Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Загрязнение сельского хозяйства относится к биотическим и абиотическим побочным продуктам сельскохозяйственной практики, которые приводят к загрязнению или деградации окружающей среды и окружающих экосистем и / или причиняют вред людям и их экономическим интересам. Загрязнение может происходить из различных источников, начиная от загрязнения воды из точечных источников (из одной точки сброса) до более диффузных, ландшафтных причин, также известных как загрязнение из неточечных источников . Практика управления играет решающую роль в количестве и воздействии этих загрязнителей. Методы управления варьируются от содержания животных и содержания животных до распространения пестицидов и удобрений. в мировой сельскохозяйственной практике.

Загрязнение воды из-за молочного животноводства в районе Вайрарапа в Новой Зеландии (фотография 2003 г.)

Абиотические источники [ править ]

Пестициды [ править ]

Опрыскивание пестицидами Cropduster.
Применение пестицидов с воздуха .

Пестициды и гербициды применяются на сельскохозяйственных землях для борьбы с вредителями, нарушающими урожайность. Загрязнение почвы может происходить, когда пестициды сохраняются и накапливаются в почве, что может изменить микробные процессы , увеличить поглощение химического вещества растениями и быть токсичным для почвенных организмов . Степень стойкости пестицидов и гербицидов зависит от уникального химического состава соединения, который влияет на динамику сорбции и, как следствие, на судьбу и перенос в почвенной среде. [1]Пестициды также могут накапливаться в животных, которые поедают зараженных вредителей и почвенные организмы. Кроме того, пестициды могут быть более вредными для полезных насекомых, таких как опылители, и естественных врагов вредителей (т. Е. Насекомых, которые охотятся на вредителей или паразитируют на них), чем сами вредители-мишени. [2]

Выщелачивание пестицидов [ править ]

Выщелачивание пестицидов происходит, когда пестициды смешиваются с водой и перемещаются через почву, в конечном итоге загрязняя грунтовые воды . Количество выщелачивания коррелирует с конкретными характеристиками почвы и пестицидов, а также с количеством осадков и орошения. Выщелачивание наиболее вероятно при использовании водорастворимых пестицидов, когда почва имеет песчаную структуру; если чрезмерный полив происходит сразу после применения пестицидов; если адсорбционная способность пестицида к почве низкая. Выщелачивание может происходить не только с обработанных полей, но также с участков смешивания пестицидов, участков мойки оборудования для внесения пестицидов или участков захоронения. [3]

Удобрения [ править ]

Удобрения используются для обеспечения сельскохозяйственных культур дополнительными источниками питательных веществ, таких как азот, фосфор и калий, которые способствуют росту растений и повышают урожайность сельскохозяйственных культур. Хотя они полезны для роста растений, они также могут нарушать естественные биогеохимические циклы питательных веществ и минералов и представлять опасность для здоровья человека и окружающей среды.

Азот [ править ]

Азотные удобрения обеспечивают растения формами азота, биологически доступными для усвоения растениями; а именно NO 3 - (нитрат) и NH 4 + (аммоний). Это увеличивает урожайность сельскохозяйственных культур и продуктивность сельского хозяйства, но также отрицательно влияет на грунтовые и поверхностные воды, загрязняет атмосферу и ухудшает здоровье почвы . Не все внесенные удобрения поглощаются посевами, а оставшаяся часть накапливается в почве или теряется в виде стока . Нитратные удобрения с большей вероятностью попадут в почвенный профиль из-за их высокой растворимости и наличия одинаковых зарядов между молекулой и отрицательно заряженными частицами глины. [4]Высокие нормы внесения азотсодержащих удобрений в сочетании с высокой растворимостью нитратов в воде приводят к увеличению стока в поверхностные воды, а также вымыванию в грунтовые воды, вызывая загрязнение грунтовых вод . Уровни нитратов выше 10 мг / л (10 частей на миллион) в грунтовых водах могут вызывать « синдром голубого ребенка » (приобретенную метгемоглобинемию) у младенцев и, возможно, заболевания щитовидной железы и различные типы рака. [5] Фиксация азота, которая превращает атмосферный азот (N 2 ) в более биологически доступные формы, и денитрификация, которая превращает биологически доступные соединения азота в N 2 и N 2.O, являются двумя наиболее важными метаболическими процессами, участвующими в круговороте азота, потому что они являются крупнейшими входами и выходами азота в экосистемы. Они позволяют азоту перемещаться между атмосферой (примерно 78% азота) и биосферой. Другими важными процессами в азотном цикле являются нитрификация и аммонификация, которые превращают аммоний в нитрат или нитрит и органические вещества в аммиак соответственно. Поскольку эти процессы поддерживают относительно стабильные концентрации азота в большинстве экосистем, большой приток азота из сельскохозяйственных стоков может вызвать серьезные нарушения. [6]Обычным результатом этого в водных экосистемах является эвтрофикация, которая, в свою очередь, создает гипоксические и аноксические условия, которые смертельны и / или разрушительны для многих видов. Азотные удобрения могут также выделять в атмосферу газы NH 3, которые затем могут превращаться в соединения NO x . Повышенное количество соединений NO x в атмосфере может привести к подкислению водных экосистем и вызвать различные респираторные проблемы у людей. Удобрения могут также выделять N 2 O, который является парниковым газом и может способствовать разрушению озона (O 3 ) в стратосфере. [7]Также могут быть повреждены почвы, которые получают азотные удобрения. Увеличение доступного для растений азота увеличит чистую первичную продукцию сельскохозяйственных культур, и, в конечном итоге, микробная активность почвы увеличится в результате большего поступления азота из удобрений и соединений углерода через разложившуюся биомассу. Из-за увеличения разложения в почве содержание в ней органических веществ будет истощено, что приведет к ухудшению общего состояния почвы. [8]

Фосфор [ править ]

Наиболее распространенной формой фосфорных удобрений, используемых в сельском хозяйстве, является фосфат (PO 4 3- ), который применяется в синтетических соединениях, содержащих PO 4 3-, или в органических формах, таких как навоз и компост. [9] Фосфор является важным питательным веществом для всех организмов из-за роли, которую он играет в клеточных и метаболических функциях, таких как производство нуклеиновых кислот и передача метаболической энергии. Однако большинству организмов, в том числе сельскохозяйственным культурам, требуется лишь небольшое количество фосфора, поскольку они эволюционировали в экосистемах с относительно низким его содержанием. [10]Популяции микробов в почвах способны преобразовывать органические формы фосфора в растворимые формы, доступные для растений, такие как фосфат. Эту стадию обычно обходят с неорганическими удобрениями, потому что они вносятся в виде фосфатов или других доступных для растений форм. Любой фосфор, который не усваивается растениями, адсорбируется частицами почвы, что помогает ему оставаться на месте. Из-за этого он обычно попадает в поверхностные воды, когда частицы почвы, к которым он прикреплен, размываются в результате атмосферных осадков или ливневого стока. Количество, которое попадает в поверхностные воды, относительно невелико по сравнению с количеством, которое вносится в качестве удобрения, но поскольку оно действует как ограничивающее питательное вещество в большинстве сред, даже небольшое количество может нарушить естественные биогеохимические циклы фосфора в экосистеме. [11]Хотя азот играет роль в цветении вредоносных водорослей и цианобактерий, вызывающих эвтрофикацию, избыток фосфора считается самым большим фактором, способствующим этому, поскольку фосфор часто является наиболее ограничивающим питательным веществом, особенно в пресных водах. [12] Помимо снижения уровня кислорода в поверхностных водах, цветение водорослей и цианобактерий может производить цианотоксины, которые вредны для здоровья человека и животных, а также для многих водных организмов. [13]

Концентрация кадмия в фосфорсодержащих удобрениях значительно варьируется и может быть проблематичной. Например, моноаммонийфосфатное удобрение может иметь содержание кадмия от 0,14 мг / кг до 50,9 мг / кг. Это связано с тем, что фосфатная руда, используемая при их производстве, может содержать до 188 мг / кг кадмия (например, месторождения на Науру и островах Рождества). Непрерывное использование удобрений с высоким содержанием кадмия может привести к загрязнению почвы и растений. Европейская комиссия рассмотрела пределы содержания кадмия в фосфорных удобрениях . Производители фосфорсодержащих удобрений теперь выбирают фосфорную руду по содержанию кадмия. [ необходима цитата ]Фосфатные породы содержат большое количество фторидов . Следовательно, широкое применение фосфорных удобрений привело к увеличению концентрации фторидов в почве. Было обнаружено, что загрязнение пищевых продуктов удобрениями не вызывает особого беспокойства, поскольку растения накапливают мало фторида из почвы; Большую озабоченность вызывает возможность отравления фтором для домашнего скота, поедающего загрязненные почвы. Также возможное беспокойство вызывает воздействие фторида на почвенные микроорганизмы. [ необходима цитата ]

Кадмий

Концентрация кадмия в фосфорсодержащих удобрениях значительно варьируется и может быть проблематичной. Например, моноаммонийфосфатное удобрение может иметь содержание кадмия от 0,14 мг / кг до 50,9 мг / кг. Это связано с тем, что фосфатная руда, используемая при их производстве, может содержать до 188 мг / кг кадмия (например, месторождения на Науру и островах Рождества). Непрерывное использование удобрений с высоким содержанием кадмия может привести к загрязнению почвы и растений. Европейская комиссия рассмотрела пределы содержания кадмия в фосфорных удобрениях . Производители фосфорсодержащих удобрений теперь выбирают фосфорную руду по содержанию кадмия. [ необходима цитата ]

Фторид

Фосфатные породы содержат большое количество фторидов . Следовательно, широкое применение фосфорных удобрений привело к увеличению концентрации фторидов в почве. Было обнаружено, что загрязнение пищевых продуктов удобрениями не вызывает особого беспокойства, поскольку растения накапливают мало фторида из почвы; Большую озабоченность вызывает возможность отравления фтором для домашнего скота, поедающего загрязненные почвы. Также возможное беспокойство вызывает воздействие фторида на почвенные микроорганизмы. [ необходима цитата ]

Радиоактивные элементы

Радиоактивное содержание удобрений значительно варьируется и зависит как от их концентрации в исходном минерале, так и от процесса производства удобрений. Диапазон концентраций урана-238 может составлять от 7 до 100 пКи / г в фосфоритной руде и от 1 до 67 пКи / г в фосфатных удобрениях. При использовании высоких годовых норм фосфорных удобрений это может привести к концентрации урана-238 в почвах и дренажных водах в несколько раз больше, чем обычно. Однако влияние этих повышений на риск для здоровья человека от загрязнения пищевых продуктов радионуклидами очень невелико (менее 0,05 мЗв / год). [ необходима цитата ]

Органические загрязнители [ править ]

Навоз и твердые биологические вещества содержат множество питательных веществ, потребляемых животными и людьми в виде пищи. Практика возврата таких отходов на сельскохозяйственные угодья дает возможность повторно использовать питательные вещества почвы. Проблема заключается в том, что навоз и твердые биологические вещества содержат не только питательные вещества, такие как углерод, азот и фосфор, но также могут содержать загрязняющие вещества, включая фармацевтические препараты и средства личной гигиены (PPCP). Существует большое количество разнообразных ППХП, потребляемых как людьми, так и животными, и каждый из них обладает уникальным химическим составом в наземной и водной среде. Таким образом, не все из них были оценены на предмет их воздействия на качество почвы, воды и воздуха. Агентство по охране окружающей среды США (EPA) обобщил осадка сточных вод оточистные сооружения сточных вод в США для оценки уровней различных присутствующих PPCP. [14]

Металлы [ править ]

Основными источниками поступления тяжелых металлов (например, свинца, кадмия, мышьяка, ртути) в сельскохозяйственные системы являются удобрения, органические отходы, такие как навоз, и отходы промышленных побочных продуктов. Неорганические удобрения особенно важны для проникновения тяжелых металлов в почву. [15] Некоторые методы ведения сельского хозяйства, такие как ирригация, могут привести к накоплению селена (Se), которое происходит естественным образом в почве, что может привести к появлению в нижних водоемах концентраций селена, токсичных для диких животных, домашнего скота и людей. Этот процесс известен как «эффект Кестерсона», одноименно названный в честь водохранилища Кестерсон в долине Сан-Хоакин.(Калифорния, США), которая была объявлена ​​свалкой токсичных отходов в 1987 году. [16] Тяжелые металлы, присутствующие в окружающей среде, могут поглощаться растениями, что может представлять опасность для здоровья людей в случае употребления в пищу пораженных растений. [17] Некоторые металлы необходимы для роста растений, однако их избыток может иметь неблагоприятные последствия для здоровья растений.

Отходы сталелитейной промышленности , которые часто перерабатываются в удобрения из-за высокого уровня содержания цинка (необходимого для роста растений), также могут включать следующие токсичные металлы: свинец , мышьяк , кадмий, хром и никель . Наиболее распространенными токсичными элементами в этом виде удобрений являются ртуть , свинец и мышьяк. Эти потенциально вредные примеси могут быть удалены во время производства удобрений; однако это значительно увеличивает стоимость удобрений. Удобрения высокой степени чистоты широко доступны, и, возможно, наиболее известны как водорастворимые удобрения, содержащие синие красители. Такие удобрения обычно используются в домашних условиях, например Miracle-Gro.. Эти хорошо растворимые в воде удобрения используются в питомниках растений и доступны в больших упаковках по значительно меньшей цене, чем в розничных магазинах. Есть также некоторые недорогие гранулированные садовые удобрения, сделанные из ингредиентов высокой чистоты, что ограничивает производство. [ необходима цитата ]

Управление землей [ править ]

Эрозия почвы и отложения [ править ]

Эрозия почвы: почва смывается с вспаханного поля через эти ворота в водоток за ними.

Сельское хозяйство в значительной степени способствует эрозии почвы и отложению наносов из-за интенсивного управления или неэффективного земельного покрова. [18] Подсчитано, что деградация сельскохозяйственных земель приводит к необратимому снижению плодородия примерно на 6 млн га плодородных земель ежегодно. [19] Накопление отложений (т.е. отложения) в сточных водах по-разному влияет на качество воды. [ необходима цитата ]Отложения могут снизить транспортную способность канав, ручьев, рек и судоходных каналов. Это также может ограничить количество света, проникающего в воду, что влияет на водную биоту. Мутность, возникающая в результате отложения отложений, может нарушать пищевые привычки рыб и влиять на динамику популяции. Осаждение также влияет на перенос и накопление загрязнителей, включая фосфор и различные пестициды. [ необходима цитата ]

Выбросы от обработки почвы и закиси азота [ править ]

Естественные биогеохимические процессы в почве приводят к выбросу различных парниковых газов, в том числе закиси азота. Практика ведения сельского хозяйства может повлиять на уровень выбросов. Например, было показано, что уровни обработки почвы влияют на выбросы закиси азота . [20]

Биотические источники [ править ]

Парниковые газы от фекальных отходов [ править ]

Продовольственная и сельскохозяйственная организация Объединенных Наций (ФАО) предсказала, что 18% антропогенных парниковых газов прямо или косвенно происходят от мирового животноводства. В этом отчете также говорится, что выбросы от животноводства были больше, чем от транспортного сектора. Хотя животноводство в настоящее время играет определенную роль в производстве выбросов парниковых газов, считается, что оценки являются искаженными. Хотя ФАО использовала оценку жизненного цикла животноводства (т.е. все аспекты, включая выбросы от выращивания сельскохозяйственных культур на корм, транспортировку на убой и т. Д.), Она не применила ту же оценку для транспортного сектора. [21]

Модель PNAS показала, что даже если бы животных полностью исключили из сельского хозяйства и рациона США, выбросы парниковых газов в США снизились бы всего на 2,6% (или 28% выбросов парниковых газов в сельском хозяйстве). Это связано с необходимостью замены навоза удобрениями, а также с заменой других побочных продуктов животного происхождения, а также потому, что в настоящее время животноводство использует несъедобные для человека продукты питания и побочные продукты переработки волокна. Более того, люди будут страдать от большего количества дефицита основных питательных веществ, хотя они будут получать больший избыток энергии, что может привести к большему ожирению. [22]

Биопестициды [ править ]

Биопестициды - это пестициды, полученные из природных материалов (животных, растений, микроорганизмов, некоторых минералов). [23] В качестве альтернативы традиционным пестицидам биопестициды могут снизить общее сельскохозяйственное загрязнение, поскольку они безопасны в обращении, обычно не оказывают сильного воздействия на полезных беспозвоночных или позвоночных и имеют короткое остаточное время. [23] Однако существуют некоторые опасения, что биопестициды могут оказывать негативное воздействие на популяции нецелевых видов. [24]

В США биопестициды регулируются EPA. Поскольку биопестициды менее вредны и оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, чем другие пестициды, агентству не требуется столько данных для регистрации их использования. Многие биопестициды разрешаются при Национальной органической программе , Департамента сельского хозяйства Соединенных Штатов , стандартов органического производства продукции растениеводства. [23]

Интродуцированные виды [ править ]

Инвазивные виды [ править ]

Основная статья: Инвазивные виды
Centaurea solstitialis , агрессивно инвазивный сорняк, вероятно, был занесен в Северную Америку с зараженными семенами кормовых культур. Такие сельскохозяйственные практики, как обработка земли и выпас скота, способствовали ее быстрому распространению. Он токсичен для лошадей, препятствует росту местных растений (уменьшение биоразнообразия и деградация природных экосистем) и является физическим препятствием для миграции местных животных.

Растущая глобализация сельского хозяйства привела к случайному переносу вредителей, сорняков и болезней на новые ареалы. Если они приживаются, они становятся инвазивными видами, которые могут воздействовать на популяции местных видов [25] и угрожать сельскохозяйственному производству. [2] Например, транспортировка шмелей, выращенных в Европе и отправленных в Соединенные Штаты и / или Канаду для использования в качестве коммерческих опылителей , привела к занесению паразитов Старого Света в Новый Свет. [26] Это введение может сыграть роль в недавнем сокращении численности местных шмелей в Северной Америке. [27] Сельскохозяйственные интродуцированные виды также могут гибридизоваться.с местными видами, что приводит к снижению генетического биоразнообразия [25] и угрожает сельскохозяйственному производству. [2]

Нарушение среды обитания (экология), связанное с самими методами ведения сельского хозяйства, также может способствовать акклиматизации этих интродуцированных организмов. Загрязненная техника, домашний скот и корма, а также зараженные семена сельскохозяйственных культур или пастбищ также могут привести к распространению сорняков. [28]

Карантин (см. Биозащита ) - это один из способов регулирования предотвращения распространения инвазивных видов на политическом уровне. Карантин - это правовой инструмент, ограничивающий перемещение зараженного материала из районов, где присутствует инвазивный вид, в районы, в которых он отсутствует. Всемирная торговая организация имеет международные правила , касающиеся карантин вредителей и болезней в рамках Соглашения по применению санитарных и фитосанитарных мер . В отдельных странах часто действуют свои собственные правила карантина. В Соединенных Штатах, например, Соединенные Штаты Министерство сельского хозяйства / животноводства и фитосанитарной инспекции(USDA / APHIS) осуществляет внутренний (в США) и иностранный (ввоз из-за пределов США) карантин. Эти карантины соблюдаются инспекторами на государственной границе и в пунктах въезда. [23]

Биологический контроль [ править ]

Использование биологических средств борьбы с вредителями или с помощью хищников, паразитоидов, паразитов и патогенов для борьбы с сельскохозяйственными вредителями, может снизить загрязнение сельского хозяйства, связанное с другими методами борьбы с вредителями, такими как использование пестицидов. Однако преимущества введения неместных агентов биоконтроля широко обсуждаются. После высвобождения введение агента биоконтроля может быть необратимым. Потенциальные экологические проблемы могут включать расселение из сельскохозяйственных местообитаний в естественную среду, а также смена хозяев или адаптация к использованию местных видов. Кроме того, прогнозирование результатов взаимодействия в сложных экосистемах и потенциальных экологических воздействий до выпуска может быть затруднено. Один из примеров программы биоконтроля, которая привела к экологическому ущербу, произошел в Северной Америке, где паразитоид бабочек был введен для борьбы с непарного шелкопряда.и моль. Этот паразитоид способен использовать многие виды бабочек-хозяев и, вероятно, привел к сокращению и исчезновению нескольких местных видов шелковой моли. [29]

Международному исследованию потенциальных агентов биоконтроля помогают такие агентства, как Европейская лаборатория биологического контроля, Министерство сельского хозяйства / Служба сельскохозяйственных исследований США (USDA / ARS), Институт биологического контроля Содружества и Международная организация по биологическому контролю вредных веществ. Растения и животные. Чтобы предотвратить сельскохозяйственное загрязнение, перед интродукцией требуются карантин и обширные исследования потенциальной эффективности организма и воздействия на окружающую среду. В случае одобрения предпринимаются попытки колонизировать и рассредоточить агент биоконтроля в соответствующих сельскохозяйственных условиях. Постоянно проводится оценка их эффективности. [23]

Генетически модифицированные организмы (ГМО) [ править ]

(Вверху) Нетрансгенные листья арахиса демонстрируют обширное повреждение личинками кукурузного мотылька . (Внизу) Листья арахиса, генетически модифицированные для производства токсинов Bt, защищены от травоядных повреждений.

Генетическое заражение и экологические последствия [ править ]

Однако ГМО-культуры могут привести к генетическому загрязнению местных видов растений в результате гибридизации. Это может привести к повышенной засоренности растения или исчезновению местных видов. Кроме того, трансгенное растение само может стать сорняком, если модификация улучшает его приспособленность в данной среде. [2]

Есть также опасения, что организмы, не являющиеся мишенями, такие как опылители и естественные враги, могут быть отравлены в результате случайного проглатывания растений-продуцентов Bt. Недавнее исследование, в котором проверялось влияние пыльцы Bt кукурузы, опудриваемой соседними растениями молочая, на питание личинок бабочки-монарха, показало, что угроза для населения монарха была низкой. [2]

Использование ГМО-растений, разработанных для обеспечения устойчивости к гербицидам, также может косвенно увеличить количество сельскохозяйственных загрязнений, связанных с использованием гербицидов . Например, более широкое использование гербицидов на устойчивых к гербицидам кукурузных полях на среднем западе США снижает количество молочая, доступного для личинок бабочки-монарха . [2]

Регулирование выпуска генетически модифицированных организмов варьируется в зависимости от типа организма и страны. [ необходима цитата ]

ГМО как инструмент уменьшения загрязнения [ править ]

Хотя могут возникнуть некоторые опасения относительно использования ГМ-продуктов, это также может быть решением некоторых существующих проблем загрязнения животноводства. Один из основных источников загрязнения, особенно витаминов и минералов в почве, происходит из-за недостаточной эффективности пищеварения у животных. Повышая эффективность пищеварения, можно минимизировать как затраты на животноводство, так и ущерб окружающей среде. Одним из успешных примеров этой технологии и ее потенциального применения является Enviropig . [ необходима цитата ]

Enviropig является генетически модифицированной Йоркширский свиньи , который выражает фитазы в слюне. Зерновые культуры, такие как кукуруза и пшеница, содержат фосфор, который находится в неудобоваримой форме, известной как фитиновая кислота. Фосфор, важное питательное вещество для свиней, затем добавляется в рацион, так как оно не расщепляется в пищеварительном тракте свиней. В результате почти весь естественный фосфор, содержащийся в зерне, выводится с фекалиями и может способствовать повышению его уровня в почве. Фитаза - это фермент, который способен расщеплять неперевариваемую фитиновую кислоту, делая ее доступной для свиней. Способность Enviropig переваривать фосфор из зерен устраняет потери этого естественного фосфора (снижение на 20-60%), а также устраняет необходимость в добавлении питательных веществ в корм. [30]

Управление животными [ править ]

Управление навозом [ править ]

Основная статья: Управление навозом

Одним из основных источников загрязнения воздуха, почвы и воды являются отходы животноводства. Согласно отчету Министерства сельского хозяйства США за 2005 год, более 335 миллионов тонн «сухих» отходов (отходы после удаления воды) ежегодно производятся на фермах в Соединенных Штатах. [31] При кормлении животных ежегодно производится примерно в 100 раз больше навоза, чем количество ила человеческих сточных вод, перерабатываемых на городских очистных сооружениях США. Загрязнение из диффузных источников от сельскохозяйственных удобрений труднее отслеживать, контролировать и контролировать. Высокие концентрации нитратов обнаружены в грунтовых водах и могут достигать 50 мг / литр (предел, установленный Директивой ЕС). В канавах и руслах рек загрязнение питательными веществамиот удобрений вызывает эвтрофикацию. Это хуже зимой, когда зяблевая вспашка высвободила выброс нитратов; Зимние дожди усиливаются, увеличивая сток и вымывание, а также снижается поглощение растениями. EPA предполагает, что одна молочная ферма с 2 500 коровами производит столько же отходов, как и город с населением около 411 000 человек. [32] Национальный исследовательский совет США определили запахи как наиболее значимые проблемы выбросов животных на местном уровне. Различные животноводческие системы приняли несколько процедур обращения с отходами, чтобы справляться с большим количеством отходов, образующихся ежегодно.

Преимущества обработки навоза заключаются в уменьшении количества навоза, который необходимо транспортировать и вносить в посевы, а также в меньшем уплотнении почвы. Также уменьшается количество питательных веществ, а это означает, что для разбрасывания навоза требуется меньше пахотных земель. Обработка навоза также может снизить риск для здоровья человека и биобезопасности за счет уменьшения количества патогенов, присутствующих в навозе. Неразбавленный навоз или жидкий навоз в сто раз более концентрированный, чем бытовые сточные воды, и могут переносить кишечного паразита Cryptosporidium , которого трудно обнаружить, но который может передаваться людям. СилосЩелок (из ферментированной влажной травы) даже сильнее, чем навозная жижа, с низким pH и очень высокой биологической потребностью в кислороде. При низком pH силосный щелок может вызывать сильную коррозию; он может воздействовать на синтетические материалы, вызывая повреждение складского оборудования и приводя к случайной утечке. Все эти преимущества можно оптимизировать, используя правильную систему управления навозом на правильной ферме в зависимости от имеющихся ресурсов. [ необходима цитата ]

Обработка навоза [ править ]

Компостирование [ править ]

Компостирование - это система управления твердым навозом, основанная на использовании твердого навоза из упаковочных загонов с подстилкой или твердых частиц из сепаратора жидкого навоза. Есть два метода компостирования: активный и пассивный. Во время активного компостирования навоз периодически сбивается, тогда как при пассивном компостировании этого не происходит. Установлено, что пассивное компостирование снижает выбросы парниковых газов из-за неполного разложения и более низкой скорости диффузии газа. [ необходима цитата ]

Разделение твердой и жидкой фаз [ править ]

Навоз можно механически разделить на твердую и жидкую части для упрощения обработки. Жидкости (4-8% сухого вещества) можно легко использовать в насосных системах для удобного распределения по культурам, а твердая фракция (15-30% сухого вещества) может использоваться в качестве подстилки стойла, разбрасывать по культурам, компостировать или экспортировать. [ необходима цитата ]

Анаэробное пищеварение и лагуны [ править ]
Анаэробная лагуна на молочной ферме

Анаэробное сбраживание - это биологическая обработка жидких отходов животноводства с использованием бактерий в местах, где отсутствует воздух, что способствует разложению твердых органических веществ. Горячая вода используется для нагрева отходов с целью увеличения производства биогаза . [33] Оставшаяся жидкость богата питательными веществами и может использоваться на полях в качестве удобрения и метана, который можно сжигать непосредственно на биогазовой печи [34] или в двигателе-генераторе для производства электроэнергии и тепла. [33] [35]Метан примерно в 20 раз более мощный парниковый газ, чем углекислый газ, который имеет серьезные негативные последствия для окружающей среды, если не контролировать его должным образом. Анаэробная обработка отходов - лучший метод борьбы с запахом, связанным с использованием навоза. [33]

В лагунах с биологической очисткой также используется анаэробное сбраживание для расщепления твердых веществ, но гораздо медленнее. Лагуны хранятся при температуре окружающей среды, в отличие от обогреваемых баков для разложения. Для правильной работы лагуны требуются большие площади суши и большие объемы разбавления, поэтому они не работают во многих климатических условиях на севере Соединенных Штатов. Лагуны также обладают преимуществом уменьшения запаха, а биогаз становится доступным для тепла и электроэнергии. [36]

Исследования показали, что выбросы парниковых газов сокращаются с использованием систем аэробного сбраживания. Сокращение выбросов парниковых газов и кредиты могут помочь компенсировать более высокую стоимость установки более чистых аэробных технологий и облегчить внедрение производителями экологически более совершенных технологий для замены существующих анаэробных лагун. [37]

См. Также [ править ]

  • Агроэкология
  • Сток питательных веществ с сельскохозяйственных угодий
  • Сельскохозяйственный поверхностный сток
  • Сельскохозяйственные сточные воды
  • Воздействие сельского хозяйства на окружающую среду
  • Споры о генетически модифицированных продуктах питания
  • Управление питательными веществами
  • Борьба с вредителями
  • Обработка почвы

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Экологические базы данных: база данных по экотоксичности" . Пестициды: наука и политика . Вашингтон, округ Колумбия: Агентство по охране окружающей среды США (EPA). 2006-06-28. Архивировано из оригинала на 2014-07-04.
  2. ^ a b c d e f Гуллан, П. Дж. и Крэнстон, П. С. (2010) Насекомые: очерк энтомологии, 4-е издание. Blackwell Publishing UK: 584 стр. [ Необходима страница ]
  3. ^ "Экологическая судьба пестицидов" . Пестицид Мудрый . Виктория, Британская Колумбия: Министерство сельского хозяйства Британской Колумбии. Архивировано из оригинала на 2015-12-25.
  4. ^ «Краткий обзор азотного цикла и источников азотных удобрений - Часть 1» . Расширение МГУ . Проверено 10 апреля 2020 .
  5. ^ Уорд, Мэри H .; Джонс, Рена Р .; Брендер, Жан Д .; де Кок, Тео М .; Вейер, Питер Дж .; Нолан, Бернард Т .; Вильянуэва, Кристина М .; ван Бреда, Симона Г. (июль 2018 г.). «Нитраты питьевой воды и здоровье человека: обновленный обзор» . Международный журнал исследований окружающей среды и общественного здравоохранения . 15 (7): 1557. DOI : 10,3390 / ijerph15071557 . ISSN 1661-7827 . PMC 6068531 . PMID 30041450 .   
  6. ^ «Цикл азота: процессы, игроки и влияние человека | Изучите науку в Scitable» . www.nature.com . Проверено 19 апреля 2020 .
  7. ^ Эрисман, Ян Виллем; Галлоуэй, Джеймс Н .; Зейтцингер, Сибил; Бликер, Альберт; Dise, Нэнси Б.; Петреску, А.М. Роксана; Лич, Эллисон М .; де Фриз, Вим (05.07.2013). «Последствия модификации глобального азотного цикла человеком» . Философские труды Королевского общества B: биологические науки . 368 (одна тысяча шестьсот двадцать одна): 20130116. DOI : 10.1098 / rstb.2013.0116 . ISSN 0962-8436 . PMC 3682738 . PMID 23713116 .   
  8. ^ Лу, Чаокун; Тиан, Ханьцинь (2017-03-02). «Глобальное использование азотных и фосфорных удобрений для сельскохозяйственного производства за последние полвека: смещение горячих точек и дисбаланс питательных веществ» . Данные науки о Земле . 9 (1): 181–192. Bibcode : 2017ESSD .... 9..181L . DOI : 10.5194 / ЭСУР-9-181-2017 . ISSN 1866-3508 . 
  9. ^ «Понимание фосфорных удобрений» . extension.umn.edu . Проверено 9 апреля 2020 .
  10. ^ Харт, Мюррей; Куин, Берт; Нгуен, М. (2004-11-01). «Сток фосфора с сельскохозяйственных угодий и прямое воздействие удобрений» . Журнал качества окружающей среды . 33 (6): 1954–72. DOI : 10,2134 / jeq2004.1954 . PMID 15537918 . 
  11. ^ «Управление фосфором для сельского хозяйства и окружающей среды (Программа управления питательными веществами Пенсильвании)» . Программа управления питательными веществами Пенсильвании (Расширение штата Пенсильвания) . Проверено 9 апреля 2020 .
  12. ^ US EPA, OW (2013-11-27). «Индикаторы: Фосфор» . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 19 апреля 2020 .
  13. ^ Агентство по охране окружающей среды США, OW (2013-03-12). «Последствия: мертвые зоны и вредоносное цветение водорослей» . Агентство по охране окружающей среды США . Проверено 10 апреля 2020 .
  14. ^ "Обследования осадка сточных вод" . Биологические твердые вещества . EPA. 2016-08-17.
  15. ^ Шривастава, Вайбхав; Саркар, Абхиджит; Сингх, Сону; Сингх, Пуджа; де Араужо, Адемир С.Ф .; Сингх, Раджив П. (2017). «Агроэкологические меры реагирования на загрязнение тяжелыми металлами с особым упором на здоровье почвы и характеристики растений» . Границы науки об окружающей среде . 5 . DOI : 10.3389 / fenvs.2017.00064 . ISSN 2296-665X . 
  16. ^ Прессер, Тереза ​​С. (1994-05-01). «Эффект Кестерсона» . Экологический менеджмент . 18 (3): 437–454. Bibcode : 1994EnMan..18..437P . DOI : 10.1007 / BF02393872 . ISSN 1432-1009 . S2CID 46919906 .  
  17. ^ Алвес, Летисия; Рейс, Андре; Гратао, Присцила (18 июля 2016 г.). «Тяжелые металлы в сельскохозяйственных почвах: от растений к нашей повседневной жизни» . Científica . 44 (3): 346. DOI : 10,15361 / 1984-5529.2016v44n3p346-361 .
  18. ^ Комитет по охране почв и воды на больших расстояниях, Национальный исследовательский совет. 1993. Качество почвы и воды: повестка дня для сельского хозяйства. Национальная академия прессы: Вашингтон, округ Колумбия [ необходима страница ]
  19. ^ Дудал, Р. (1981). «Оценка необходимости сохранения». В Моргане, RPC (ред.). Сохранение почв, проблемы и перспективы . Чичестер, Великобритания: Wiley. С. 3–12.
  20. ^ Маккензи, А. Ф; Fan, M. X; Кадрин, Ф (1998). «Выбросы закиси азота за три года в зависимости от обработки почвы, севооборотов кукуруза-соя-люцерна и азотных удобрений». Журнал качества окружающей среды . 27 (3): 698–703. DOI : 10,2134 / jeq1998.00472425002700030029x .
  21. ^ Питески, Морис Э; Stackhouse, Kimberly R; Митлоэнер, Франк М (2009). «Очистка воздуха: вклад домашнего скота в изменение климата». Успехи в агрономии . 103 . С. 1–40. DOI : 10.1016 / S0065-2113 (09) 03001-6 . ISBN 978-0-12-374819-5.
  22. ^ Белый, Робин Р .; Холл, Мэри Бет (13 ноября 2017 г.). «Влияние на питание и парниковые газы удаления животных из сельского хозяйства США» . Труды Национальной академии наук . 114 (48): E10301 – E10308. DOI : 10.1073 / pnas.1707322114 . PMC 5715743 . PMID 29133422 .  
  23. ^ a b c d e Л. П. Педиго и М. Райс. 2009. Энтомология и борьба с вредителями, 6-е издание. Прентис Холл: 816 стр. [ Необходима страница ]
  24. ^ Монтесинос, Эмилио (2003). «Разработка, регистрация и коммерциализация микробных пестицидов для защиты растений» . Международная микробиология . 6 (4): 245–52. DOI : 10.1007 / s10123-003-0144-х . PMID 12955583 . S2CID 26444169 .  
  25. ^ а б Муни, Х. А; Клеланд, Э. Э (2001). «Эволюционное влияние инвазивных видов» . Труды Национальной академии наук . 98 (10): 5446–51. Bibcode : 2001PNAS ... 98.5446M . DOI : 10.1073 / pnas.091093398 . PMC 33232 . PMID 11344292 .  
  26. ^ "Bombus franklini (Шмель Франклина)" . Iucnredlist.org. 2008-01-01 . Проверено 24 июля 2013 .
  27. ^ Торп, RW; Шеперд, доктор медицины (2005). "Профиль: Подрод Bombus Lateille 1802 (Apidae: Apinae: Bombini)". В Шеперд, Мэриленд; Vaughan, DM; Блэк, SH (ред.). Красный список насекомых-опылителей Северной Америки . Портленд, штат Орегон: Общество охраны беспозвоночных им. Ксерсеса.[ требуется страница ]
  28. ^ "Сорняки в домашней странице Австралии" . Weeds.gov.au. 2013-06-12 . Проверено 24 июля 2013 .[ постоянная мертвая ссылка ]
  29. ^ Louda, SM; Пембертон, RW; Johnson, MT; Фоллетт, Пенсильвания (2003). «Нецелевые эффекты - ахиллесова пята биологического контроля? Ретроспективный анализ для снижения риска, связанного с внедрением биоконтроля». Ежегодный обзор энтомологии . 48 : 365–96. DOI : 10.1146 / annurev.ento.48.060402.102800 . PMID 12208812 . 
  30. ^ Головань, Сергей П; Мейдингер, Рой Джи; Аджакайе, Айоделе; Коттрилл, Майкл; Wiederkehr, Miles Z; Барни, Дэвид Дж; Плант, Клэр; Поллард, Джон В. Вентилятор, Мин З; Хейс, М. Энтони; Лаурсен, Джеспер; Хьорт, Дж. Питер; Хакер, Роджер Р; Филлипс, Джон П.; Форсберг, Сесил В. (2001). «Свиньи, экспрессирующие фитазу слюны, производят навоз с низким содержанием фосфора». Природа Биотехнологии . 19 (8): 741–5. DOI : 10.1038 / 90788 . PMID 11479566 . S2CID 52853680 .  
  31. ^ Служба сельскохозяйственных исследований Министерства сельского хозяйства США. «Годовой отчет за 2005 г. Утилизация навоза и побочных продуктов», 31 мая 2006 г.
  32. ^ Оценка управления рисками для операций по концентрированному кормлению животных (отчет). Цинциннати, Огайо: EPA. Май 2004. с. 7. EPA 600 / R-04/042.
  33. ^ a b c Оценка потребности в системе обработки навоза (PDF) (отчет). Информационный бюллетень. Итака, Нью-Йорк: Программа управления навозом Корнельского университета. 2005-04-12. МТ-1.
  34. ^ Рубик, Хайнек; Mazancová, Jana; Phung, Le Dinh; Банут, янв (2018). «Текущий подход к управлению навозом для мелких фермеров в Юго-Восточной Азии - на примере вьетнамских биогазовых и небиогазовых ферм». Возобновляемая энергия . 115 : 362–70. DOI : 10.1016 / j.renene.2017.08.068 .
  35. ^ Животноводство: методы управления отходами (PDF) (Отчет). Вашингтон, округ Колумбия: Главное бухгалтерское управление США. Июль 1999. С. 9–11. GAO / RCED-99-205.
  36. ^ Анаэробные лагуны (PDF) (Отчет). Информационный бюллетень по технологии очистки сточных вод. EPA. Сентябрь 2002 г. EPA 832-F-02-009.
  37. ^ Ванотти, МБ; Соги, AA; Вивес, Калифорния (2008). «Снижение выбросов парниковых газов и улучшение качества окружающей среды за счет внедрения систем аэробной обработки отходов на свиноводческих фермах». Управление отходами . 28 (4): 759–66. DOI : 10.1016 / j.wasman.2007.09.034 . PMID 18060761 . 
  •  Эта статья включает  материалы, являющиеся общественным достоянием, из документа Исследовательской службы Конгресса : Джаспер Вомач. «Отчет для Конгресса: Сельское хозяйство: Глоссарий терминов, программ и законов, издание 2005 г.» (PDF) .