Использование почв, развитие болезней и вредителей, качество

сельскохозяйственной продукции

Значимость проблемы

Загрязнение окружающей среды, а следовательно, и растительной продукции, падение плодородия и деградация почв, приводящие к угнетению растений, развитию болезней, сорняков и вредителей, неизбежно сказываются на химическом и биохимическом составе растений, на их качестве при использовании животными и человеком. Целесообразно выделить следующие основные причины ухудшения качества с/х продукции: 1) загрязнение воздушной и водной среды, почв; 2) поступление в растения органических и неорганических токсикантов в связи с применением удобрений, мелиорантов, средств защиты растений; 3) ухудшение химического и биохимического состава растений, появление в них токсикантов, в связи с развитием болезней, вредителей, сорняков; 4) ухудшение качества продукции, в связи с абсолютным или относительным избытком или недостатком отдельных элементов питания; 5) ухудшение качества с/х продукции, в связи с появившимися в растениях генетическими нарушениями; 6) ухудшение качества с/х продукции, как следствие влияния на растения стрессовых ситуаций: засухи, заморозков, высоких и низких температур, подтопления и т.д.; 7) плохое качество с/х продукции, в связи с выращиванием растений на участках земель, аккумулирующих токсиканты, в связи с силовыми линиями геофизических полей Земли, в геохимических провинциях, содержащих в почвах и породах токсиканты, в неприемлемом для с/х растений количестве.   

Агентом загрязнения сейчас признается любое вещество, которое при определенных концентрациях становится причиной экологических нарушений. Такой эффект вызывает внесение высоких доз навоза; избыточное внесение азота и фосфора под пропашные культуры. В числе органических загрязнителей, которые подвергаются мониторингу земель с/х использования, выделяются нефтяные углеводороды, поверхностно-активные вещества, пестициды, полихлорированные бифенилы, бензапирен, нитрозосоединения, бактериальные токсины, митотоксины, хлорированные диоксины. В числе загрязнителей чаще встречаются тяжелые металлы, фтор, содержащиеся в воздухе окислы серы, азота, HF и т.д.

В сельскохозяйственном производстве основное и более опасное загрязнение возникает в связи с применением пестицидов. Эйхлер В. (1993) указывает, что если применение химических средств на полях и лугах будет и дальше возрастать прежними темпами, то это приведет к развитию резистентности у сотен видов вредителей, и тогда борьба с ними станет невозможной или потребует несоразмерно высоких или токсичных доз ядохимикатов. Часто загрязнение почв и с/х продукции является следствием грубого нарушения технологии выращивания с/х культур, утилизации отходов животноводства, неправильного хранения навоза и пестицидов.

Сложной задачей является инактивация в почве микотоксинов. Известно более 240 видов плесневых грибов, которые продуцирую около 100 токсичных соединений. Наиболее частые случаи загрязнения с/х продукции связаны с деятельностью грибов вида Aspergillus, продуцирующих афлатоксины, рода Penicillium, производящих патулин. Грибы рода Fusurium продуцируют трихотеценовые микотоксины. Эрготоксины содержатся в рожках гриба спорыньи. В условиях снизившегося применения средств защиты растений следует ожидать повышения риска появления микотоксинов в с/х продукции. Ежегодные потери продукции в России от корневых гнилей и других почвенных инфекций составляет 10-15% и более (Минеев В.Г., 1990). Ряд токсичных продуктов органического происхождения попадает в почву при выращивании растений, за счет выделения ими экзаметаболитов, трансформации в почве продуктов растительного опада.

Значительные изменения химического и биохимического состава растений обусловлены недостатком или избытком в почве отдельных элементов. В настоящее время четвертая часть всех сельскохозяйственных площадей в мире характеризуется недостатком или избытком элементов питания (Busser, 1981). В целом по регионам бывшего СССР почвы пахотных земель с недостаточным содержанием микроэлементов, по данным Центрального института агрохимического обслуживания, составляет в % от обследованной площади: молибдена – 53; цинка – 64, 5; кобальта – 58, 1; меди – 33, 3; бора – 30, 1; марганца – 16, 4. Особенно много почв с недостаточным содержанием молибдена в Белоруссии – 81, 3%, в Литве – 88, 8%; цинка – в Казахстане – 86%, РСФСР – 71, 5%, Киргизии – 84, 3%; кобальта – в Эстонии – 82, 4%, Киргизии – 74, 4%, Казахстане – 63, 4%; меди – в Киргизии – 64, 3%, Казахстане – 48%, Белоруссии – 55, 3%; бора – в Белоруссии – 70, 9%, Киргизии – 46%; марганца – в Молдове – 39, 2%, Казахстане – 24, 5% (Державин Л.М., 1981).

В то же время ухудшение качества растениеводческой продукции отмечается и при избытке в почве отдельных элементов. Наиболее часто обращается внимание на повышенное содержание в растениях нитратов и нитритов. Известно, что повышенное содержание нитратов в суточном рационе животных и человека вызывает тяжелейшие функциональные расстройства нервной системы, пищеварения, дыхания, способствует образованию канцерогенных и эмбриотоксических соединений. В то же время, уже начиная с 1960 года, в некоторых европейских реках нитратов превышает допустимый уровень 22, 6 мг/л. К 1985 году на овощные поля пойм Подмосковья вносилось по 200-300 кг действующего вещества азотных удобрений, которые, в значительной степени, мигрировали в грунтовые воды и реки, использовались с питьевой водой; вызывали загрязнение с/х продукции, потребляемой животными и населением.

