В. Г. Минеев (1998), подчеркивая безальтернативность разумного использования всех видов удобрений и химических мелиорантов, сформулировал следующие функциональные задачи, требующие решения:
- оптимизация питания культурных растений биогенными макро- и микроэлементами с учетом усиления деятельности физиологических барьеров, препятствующих поступлению токсических элементов в растения, особенно в генеративную их часть, составляющую продукцию растениеводства;
- воспроизводство плодородия, улучшение свойств и гумусового состояния почв;
- поддержание активного баланса и малого круговорота биогенных элементов в земледелии с учетом оптимального их соотношения в агроэкосистеме;
- создание оптимальных культурных агрогеохимических ландшафтов для различных природных регионов в соответствии с их специализацией;
- снижение негативных последствий от глобального и локального техногенного загрязнения агроэкосистем тяжелыми металлами и другими токсическими элементами;
- улучшение радиационно-экологической ситуации в агроэкосистеме;
- регулирование биологических показателей агроэкосистемы;
- улучшение химического состава и питательной ценности растениеводческой продукции.
Вполне очевидна как агрохимическая, так и экологическая заданность приведенных задач, формирующих системный каркас оптимальной и в хозяйственном, и в природоохранном отношении химизации земледелия.
Признавая исключительно важную роль агрономической химии в увеличении производства продуктов питания для человека и кормов для животных, улучшении качества продукции, а в целом и в повышении эффективности сельскохозяйственного производства, нельзя не отметить, что те же самые химические средства при неправильном их использовании могут оказывать и оказывают негативное воздействие на окружающую среду. Именно неграмотное использование средств химизации, нарушение существующих регламентов служат источником наблюдающихся отрицательных последствий.
Основными причинами загрязнения окружающей среды удобрениями считают несовершенство организационных форм, а также технологий транспортировки, хранения, тукосмешения и применения удобрений, нарушение агрономической технологии их внесения в севообороте и под отдельные культуры (в том числе неумеренное или несбалансированное), несовершенство самих удобрений, их химических, физических и механических свойств.
Неблагоприятное влияние удобрений на окружающую природную среду, те или иные компоненты агроценозов может быть самое различное (загрязнение почв, поверхностных и грунтовых вод, усиление эвтрофирования водоемов, уплотнение почв; нарушение круговорота и баланса питательных веществ, ухудшение агрохимических свойств и плодородия почвы; ухудшение фитосанитарного состояния посевов и развитие болезней растений, снижение продуктивности сельскохозяйственных культур и качества получаемой продукции и т. д.).
Большинство минеральных удобрений характеризуется физиологической кислотностью, поэтому их применение в избыточных количествах обусловливает развитие процессов подкисления почв. Кроме того, это приводит к снижению суммы поглощенных оснований, усилению минерализационных процессов, нарушению соотношения подвижных форм макро- и микроэлементов в почве и элементного состава растений. Так, внесение высоких доз азотных удобрений под капусту приводит к нарушению обмена и поступления серы в растения, что отрицательно сказывается на качестве урожая. В результате подкисления почвенного раствора фосфаты фиксируются почвой, что ухудшает фосфорное питание растений; кроме того, при этом высвобождаются ионы алюминия, которые токсичны для почвенной биоты и растений.
Избыток минеральных удобрений вызывает нарушения в биологической компоненте почвы, вследствие чего нарушаются процессы трансформации органического вещества. Кроме того, увеличивается доля микроскопических грибов (среди которых много патогенов) в структуре микробного ценоза. Это грозит опасностью образования микотоксинов в почве, продуктах питания и т. д.
Избыточное применение азотных удобрений может приводить к накоплению нитратов в почве и сельскохозяйственной продукции. С фосфорными удобрениями в почву попадают многочисленные токсичные элементы, малоподвижные в почвенной среде (As, Se, Co, Ni, Cu, Pb, W, Cd, Cr, Zn, токсичные соединения фтора). В природных фосфатах имеются в наличии радиоактивные элементы – уран, радий, стронций. Увеличение содержания фосфора в природных водах из-за потерь при транспортировке (34%), поверхностного стока и вымывания из почв (21%), «выпадения» фосфора из аграрного круговорота (почти полное отсутствие утилизации органических веществ в коммунальном хозяйстве и снижением до 50%-го уровня утилизации органических веществ в животноводстве, 45% всех поступлений) приводит к эвтрофированию водных объектов: цветению воды, ухудшению условий непосредственного водопотребления.
При переработке на калийные удобрения образуются галитовые отвалы, глинисто-солевые шламы, а также пылегазовые выбросы. Солеотвалы занимают значительные площади и являются источником засоления почв и подземных вод. Захороненные глинисто-солевые шламы вызывают заболачивание и засоление почв. Балластные элементы (Cl, Na) при систематическом применении повышенных доз удобрений накапливаются в почве и снижают ее плодородие, попадают в грунтовые воды, повышая в них концентрацию солей. Немалую опасность могут представлять содержащиеся в калийных удобрениях металлы (Cd, Hg, Pb, Al), которые могут накапливаться в живых организмах, проникать в грунтовые воды и т.д.
Снижения потерь питательных элементов минеральных удобрений вследствие вымывания можно достичь как агротехническими, так и химическими способами. Среди последних представляет интерес применение медленнодействующих удобрений, питательные элементы которых усваивались бы растениями постепенно, в течение всего периода вегетации. Этого можно достичь с помощью капсулирования, покрытия синтетической оболочкой (смолы, парафины, полиэтилен и др.) или элементарной серой. Результаты экспериментов, проведенных в бывшей Чехословакии, показали, что благодаря покрытию удобрений полиэтиленовой оболочкой коэффициент использования калия кукурузой можно увеличить с 30 до 50%. Результаты проведенных в США опытов по применению капсулированных удобрений показали, что покрытие их винилацетатной оболочкой привело к снижению потерь калия с 86до 30%, а покрытие туков парафином – до 5,4 %. Однако данных для однозначных рекомендаций по вопросам использования капсулированных удобрений пока недостаточно.
Следует обратить внимание и на следующие обстоятельства. В системе удобрений важное значение имеют органические удобрения. Но создать высокопродуктивные почвы только за счет органических удобрений невозможно. При достаточном количестве органических удобрений в хозяйстве баланс гумуса в почве может быть положительным. Однако обеспечение бездефицитного баланса фосфора и калия без применения минеральных удобрений достаточно проблематично. Кроме того, даже систематическое применение органических удобрений не позволяет добиться оптимального соотношения основных элементов питания в определенные периоды роста и развития, поскольку все культуры на первых фазах развития требуют обязательного наличия фосфора, озимые – весенней подкормки азотными удобрениями, многолетние травы – поукосного удобрения и т. д. Действие органических и минеральных удобрений на растения и почву различно. Питательные вещества из минеральных удобрений (особенно азотных и частично калийных) максимально используются растениями почти сразу же после их внесения, а из органических – постепенно, по мере минерализации органического вещества. Поэтому при необходимости быстрого воздействия на питание растений следует вносить минеральные удобрения. Если последние в основном улучшают питательный режим почвы, то органические удобрения наряду с этим обогащают ее гумусом, улучшают физико-химические свойства, увеличивают активность почвенной микрофлоры. Внесение органических удобрений в сочетании с минеральными превосходит по своей эффективности воздействие эквивалентного количества питательных веществ применяемых раздельно органических или минеральных удобрений. Только использование органо-минеральной системы удобрений в сочетании с другими агротехническими и биологическими приемами создает надежную основу для повышения плодородия почв, роста урожайности сельскохозяйственных культур, регулирования качества продукции и минимизации отрицательного воздействия на окружающую природную среду.