 50% зберігається до кінця вегетаційного періоду, реакція вважається необоротною.
При використанні гербіцидів на фоні відсутності або слабкого розвитку трав'яного покриву в багато разів збільшується вірогідність розвитку процесів ерозії ґрунту.
Вода — основний компонент біосфери і незамінний чинник існування біоти — є основним транспортним засобом для пестицидів. Ґрунтові води, внутрішні водоймища і водотоки, а потім і Світовий океан за наявності певних умов стають кінцевими пунктами зосередження токсикантів. Регулярне застосування великих кількостей стійких пестицидів на обширних територіях (чимала частина яких, як правило, — площі водозбору) неодмінно стає причиною забруднення водоймищ. Токсиканти переміщаються з рідинним і твердим стоками. Забруднення поверхневих вод пестицидами відбувається через пряме надходження в результаті аварій, а також при порушенні правил транспортування і зберігання препаратів, при зносі аерозолів або пари пестицидів в процесі їхнього застосування, в процесі стоку поверхневих або дренажних вод з угідь, оброблених пестицидами. За даними КаспНІРГа, в нижній течії Волги і в її дельті вміст отрутохімікатів іноді перевищує ГДК в тисячі разів, особливо на ділянках, прилеглих до місць скидання дренажних вод з оброблюваних полів.
В результаті багаторічних спостережень за зрошувальними системами на площах, зайнятих на Кубані рисом, встановлено (Соколов і ін., 1994), що широко вживані на посівах рису середньостійкі гербіциди з скидними водами із зрошувальних систем поступали в Ахтаро-Грівенську систему лиманів Азовського моря. З поворотними водами перенесення здійснювалося на відстань близько 100 км. Міграція ксенобіотиків відбувалася переважно у формі твердого стоку, тобто в сорбованому мулистими частинками стані. В умовах мілководдя лиманів і слабкої течії зважені частинки відкладаються на початку акваторії, утворюючи обширні (протяжністю до декількох кілометрів) забруднені зони. Зникнення гербіцидів з ґрунтових вод і донних опадів походить дуже поволі.
Світова практика застосування пестицидів свідчить про те, що вони несуть в собі потенційну небезпеку. Нетоксичних для людини пестицидів немає. За певних умов, пов'язаних в першу чергу з тими або іншими порушеннями регламентів, а також правил зберігання і застосування препаратів, існує вірогідність алергенних, канцерогенних, мутагенних дій на людей, отруєнь їх сильнодіючими отруйними речовинами.
Різноманіття різних негативних проявів, викликаних прямою і непрямою дією вживаних пестицидів, закономірно приводить до необхідності осмислення причинно-наслідкових зв'язків, що формуються при цьому, і залежностей з екологічного погляду.
Будь-який пестицид, будучи упровадженим в екосистему, неминуче викликає в ній глибокі зміни. Дія пестицидів ніколи не буває однозначною. Виходячи з властивої всім пестицидам сукупності властивостей, можна констатувати наступне:
- для пестицидів, як правило, характерний широкий діапазон токсичної дії на живу речовину біосфери; очевидно, що загальноприйняті назви — гербіциди, інсектициди, фунгіциди і т.д. — не дають достатнього уявлення про можливу реальну дію цих речовин на природні комплекси і їх компоненти;
- пестициди надзвичайно токсичні для тварин і людини;
- пригнічувані форми в будь-якому агроценозі складають не більше частки відсотка від загального числа видів (у біосфері максимум 0,5%); при застосуванні ж пестицидів вражаються не тільки об'єкти придушення, але і безліч інших видів, що не є мішенями дії, зокрема природні вороги і паразити пригнічуваних форм;
- пестициди завжди застосовуються проти популяцій;
- дія пестицидів не залежить від щільності популяції, але їх застосовують тільки тоді, коли чисельність популяції об'єкту придушення досягає високих значень;
- керуючись помилковим розумінням надійності обробки полів, угідь, акваторій, як правило, навмисно витрачають значно більшу кількість препаратів, ніж необхідно для знищення шкідника;
- мізерність «цільового» попадання використовуваних препаратів (інсектициди і фунгіциди — близько 3%, гербіциди — 5–40% від вживаної кількості), короткі терміни «цільової» дії (1 — 2% загального часу знаходження в навколишньому середовищі);
- залишкові кількості пестицидів акумулюються і біоконцентруються в харчових (трофічних) ланцюгах;
- має місце винесення залишкових кількостей пестицидів за межі оброблюваної території;
- з'являються резистентні до пестицидів форми шкідливих організмів;
- гинуть деякі корисні організми і відбуваються глибокі порушення взаємозв'язків в біоценозах;
- зростає вірогідність віддалених наслідків, пов'язаних з патологічною і генетичною дією ряду препаратів на біоту.