Следует отметить, что, в связи с увеличением населения, техногенная нагрузка на экосистемы будет все время возрастать. При этом техническое развитие стран будет сопровождаться и увеличением техногенной нагрузки на биогеоценозы от каждого носителя. Так, например, американцы, которые составляют 6% всего населения Земли, потребляют больше энергии, чем две трети человечества – жители развивающихся стран. Каждый новорожденный североамериканец создает такую же нагрузку на окружающую среду, как 60 новорожденных в Индии. На пищевые средства, которые используются для удовлетворения в мясе одного европейца, в развивающихся странах могло бы прожить 70 человек (Эйхлер В., 1993).

Приведенные примеры подтверждают неизбежность в будущем увеличения антропогенной нагрузки на экосистемы и, к сожалению, большую вероятность ухудшения качества растениеводческой продукции. 

Теоретические закономерности изменения качества с/х продукции под влиянием

внешних факторов

Ухудшение качества с/х продукции проявляется в следующем: ухудшение внешнего вида, уменьшение периода хранения, ухудшение вкуса, ухудшение технологических качеств (возможности консервирования, длина волокна льна и хлопчатника и т.д.), изменение в неблагоприятную для потребителя сторону химического состава, биохимических свойств; появление в продукции неорганических токсикантов, токсикантов органического происхождения, уменьшение в продукции незаменимых аминокислот, витаминов, полезных для человека и животных биологически активных веществ, появление в продукции патогенов, вирусов; ухудшение функциональных свойств, требуемых от определенного вида с/х продукции.

Содержание токсикантов в растениеводческой продукции зависит: 1) от их содержания в породах; 2) от их содержания в отдельных типах почв, т.к. почвообразовательные процессы приводят к перераспределению элементов по профилю почв и по рельефу; 3) от содержания токсикантов в почвах в подвижных усвояемых растениями формах, что определяется рН и Eh среды, влажностью, температурой и другими параметрами почв; 4) от привноса токсикантов в систему в виде водных и воздушных мигрантов, в связи с техногенным воздействием на агрофито- и биогеоценозы; 5) от поступления токсикантов в агрофитоценозы с удобрениями, мелиорантами, средствами защиты растений, биологически активными веществами; 6) от появления токсикантов при развитии болезней, вредителей, отдельных представителей сорной растительности; 7) от появления токсикантов в почвах, в связи с их выделением отдельными культурными растениями и при образовании в процессе трансформации растительных остатков определенных растений; 8) от усвоения токсикантов растениями, что обусловлено влажностью, температурой, освещенностью (длиной волны и интенсивностью), селективностью корневых систем выращиваемых культур к определенным ионам.

А. Геологические факторы имеют решающее значение в распределении поступающих в окружающую среду жизненно-важных и токсических элементов. Оно проявляется через тектонические, гидродинамические, эрозионные и другие процессы, приводящие к формированию зон поступления, транзита, накопления и трансформации химических веществ на дневной поверхности, в зонах аэрации и активного водо-газообмена (Пронин А.П., 1997).

Биогеохимические пояса являются наиболее крупными единицами ландшафтно-геохимического, почвенного и климатического районирования. На территории России они следующие: 1) таежно-лесной нечерноземный пояс (недостаток Ca, P, Co, Cu, I, Mo, B, избыток стронция); 2) лесостепной и степной черноземный пояс (частый недостаток Р); 3) сухостепной и полупустынный почв (избыток SO₄, Cl, B, Sr, Mo, иногда, Со). Области, отличающиеся более или менее одинаковой концентрацией в среде (почвах, водах, воздухе) от соседних областей уровнем одного или нескольких химических элементов (нормальным, избыточным или недостаточным), называются геохимическими провинциями (Виноградов А.П., 1950). С ними связана характерная биологическая реакция флоры и фауны данной области. Нередко с ними связаны специфические заболевания растений и животных – биогеохимические анемии. Они известны, по крайней мере, к 20-30 химическим элементам и, в частности, Li, Be, B, F, Mn, Co, Cu, Zn, Se, Sr, Mo, I, Pb, Hg и т.д. В Тагило-Магнитогорском прогибе Уральского пояса сосредоточены крупные месторождения полиметаллических сульфидных руд с мощными ореолами сульфидизации вмещающих пород. Почвенно-растительный покров отличается повышенным содержанием меди, цинка, свинца, ртути, селена, мышьяка, сурьмы и др. Районы между Черным и Каспийским морями богаты свинцом и марганцем; район северной части Каспийского моря обогащен стронцием и обеднен кальцием. 