Об'єктивна реальність вимагає, щоб при рішенні задач хімізації, які вимагають використання пестицидів, підтримувався точний баланс між позитивними і потенційними негативними ефектами. Необхідне управління трьома ключовими зв'язками:
- взаєминами між пестицидами і їх цільовими об'єктами,
- взаєминами між пестицидами і навколишнім середовищем в природній або штучній екосистемі і
- взаєминами в ланцюзі пестицид — їжа — людина.
Шляхи рішень тут в першу чергу повинні, мабуть, визначатися підвищеними екологічними вимогами до пестицидів. На думку видного російського фахівця у області хімічних методів захисту рослин члена-кореспондента РАН Н. Н. Мельникова, нові пестициди повинні відповідати наступним вимогам:
- помірна персистентність в об'єктах навколишнього середовища в даній кліматичній зоні;
- можливо низька токсичність для людини, тварин і інших корисних організмів, зокрема гідробіонтів;
- відносно швидке розкладання в ґрунті, воді, атмосфері і в організмах теплокровних тварин з утворенням продуктів, безпечних для людини, тваринних і культурних рослин;
- відсутність кумуляції цих препаратів в організмі людини, тварин, птахів і гідробіонтів;
- відсутність віддалених негативних наслідків для людини, тварин і інших живих організмів при систематичному тривалому використанні препаратів;
- можливість чергування препаратів з різних класів сполук щоб уникнути звикання до них шкідливих організмів, а також накопичення препаратів в об'єктах навколишнього середовища.
Хімізація сільського господарства за своєю суттю — активне втручання людини в круговорот речовин в природі для його регулювання і стимулювання найбільшої віддачі ґрунту, рослинного і тваринного світу. Пов'язані з хімізацією переваги, з одного боку, і її негативні наслідки, з іншою — це протилежності, які створюють суть єдиного, але суперечливого цілого — процесу хімізації. У принципі слід розглядати хімічні засоби, вживані на біоценотичній основі, як спосіб управління процесами саморегуляції організмів агроценозу. Оцінюючи з цих позицій практику застосування хімічних засобів захисту рослин, що склалася, не можна не звернути увагу на її певну «прямолінійність», унаслідок чого належним чином не враховуються особливості функціонування екологічних систем, де «все пов'язано зі всім».
Повинно йтися про комплексну систему захисних заходів, що включає агротехнічні, біологічні, карантинні, механічні, селекційні, насінницькі, фізіологічні і хімічні способи, що розробляються на основі пізнання об'єктивних закономірностей розвитку культурних рослин, їх шкідників, хвороб і корисних організмів з урахуванням впливу навколишнього середовища.
Основний напрям біологічного способу — використання корисних комах і кліщів (ентомофагів) в боротьбі з шкідливими. Ентомофаги представлені в природі хижаками, що ведуть активний спосіб життя і що харчуються багатьма особинами одного або (частіше) декількох видів шкідників і паразитами, що живуть до досягнення дорослої стадії всередині або на тілі однієї особини шкідника і які харчуються нею. Найбільш відомі і широко використовувані хижаки — сонечка, золотоочки, жужелиці, мухи-журчалки, мурашки.
З числа паразитів для біологічного захисту часто застосовують перетинчастокрилих комах (трихограми, браконіди, теленомуси, енкарзії і ін.) і мух (тахіни і ін.). Найбільш небезпечні для рослин іноземні карантинні шкідники. У нових районах вони позбавлені своїх ворогів і тому заподіюють найбільший збиток. Найефективніший спосіб боротьби з такими шкідниками — інтродукція з їхньої батьківщини ентомофагів. Завезені хижаки і паразити або акліматизуються в нових умовах, або їх розмножують в біолабораторіях і випускають в природу, де вони з успіхом замінюють хімічні обробки. Велике значення мають заходи щодо охорони місцевих ентомофагів: створення мікрозаповідників, розселення деяких видів (наприклад, мурашок) по території, посів поблизу сільськогосподарських угідь нектароносів для підгодівлі дорослих паразитів, використання високоселективних пестицидів в терміни, безпечні для ентомофагів, і т.д. Вивчення біологічних особливостей корисних організмів і розробка методів, що забезпечують їхній розвиток, дозволяють зберегти біоценотичну рівновагу і значно скоротити або навіть виключити застосування хімічних засобів боротьби з шкідливими організмами.
Біологічні засоби почали використовувати і для захисту рослин від хвороб. Так, на основі вивчення гіперпаразита борошнистої роси огірка створений біопрепарат, що дозволяє виключити застосування в захищеному ґрунті хімічних засобів для боротьби з найнебезпечнішою хворобою огірка. Розробляються прийоми використання для цієї мети ряду штамів бактерій і грибів, ефективних проти різної кореневої гнилизни, іржі і борошнистої роси зернових і інших культур. Досліджується можливість використання біологічних методів в боротьбі із бур’янистими рослинами, наприклад гірчаком рожевим, амброзією, повитицею, вовчками. Перспективно використання проти бур'янів спеціальних рослиноїдних комах (гербіфагів).
Важливу роль в захисті рослин грають способи обробки ґрунту, терміни і способи посіву, догляд за рослинами, проведення своєчасного прибирання, дотримання сівозміни і правильне чергування культур в ній. Необхідний перехід від монокультури до полікультури: у складних екосистемах взаємозв'язки такі, що постійно висока чисельність якого-небудь одного виду (бур'яну або шкідника) неможлива.
Виведення сортів сільськогосподарських культур, стійких до найбільш небезпечних шкідників і хвороб, дотримання правил насінництва, що передбачають заходи не тільки по збереженню первинних якостей сорту, але і по оздоровленню насінного матеріалу, — вельми важливі і перспективні складові системи захисних заходів. Наприклад, багаторічними дослідами по ступінчастій гібридизації в колишньому СРСР була виведена група сортів бавовнику, що не вражаються вілтом.
Зараз завершені роботи по виділенню і ідентифікації гормонів, що управляють метаморфозом і розмноженням комах. Зокрема, розшифрована хімічна структура багатьох гормонів і здійснений їхній синтез. У практиці захисту рослин знаходять широке застосування синтетичні статеві феромони (біологічно активні летючі речовини, що управляють розмноженням і багатьма іншими формами життєдіяльності) для виявлення вогнищ шкідників, встановлення термінів проведення заходів щодо хімічного захисту і залучення самців шкідливих комах до джерел стерилізації.
Для зниження надходження пестицидів в харчові ланцюги важливо регулювати хімічний склад ґрунту: дефіцит азоту, сірки або бору активізує процеси накопичення токсикантів в рослинах відповідно на 27,18 і 23%.
Крім того, для запобігання наслідкам пестицидного забруднення слід зменшувати норми витрати препаратів і кратність обробок, прискорювати витрату пестицидів, додавати в товарні форми адсорбенти, що знижують міграцію пестицидів і ступінь їхньої рухливості.
Принципово важливе значення для ухвалення оптимальних рішень по захисту рослин мають надійні прогнози патологічного ефекту, врахування економічних порогів шкідливості (щільність популяції шкідливого організму, що викликає такий ступінь пошкодження рослин, при якому застосування захисних заходів економічно виправдане) і доцільності (щільність популяції шкідливого організму, що викликає таке зниження урожаю, при якому застосування захисних заходів рентабельно). Очевидно, що потрібні обґрунтування для визначення порогу екологічної доцільності застосування хімічних засобів захисту рослин.
Комплексний підхід до захисту сільськогосподарських рослин від шкідників, хвороб, бур’янистих рослин послужив основою для створення інтегрованої системи захисту рослин, або інтегрованої боротьби з шкідливими видами. За визначенням М. С. Соколова і ін. (1994), це особливий підхід до сумісного використання всіх доступних форм придушення шкідливого організму, включаючи механічні, фізичні, біологічні, біоценотичні, агротехнічні, хімічні способи боротьби і регулювання чисельності, систематично вживані для досягнення основної мети — безпечно, ефективно і з мінімальними витратами засобів зменшити популяцію шкідливого виду. Цими ж авторами запропонована оригінальна системоутворююча схема захисту рослин і урожаю.
Відомий зарубіжний аналог інтегрованої системи захисту рослин — інтегрована система регулювання чисельності шкідників. Ця система включає механізми біологічного контролю (природні вороги шкідників), культуру сільськогосподарського виробництва, генетичні перетворення (створення стійких до шкідників сільськогосподарських культур) і розумне використання хімікатів, сприяючих стабілізації урожаїв при мінімізації загрози здоров'ю населення і навколишньому середовищу. При цьому переслідується мета не повного знищення шкідників і бур'янів, а підтримка їхньої чисельності, на тому рівні, який не приводить до відчутних економічних втрат. Хімікати не першочерговий і основний засіб боротьби, а вибірковий і використовуваний тільки у разі гострої необхідності. Дана система боротьби вимагає знань про життєві цикли шкідників, їхню поведінку і природні вороги, про вплив способів сівби і внесення отрутохімікатів на чисельність шкідників і їхніх ворогів, а також про ряд інших параметрів сільськогосподарських екосистем.
Активізація кислотних процесів в атмосфері, гідросфері і на суші обумовлена в першу чергу антропогенними чинниками — техногенними викидами сірчистих і азотних сполук. За розрахунками Ю. А. Ізраеля (Ізраель, 1984), тільки в результаті впливу кислотних опадів, які переносяться через західний кордон колишнього СРСР, сільському господарству в північно-західній частині країни щорічно заподіювався збиток в розмірі до 100 млн крб. (Для розкислювання ґрунтів тут необхідно вносити до 3,5 млн т вапна щорічно. Умовно кажучи, 35 кг на кожну одиницю збитку.)
На кислих ґрунтах, як відомо, на 30–40% зменшується ефективність мінеральних добрив, збільшуються непродуктивні втрати азоту, порушується надходження елементів живлення в культурні рослини, в продукції інтенсивно накопичуються важкі метали і радіонукліди, погіршується її якість, знижується стійкість агроценозів до несприятливих погодних умов.
Вапнування, засноване на заміні в ГВК іонів водню і алюмінію іонами Са і Мg, є основним способом корінного поліпшення кислих ґрунтів, які по ступеню кислотності і потреби в меліоранті розподіляються таким чином (В.А.Черніков, 2000р.).
| рН в KCl витяжці | Ступінь кислотності ґрунту | Потреба у вапнуванні |
| < 4,5 | Дуже сильно кисла і сильно кисла | Дуже висока і висока |
| 4,6-5,0 | Середньокисла | Середня |
| 5,1-5,5 | Слабокисла | Низька |
| 5,6-6,0 | Близька до нейтральної | Дуже низька |
| > 6,0 | Нейтральна | Відсутня |
Більшість сільськогосподарських культур краще розвиваються при рН ґрунту близько 6,0–6,5. По відношенню до кислотності ґрунтів і чутливості на вапнування їх можна розділити на п'ять груп.
I група — найбільш чутливі до кислотності: бавовник, люцерна, еспарцет, цукровий, столовий і кормовий буряк, коноплі, капуста.
Вони добре ростуть тільки при нейтральній або слаболужній реакції ґрунту (рН 7–8) і дуже сильно відзиваються на внесення вапна навіть на слабокислих ґрунтах.
II група — чутливі до підвищеної кислотності: ячмінь, яра і озима пшениця, кукурудза, соя, квасоля, горох, кормові боби, конюшина, соняшник, огірок, цибуля, салат.
Ці рослини краще ростуть при слабокислій або нейтральній реакції ґрунту (рН 6–7) і добре відгукуються на вапнування не тільки сильнокислих, але і середньокислих ґрунтів. На вапнованих ґрунтах врожайність цих культур значно підвищується, різко зменшується випадання озимої пшениці і конюшини при зимівлі.
III група — слабко чутливі до підвищеної кислотності: жито, овес, просо, гречка, тимофіївка, томат, редиска, морква.
Ці культури можуть задовільно рости в широкому інтервалі рН (рН 4,5–7,5), але найбільш сприятливі для їхнього вирощування слабокислі ґрунти (рН 5,5–6,0). На сильно- і середньокислих ґрунтах вони позитивно реагують на вапнування повними нормами, що пояснюється не тільки зниженням кислотності, але і посиленням мобілізації поживних речовин і поліпшенням живлення рослин азотом і зольними елементами.
IV група — льон і картопля.
Ці культури потребують вапнування тільки на сильнокислих ґрунтах. Картопля малочутлива до високої кислотності і добре росте на кислих ґрунтах. Для льону характерний вузький інтервал оптимальної реакції. Він чутливий і до підвищеної кислотності ґрунту, і до лужної реакції. Найбільш сприятливі для його росту слабокислі ґрунти (рН 5,5–6,0).
При внесенні високих доз вапна і доведенні реакції середовища до нейтральної урожай картоплі і льону і особливо його якість можуть знижуватися, картопля сильно уражається паршою, а льон — бактеріозом. Негативний вплив підвищених доз вапна на ці культури пояснюється не стільки нейтралізацією кислотності, скільки зменшенням кількості засвоєних сполук бору в ґрунті, а також надмірною концентрацією іонів кальцію в ґрунтовому розчині, що утрудняє надходження в рослини інших катіонів, зокрема магнію і калію.
V група — люпин синій і жовтий, серадела, чайний кущ.
Ці культури добре ростуть на кислих ґрунтах (рН 4,5–5,0) і погано — на лужних і навіть нейтральних. Вони чутливі до надлишку водорозчинного кальцію в ґрунті, особливо на початку вегетації, тому негативно реагують на підвищені дози вапна. Проте при внесенні знижених доз вапняних добрив, що містять магній, зниження врожайності цих культур не спостерігається.
При вапнуванні активізується життєдіяльність корисної мікрофлори і поліпшується мінеральне живлення рослин в результаті активнішої трансформації органічних сполук, змінюються на краще фізичні властивості ґрунту, зростає ефективність використання мінеральних і органічних добрив. Все це, зрозуміло, сприяє зниженню вірогідності можливих негативних дій на навколишнє природне середовище. До позитивних наслідків вапнування відносять також зниження рухливості іонів токсичних важких металів.
Кожна тонна вапна за 5 років дії дає приріст сільськогосподарської продукції приблизно в 0,5–0,6 т/га (у перерахунку на зерно). Тривалість післядії вапнування залежить від дози меліоранта. При внесенні, наприклад, 3–4т вапна на 1га дія його може продовжуватися 5–7 років, а при внесенні 6–8 т — 10– 15 років і більше.
На жаль, доводиться констатувати, що останніми роками спостерігається стійка тенденція до зниження масштабів вапнування кислих ґрунтів:
Для зниження кислотності ґрунтів дотепер переважно застосовують вапнування верхнього шару. Тим часом в дослідах на експериментальній сільськогосподарській станції в штаті Алабама (США), в яких вапно на кислих ґрунтах вносили на різну глибину: поверхнево, на глибину 15, 30 і 45 см, було показано, що урожай бавовнику при внесенні вапна на максимальну глибину (45 см) приблизно в 3 рази вище, ніж в контрольному варіанті (вапнування не проводилося). Висота рослин досягала відповідно 125,0 і 47,5 см.
Як меліоративні матеріали в даний час разом з вапном широко використовують відходи промисловості: металургійні шлаки, вугільну золу, відхідну (хімічну) крейду, шлаки фосфату, ферохромові шлаки, сланцеву золу, дефекат (відходи цукрового виробництва).
Зважаючи на небезпеку забруднення навколишнього природного середовища різними токсикантами, що містяться у використовуваних матеріалах, необхідно враховувати екологічні обмеження, встановлені державними стандартами, санітарними нормами і правилами, іншими регламентуючими документами (табл.)
При вапнуванні ґрунтів обов'язковому врахуванню підлягає ГДК важких металів і інших токсичних елементів (сполук) в ґрунті, фоновий вміст цих елементів, клас їхньої небезпеки згідно ГОСТу, орієнтовний вміст небажаних домішок у вапняних матеріалах.