Б. Значительное влияние на качество с/х продукции имеют геопатогенные зоны. Это локальные, аномальные участки на поверхности Земли, оказывающие негативное воздействие на человека и живые организмы. Это воздействие обусловлено не только присутствием токсичных химических элементов и соединений, патогенных микроорганизмов, но и сочетанием разнообразных физических полей Земли и космического происхождения. С практической точки зрения, также важно, что в этих районах происходит аккумуляция ряда токсических элементов, изменение химического и биохимического состава растений, а для человека и животных необходимы специфические условия питания.

На участках длительной разгрузки металлсодержащих, глубинных флюидов в артезианских бассейнах, бессточных водоемах, шельфах и акваториях накопились огромные массы различных химических элементов. Во многих случаях накопление тяжелых металлов в горных породах, донных осадках, водной среде на 3-4 порядка выше фоновых уровней (Пронин А.П., 1997).

Наличие зон устойчивого глубинного поступления химических веществ в жизнеобеспечивающие природные среды играет первостепенную роль в формировании биогеохимических провинций. В районах Прикаспийской впадины современная флюидная активность проявляется в виде потока углеводородов, азота, углекислого газа, сероводорода, гелия, приуроченных к узлам сочленения прибортовых кольцевых и линейных глубинных разломов. Это вызывает современное огипсовывание и засоление зоны аэрации. В узлах сочленения активных глубинных разломов отмечается интенсивный, вертикальный водо-газообмен и увеличение концентрации соединений серы, азота, метана, радона, аргона, газофильных тяжелых металлов, ртути, кадмия, лития, мышьяка, селена, таллия и т.д. Это отмечается в Московском артезианском бассейне, в котором на границе с кристаллическим фундаментом залегают нагретые (до 50-60⁰) хлоридно-натриевые сильно минерализованные воды.

В. Кроме естественных биогеохимических провинций, за счет антропогенного воздействия, создаются искусственные, с избыточным содержанием ряда элементов. Так, например, западнее и южнее расположены районы с избытком фтора, а севернее и западнее - с недостатком селена.

Г. Качество продукции, в значительной степени, определяется свойствами почв, протекающими в них процессами и режимами. Они определяют содержание подвижных форм элементов, которые и усваиваются растениями (в отличие от валового содержания элементов, недоступного растениям), определяют процессы миграции и накопления токсикантов и элементов питания, развитие болезней и вредителей.

Д. Качество растениеводческой продукции во многом зависит от развивающихся болезней, вредителей и наличия сорняков. По определению Страхова Т.Д., болезнь – это состояние организма, возникающее и изменчиво развивающееся под влиянием неблагоприятно складывающихся для растений взаимосвязей с патогенными факторами и окружающей средой и обычно характеризующееся расстройством физиологии, структуры и продуктивности растений. Нарушение физиологических процессов при заболевании растительных организмов чаще проявляется в следующем: в ослаблении фотосинтеза, в нарушении интенсивности дыхательных процессов, в нарушении транспортировки в растения воды и питательных веществ, а также продуктов фотосинтеза; в нарушении синтеза ростовых и запасных веществ. Все это сказывается на урожайности и качестве с/х продукции.

Болезни растений делятся на инфекционные и неинфекционные. Причинами неинфекционных заболеваний являются, главным образом, неблагоприятные для произрастания растений условия температуры, питания, влажности воздуха или почвы и т.д. Таким образом, свойства почв и технологии выращивания культур оказывают на развитие неинфекционных заболеваний самое непосредственное влияние. В то же время почвенные условия и применение удобрений, в значительной степени, влияют и на развитие инфекционных заболеваний. Возбудителями инфекционных заболеваний могут быть грибы, бактерии, вирусы, цветковые растения-паразиты.

Е. Качество растениеводческой продукции зависит от генетических особенностей выращиваемых растений, связанных с их предыдущим местообитанием. Сорта с/х культур, привезенные из областей с другими климатическими условиями, с другими параметрами геофизических и космических полей, будут давать продукцию, отличающуюся по качеству от продукции сортов, уже давно районированных на исследуемой территории. Вернадский В.И. и Виноградов А.П. выявили тесную зависимость особенностей эволюции живых организмов и растений от их длительного существования в определенной геохимической обстановке. Согласно Виноградову А.П., химический состав организма хранит признаки своего происхождения. При этом способность извлекать из почвы, воды повышенные количества химических элементов передается по наследству.

Ж. Качество растениеводческой продукции зависит и от сортовых особенностей культур. Размер накопления элементов в продукции определяется действием многих факторов, среди которых сорт, возраст растений, световой, тепловой и водный режимы, обеспеченность растений макро- и микроэлементами. Например, сортовые различия в отношении накопления нитратов у редиса достигают 550%, у томата – 200-300, у свеклы – 200%. При снижении освещенности количество нитратов в различных культурах может возрастать в 2-10 раз (Артюшин А.М., 1991).

З. Распределение металлов в органах растений носит отчетливо выраженный акропетальный характер: корни > стебли > листья > плоды. У растений имеется защитный организм, который препятствует поступлению тяжелых металлов из корней в надземные органы. Эта тенденция слабее проявляется на почвах с нормальным содержанием металлов и сильнее – с избыточным.   

⇐ Предыдущая13141516171819202122Следующая ⇒

Поделиться: